Материал: Рогожин В.В., Рогожина Т.В. Биохимия сельскохозяйственной продукции

19.5. Сократительные белки мышц

с миозином, называемый актомиозином, который обладает АТФазной активностью, стимулируемой ионами магния. Концы F-актиновых молекул присоединяются к белковой молекуле (α-актинин), проявляя образование, которое называется Z-линией.

19.5.3. Тропомиозин

Тропомиозин — это белок (70 кДа), в составе которого две разные субъединицы, переплетающиеся между собой в α-спиралевидные фибриллярные структуры. Тропомиозин связывается в единый комплекс с F-акти- ном в области изгиба молекулы, обеспечивая его стабильность. По длине тропомиозин равен 7 субъединицам G-актина. При этом контактирует только с одной из нитевидных структур F-актина (рис. 19.11). Кроме того, тропомиозин совместно с тропонином участвует в регуляции взаимодействия актина с миозином.

Рис. 19.11. Строение тонкого филамента, в составе которого актин, тропомиозин и тропонин

19.5.4. Тропонин

Тропонин — белок поперечнополосатых мышц (76 кДа). Имеет вид вытянутого в длину белка (76 кДа). Состоит из трех разных по структуре и функциям субъединиц: тропомиозинсвязывающей ТnТ, ингибирующей TnI и кальцийсвязывающей TnC (см. рис. 19.11). Располагается на конце каждой молекулы тропомиозина. Тропонин способен связываться как с актином, так и с тропомиозином. Тропомиозинсвязывающая субъединица тропонина состоит из 259 аминокислотных остатков (37 кДа), обеспечивает связывание тропонина с тропомиозином. Ингибирующая субъединица тропонина состоит из 179 аминокислотных остатков и обеспечивает связывание белка с актином, предотвращая при этом взаимодействие миозина с актином, подавляя их АТФазную активность. Кальций-

473

Глава 19. Биохимия мышц и мяса

связывающая субъединица имеет в составе 159 аминокислотных остатков (18 кДа); функциональная активность субъединицы проявляется за счет того, что на поверхности белковой молекулы располагаются шесть центров связывания ионов. Причем в четырех центрах происходит специфичное связывание двух ионов Са2+ и двух ионов Mg2+, тогда как два других центра способны связывать оба иона. Активный актин-тропомиозин-тропонин- миозиновый комплекс проявляет Са2+/Mg2+-АТФазную активность.

19.5.5. Актинины

α-Актинин и β-актинин являются белками мышечной ткани, к которым присоединяются концы F-актиновых молекул тонких филаментов. Располагаются в зоне Z-линии. Состоят из двух субъединиц, каждая из которых имеет молекулярную массу по 90 кДа.

19.6. САРКОПЛАЗМАТИЧЕСКИЕ БЕЛКИ

К группе саркоплазматических белков относятся гемсодержащие некаталитические и каталитические белки мембран, а также ферменты метаболических процессов. Кроме того, компонентами саркоплазмы являются антиоксиданты и другие функционально активные соединения, а также функциональные белки саркоплазматического ретикулума. Последний является высокоспециализированной мембранной структурой, представляющей собой хорошо развитую сеть мембранных цистерн и трубочек эндоплазматического ретикулума, проходящих через цитоплазму мышечных клеток вблизи миофибрилл (рис. 19.12).

Предназначен саркоплазматический ретикулум для выполнения роли регулятора в механизмах сокращения скелетных, сердечных и гладких мышц. Имеет для этой функции встроенные в мембраны Са2+ проводные каналы (рианодиновые рецепторы) и активно действующую Са2+-АТФазу, обеспечивающую быстрое освобождение необходимого для мышечного сокращения Са2+ из внутриретикулярного пространства в цитоплазму, а затем осуществляет обратный его транспорт. Са2+-АТФаза саркоплазматического ретикулума является представителем ионтранспортирующих АТФаз Ф-типа, к которому относятся Са2+-АТФаза плазматической мембраны, Na+,K+-АТФаза, H+,K+-АТФаза. Каталитические белки этой группы становятся функционально активными только после того, как терминальный остаток фосфорной кислоты от молекулы АТФ переносится на остаток аспарагиновой кислоты в активном центре АТФаз. Образованная в результате фосфорилирования форма фермента (Е-Ф) приобретает способность к действию, которому предшествуют значи-

474

19.6. Саркоплазматические белки

Рис. 19.12. Схематическое строение саркоплазматического ретикулума (СР)

вскелетных (а), сердечной (б) и гладких (в) мышцах (Рубцов, 2000) (А — актин,

М— миозин, ТЦ — терминальные цистерны, ТТ — трубочки Т-системы, ПМ — плазматическая мембрана, СН — соединительные ножки)

тельные изменения в структуре фермента и обуславливающие транспорт катионов через мембрану.

19.6.1. Гемсодержащие некаталитические белки

Гембелки представляют собой группу белков и ферментов. Эти белки обладают различными функциями и механизмом действия. Одни из них способны обратимо связывать кислород, транспортируя его к различным органам и тканям организма (гемоглобин, миоглобин), другие используют кислород в качестве субстрата. Последние катализируют окисление или переокисление различных соединений кислородом (цитохром Р450 и пероксидазы), участвуют в процессах переноса электронов (цитохромы b и с), катализируют разложение гидроперекисей (каталаза), восстановление кислорода до воды (цитохромоксидаза — комплекс цитохромов aa3). Приставки геми и гемо происходят от названий железопорфириновых

475

Глава 19. Биохимия мышц и мяса

группировок, при этом железо(II)порфириновый комплекс называют гемом, а железо(III)порфирин — гемином.

Строение функционально активных центров гемсодержащих белков, осуществляющих перенос и накопление кислорода, предопределяется уникальным расположением аминокислотных остатков в области связывания кислорода, что обеспечивает возможность выполнять присущие им функции. Гемоглобин, основного белок эритроцитов, и миоглобин, белок мышц, объединяет то, что функционально активной группой, содержащей Fe2+, является гем. Последний представлен протопорфирином IX, пирольные атомы азоты которого координируют с атомом железа(II).

Гемоглобин (Hb) и миоглобин (Мb) не являются ферментами, а осуществляют обратимое связывание кислорода и СО2. Отличительной особенностью Мb и Нb является то, что эти гембелки связывают кислород, не подвергая его химическому превращению, а образуя устойчивый комплекс, в котором О2 занимает шестое координационное положение.

Комплексы гемоглобина и миоглобина с кислородом достаточно нестабильны и присутствующий в них кислород способен инициировать реакции окисления:

Fe2+ + O2 → Fe2+O2 → Fe3+ + O2–

Скорость автоокисления гемоглобина и миоглобина зависит от природы белка, возрастает при повышении температуры, при подкислении или увеличении концентрации солей. Отмечается ускорение автоокисления у некоторых мутантных форм гемоглобинов, например, в случае замещения гистидина в активном центре гемоглобина на аргинин. Скорость автоокисления линейно зависит от концентрации протонов в интервале рН 5…7 и обратимо пропорциональна величине парциального давления.

Изменение окислительно-восстановительных потенциалов одно- и двухэлектронных реакций восстановления кислорода при рН 7,0 позволило выявить следующие их значения:

O2 O2–• Н2O2 НО• Н2O

Из этих данных видно, что, хотя кислород и является сильным окислителем, в процессах, в которых он принимает два электрона, он проявляет лишь слабые окислительные свойства в тех случаях, когда возможно присоединение только одного электрона.

Окислительно-восстановительный потенциал пары Fe2+/Fe3+ в гемоглобине и миоглобине имеет значения при рН 7,0 в водном растворе +0,2 и +0,1 В соответственно. Кроме того, кислород способен к окислительной

476

19.6. Саркоплазматические белки

модификации макромолекулы. Донорами электронов могут быть Fe2+, Cu+ и семихиноны.

Образующиеся в клетках активные формы кислорода вызывают образование органических гидропероксидов.

Fe2+ + O2 → Fe3+ + O2–

Н+ + O2– → НО2

НО2 + RH → Н2O2 + R

R + O2 → RO2

RO2 + RH → ROOH + R

Процесс образования ROOH называется перекисным окислением. В случае если RH липид, то весь процесс называется перекисное окисление липидов. Кроме того, перекисному окислению могут подвергаться ДНК, белки, а также другие органические молекулы.

Чрезмерное накопление АФК в клетках может способствовать возникновению патологических состояний, которые обуславливают развитие окислительного стресса у живого организма.

Факторами, вызывающими окислительный стресс, могут быть: повышенное содержание кислорода в среде, избыток гема, Fe2+, Cu+, ионизирующее и ультрафиолетовое излучение, большие дозы витамина А и некоторых ксенобиотиков. При развитии окислительного стресса повреждаются нуклеиновые кислоты, белки и липиды. Результатом повреждения ДНК служат окисления азотистых оснований, их модификация, разрыв полинуклеотидной цепочки и повреждение хромосом.

Таким образом, АФК являются мутагенами, а возникающие в результате их действия повреждения ДНК могут привести к гибели клеток или их злокачественному перерождению. Для предотвращения развития патологии от действия АФК в организме функционирует антиоксидантная система, предназначенная для подавления действия, вызванного присутствием в клетке избытка активных форм кислорода. Компонентами антиоксидантной системы (АОС) являются высоко- и низкомолекулярные антиоксиданты.

19.6.2. Каталитические белки саркоплазмы

Na+,K+-АТФаза. В клетках живых организмов всегда поддерживается асимметричное распределение ионов Na+ и K+, которое используется для генерации возбуждения в нервных и мышечных клетках, обеспечивая транспорт в клетку жизненно важных биогенных молекул (углеводов и аминокислот). Разная концентрация ионов Na+ и K+ внутри и снару-

477