314. Механизм сокращения мышцы

Сокращение мышцы — результат сокращения составляющих ее мышечных клеток (мышечных волокон). Сокращение мышечного волокна — следствие укорочения каждого его саркомера. Укорочение саркомера происходит в результате взаимодействия толстых и тонких филаментов, которые ориенти­рованы параллельно длиннику мышцы. В саркомере покоящейся мышцы толстые и тонкие филаменты пространственно разобщены. Тонкие филаменты контактируют с 2-линиями и не достигают центральной части саркомера, оставляя ее свободной. Толстые филаменты занимают центр саркомера, не приходя в соприкосновение с 2-линиями. Только в Н-зоне, в пространстве между толстыми филаментами входят тонкие. Взаимодействие филаментов сводится к тому, что тонкие, прикрепленные к 2-линиям по обе стороны саркомера, движутся навстречу друг другу, внедряясь в пространство между толстыми. В результате уменьшается расстояние между 2-линиями, происходит их сближение или, что то же самое, укорочение длинника саркомера.

При максимальном сокращении толстые филаменты приходят в соприкос­новение с 2-линиями.

315. Соединительная ткань и структурой и свойствами ее основных компонентов.

Коллаген — фибриллярный белок, самый распространенный в организме человека (около 30% от общей массы белка). Молекула коллагена (тропоколла-ген) включает три пептидные цепи по 1 тыс. аминокислотных остатков в каждой: около 33% приходится на остатки глицина, 20 — на пролин и гидрооксипролин и 10% — на аланин. Кроме того, в составе коллагена имеются оксилизин (присутствие оксипролина и оксилизина — характерная особен­ность коллагена).

Пептидные цепи коллагена образованы последовательностью триплетов Гли-Х-У, где Х и У представлены разными аминокислотами, но часто пролином и оксипролином соответственно.

Каждая из трех полипептидных цепей молекулы коллагена спиралевидна. Из этих трех спиралей образуется плотная спираль второго порядка, в которой цепи ориентированы параллельно. За счет пептидных групп между спиралями возникают водородные связи.

В состав молекулы коллагена входят моносахариды и дисахариды (галакто-зильные или галактозилглюкозильные остатки), связанные через гидроксиль-ные группы остатков оксилизина.

Трехцепочные жгуты молекул коллагена, соединяясь «бок в бок», образуют микрофибриллы. Из них происходят более толстые фибриллы, а из них — волокна, а затем пучки волокон За счет взаимодействия остатков оксилизина между молекулами коллагена в фибриллах возникают ковалентные связи Таким образом, коллагеновые волокна, образованные в продольном направле­нии ковалентно связанными остатками аминокислот, дополнительно «проши­ты» в поперечном направлении такими же связями между остатками оксили­зина. Это сообщает фибриллам механическую прочность, предоставляющую соединительной ткани возможность выполнять опорную функцию.

Основные продуценты коллагена — фибробласты. Синтез коллагена включает наряду со стадией трансляции этап посттрансляционной внутриклеточной моди­фикации, ведущей к образованию проколлагена из полипептидных цепей, и (после трансмембранного переноса) образование коллагеновых волокон.

Гидроксилирование пролиновых и лизиновых остатков в полипептидных цепях проколлагена происходит одновременно со сборкой цепей. В этомпроцессе участвуют молекулярный кислород и а-кетоглутарат, а в качестве кофакторов — ион двувалентного железа и аскорбиновая кислота в роли восстановителя, обеспечивающего сохранение железа в двувалентном состо­янии. Гидроксилирование — обязательный этап трансформации проколлаге­на, обеспечивающий образование трехспиральной структуры коллагена. Дефи­цит аскорбиновой кислоты проявляется главным образом за счет нарушения этого процесса и его следствия — разрыхления соединительной ткани.

Коллаген — медленно обменивающийся белок (период полураспада измеряется месяцами). Катализирует распад специфическая протеаза — коллагеназа, кото­рая разрывает все три цепи на одном уровне' она атакует пептидную связь между остатками глицина и лизина на расстоянии примерно в 1/4 от С-полюса молекулы. Высвобождающиеся фрагменты лизируются различными пептидазами.

У человека показателем скорости распада коллагена может служить выде­ление с мочой оксипролина, единственным источником которого является коллаген. Нормальная скорость выделения оксипролина у взрослого составляет 15-20 мг в сутки (у лиц в возрасте от 10 до 20 лет — до 200 мг). Скорость выделения увеличивается при ускоренном распаде, характерном для некото­рых заболеваний (гиперпаратиреоидизм, болезнь Педжета), особенно при наследственной гидрооксипролинемии (дефект гидрооксипролиноксидазы).

Ускоренный синтез коллагена происходит в заживающей ране в область раны мигрируют фибробласты и синтезируют здесь вещества межклеточного матрикса.

Эластин, как и коллаген, содержит много глицина и пролина, содержание гидрооксипролина невелико Существенно отличается от коллагена высокой концентрацией валина.

По механическим свойствам эластин отличается от коллагена высокими растяжимостью и эластичностью. Он преобладает в тканях, подвергающихся периодическому растяжению — сокращению' крупные кровеносные сосуды, связки, легкие.

Гликозаминогликаны — линейные гетерополисахариды из повторяющихся дисахаридных единиц. Состав гликозаминогликанов приведен в табл 1 (разд 2.2.5.2). Важнейшие из них — гиалуроновая кислота и хондроитинсульфаты

Гиалу роковая кислота состоит из повторяющейся единицы, в состав которой входят глюкуроновая кислота и М-ацетилглюкозамин Отличается высокой молекулярной массой — несколько миллионов дальтон

Хондроитинсулъфаты содержат в составе молекулы повторяющуюся еди­ницу из глюкуроновой кислоты и сульфированного К-ацетилгалактозамина. Молекулярная масса 10-60 кДа.

Белковый компонент протеогликанов синтезируется на полирибосомах, связанных с эндоплазматическим ретикулумом' пептидная цепь пронизывает мембрану и наращивается в сторону полости эндоплазматического ретикулума, где начи­нается синтез углеводной части протеоглика-на. Углеводная часть с белковой связана через гидроксильные группы остатков сери-на. Здесь же в полости ретикулума происхо­дит и сульфатирование углеводной части протеогликана. В процессе синтеза синтези­руемые молекулы перемещаются к аппарату Гольджи, где они включаются в секреторные гранулы и происходит экзоцитоз в составе этих гранул.

К одной полипептидной цепи последова­тельно прикрепляются цепи гликозаминогли-кана, образуя фигуру, напоминающую щеточ­ку.

В межклеточном веществе протеогликаны образуют комплексы, в составе которых к молекуле гиалуроновой кислоты прикреплены полюсами молекулы протеогликана, образуя ствол с разветвленными ветвями или щетку, состоящую из малых щеточек.

Одноименные заряды сульфатированных цепей протеогликанов и гидратация обуслов­ливают их взаимоотталкивание. Поэтому ком­плексы занимают максимально возможное пространство. По тем же причинам комплек­сы отталкиваются друг от друга и их общий

объем оказывается значительно большим, чем объем собственно молекул, если бы они были плотно уложены в пространстве. При увеличении внешнего давления молекулы сближаются, выжимая воду из межмолекулярных проме­жутков, по прекращении давления восстанавливаются исходные расстояния.

316. ФбронектинВажную роль в структурной организации межклеточного мат-рикса играют неколлагеновые структурные гликопротгины,

из которых детальнее изучен фибронектин. Этот белок участвует в объединении между собой неклеточных структур основного вещества и клеток, погруженных в него.

фибронектин синтезируется и выделяется в межклеточное пространство многими клетками. Он находится на поверхности плазматических мембран, в базальных мембранах, глубине межклеточного вещества соединительной ткани и плазме крови. Его роль как фактора, объединяющего (наряду с другими менее изученными белками) компоненты межклеточного матрикса в единую систему (ткань), обеспечивается своеобразной структурой.

Молекула фибронектина включает в себя две почти одинаковые пептидные цепи, соединяющиеся вблизи С-конца дисульфидными связями. Каждая цепь содержит 7-8 доменов, между которыми находятся неструктурированные гибкие участки. Молекула фибронектина располагает специфическими центрами связы­вания для некоторых компонентов плазматической мембраны (ганглиозидов и сиалопротеидов), для коллагена, гиалуроновой кислоты и сульфированных глико-заминогликанов Это дает возможность фибронектину связывать в одну систему клетки и неклеточные образования матрикса Нековалентные связи закрепляются благодаря наличию у молекулы фибронектина центра связывания для трансглу-таминазы. 317. Состав нервной ткани

Миелиновая оболочка — существенный элемент нервной ткани. Она окру­жает аксоны и дендриты периферической нервной системы, клеточные тела в нервных ганглиях, нервные волокна белого вещества центральной нервной системы. Образована миелиновая оболочка клетками неврилеммы (шваннов-скими клетками). Между участками аксона, покрытого миелиновой оболочкой, остаются немиелинизированные зоны — перехваты Ранвье.

Основной химический компонент миелиновой оболочки — липиды (70-80%), на втором месте белки (20-30%).

В липидном компоненте отношение холестерол: фосфоглицериды: галакто-липиды составляет 4:3:2. Основной фосфоглицерид — фосфатидилэтанолами-ны, основной галактолипид — цереброзиды. Содержание сфингомиелинов невелико в головном мозге и выше в миелине периферических нервов. В малом количестве содержатся фосфоинозитиды, однако они существенный компо­нент, связывающий основной белок миелина. В меньших количествах здесь содержатся и другие липиды: моносиалганглиозиды, жирные кислоты, дифос-фо- и трифосфоинозитиды.

Миелин периферических нервов отличается меньшим содержанием фосфа-тидилхолинов и большим — сфингомиелина.

Белки миелиновой оболочки — основной белок (30% от общего белка миелина) и протеолипидная белковая фракция (до 50%).

Молекула основного белка состоит из одной цепи (170 аминокислотных остатков, последовательность установлена). Роль его весьма существенна. Это следует из наблюдений над животными, у которых такой белок блокировали специфическими антителами или синтетическим октапептидом с совпадаю­щей последовательностью аминокислот (в положении от 114 по 121). Блокада вызывает воспалительный процесс в мозге, демиелинизацию и паралич конечностей (экспериментальный аллергический энцефаломиелит).

Протеолипидная белковая фракция представлена группой родственных молекул (от 12,5 до 35 кДа) и связанными с ними липидами (смесь равных количеств фосфоглицеридов и цереброзидов).

В миелиновой оболочке обнаруживается еще один белок — кислый проте-олипид, свойства которого мало изучены.

Основной белок и протеолипиды представляют собой интегральные компо­ненты миелиновой мембраны. Об этом говорит тот факт, что в нативной мембране белок окружен мембранным липидом, недоступен для большинства протеиназ и водорастворимых реагентов.

В миелине обнаружена цАМФ-зависимая киназа, которая фосфорилирует белок миелина, и фосфодиестераза, гидролизующая цАМФ.

Период полужизни миелина — около одного месяца.

Нейротрубочки и нейрофиламенты — основные цитоплазматические ор-ганеллы аксона.

Нейротрубочки состоят из глобулярного гликопротеида — тубулина, моле­кулы которого укладываются в виде спирали и образуют параллельные

протофиламенты, составляющие стенку цилиндра .

Нейротрубочки постоянно формируются и разрушаются. Их формирование из тубулина — пример самосборки. Самосборку инициирует активация белка посредством ГТФ, молекула которого связана с каждой из субъединиц тубулина. Эта функция ГТФ аналогична функции АТФ в полимеризации С-актина в Р-актин в миофибриллах. Предполагают, что изменение внутрикле­точной концентрации ионов кальция регулирует сборку-разборку трубочек. Нейротрубочки, как частный случай микротрубочек, играют роль в ограниче­нии латеральной подвижности компонентов плазматической мембраны. Ан­самбль из микротрубочек или микрофиламентов как бы прикрепляет интег­ральные липопротеидные комплексы мембран к цитоскелету, препятствуя боковым смещениям.

Микрофпламенты — тонкие цитоплазматические белковые нити, участву­ющие, как и трубочки, в поддержании стабильности клеточной мембраны и в ориентированном движении компонентов цитоплазмы, в том числе и органелл. Белок, из которого построены микрофиламенты, отличается от тубулина аминокислотным составом и отсутствием ГТФ. Большое число микрофиламен­тов содержится в теле клетки, в аксоне и растущем кончике аксона в период его развития.

Особенность химического состава мозга — присутствие в нем двух сильно­кислых белков (условные названия — 5-100 и 14-3-2), содержание которых по крайней мере в 100 раз выше, чем в любом другом органе. Белок 8-100 содержится в основном в глии, но изменение его свойств (обработка антисыво­роткой) нарушает структуру нейронов и проведение нервных импульсов. Белок 14-3-2 содержится в высокой концентрации в сером веществе, перемещается из тела клетки системой медленного транспорта.