Шендрик А.Н. Химия белка. Структура, свойства, методы исследования

Подождите немного. Документ загружается.

161

3.1.5.4 Противосвертывающая система крови

Уже из самого факта наличия мощной свертывающей системы крови

можно предположить и существование системы антисвертывания. Ибо только

наличие сопряженной пары альтернативных процессов свертывания - антисвер-

тывания способно обеспечить устойчивое нормальное жидкое состояние крови

в организме. Многочисленные исследования механизма функционирования

противосвертывающей системы крови позволили выявить основные факторы

плазмы, тромбоцитов и тканей, участвующие в этом процессе. К ним относятся

различные антитромбопластины, антитромбины и фибринолитическая система

крови. Предполагается, что в организме содержатся специфические ингибиторы

для каждого фактора свертывания крови (антиакцелерин, антиковертин и т.д.).

Снижение активности этих ингибиторов ведет к развитию тромбозов, и наобо-

рот повышенная активность ингибиторов затрудняет свертывание крови (ге-

моррагии).

Наиболее активными компонентами системы противосвертывания явля-

ются антитромбины. Это прямые антикоагулянты. Они всегда находятся в ак-

тивной форме, а не в виде предшественников. Предположительно, в плазме со-

держится около 6-ти различных форм антитромбинов. Наиболее изучен гепа-

рин. Он тормозит превращение протромбина в тромбин. Гепарин препятствует

свертыванию крови как in vitro, так и in vivo.

3.1.5.5 Фибринолиз

Растворение уже образовавшихся кровяных сгустков (тромбов) называет-

ся фибринолизом. Система фибринолиза выполняет двоякую функцию. Во-

первых, она растворяет тромбы в самом кровяном русле. Во-вторых, растворяет

временные «тромбы-латки», которые в спешном порядке накладывает система

свертывания крови в местах повреждений.

162

Тканевые лизокиназы,

стрептокиназы

Плазминоген

(Фибринолизиноген,

профибринолизин)

Проактиватор

плазмина крови

Активатор

плазмина

Урокиназа, трипсин

тканевый активатор

Плазмин

(фибринолизин)

Продукты распада

фибриногена

Продукты распада

фибрина

Фибриноген

Фибрин

Тромбин

Протромбин

Схема процесса фибринолиза

Процесс фибринолиза развивается в следующей последовательности.

Ретрагированный сгусток фибрина постепенно превращается под действием

протеолитического фермента крови плазмина в ряд растворимых в воде пепти-

дов. В норме плазмин находится в крови в форме неактивного предшественни-

ка - плазминогена (фибринолизиноген, или профибринолизин). Превращение

плазминогена в плазмин идет с отщеплением от пептидной цепи фрагмента

длинной около 25% первоначального количества аминокислотных остатков.

Катализируют эту реакцию как активаторы крови, так и активаторы тканей. Ве-

дущую роль выполняют активаторы крови, которые в норме находятся в форме

неактивных проактиваторов. Быстрое превращение проактиваторов в активато-

ры происходит под влиянием тканевых лизокиназ и стрептокиназы. Системе

фибринолиза в организме противостоит антифибринолитическая система, кото-

рая включает различные антикиназы, антиплазмин и другие антиактиваторы.

163

3.2 Белки сократительной системы

Молекулярные основы производства мышечной работы за счет заклю-

ченной в АТФ энергии (энергии макроэргических связей) остаются до настоя-

щего времени малоизученными. Это одна из наиболее интересных и еще нераз-

решенных проблем биохимии. Прототипы искусственных машин, способных

превращать химическую энергию непосредственно в механическую работу по-

ка не созданы.

Механизм мышечного сокращения - это проблема не только биохимиче-

ская. Многие достижения здесь стали возможными благодаря интеграции био-

химических, биофизических и электронно-микроскопических подходов. По

своим характеристикам мышца, как источник работы, не имеет себе равных

среди машин созданных человеком. В состоянии покоя мышца практически не

потребляет энергии. Она способна за несколько миллисекунд развивать колос-

сальную удельную мощность до 1кВт на 1кг массы, используя примерно тот же

механизм преобразования энергии, что и в топливном элементе. Имеет огром-

ный срок службы, который исчисляется примерно в 10

повторяющихся циклов

сокращения - расслабления.

Различные типы мышц в организме обеспечивают своими сокращениями

все необходимые виды работ: поперечно-полосатые - движение конечностей,

всего тела и его частей; гладкие мышцы - сократительный тонус внутренних

органов и сосудов; сердечная мышца - безостановочное функционирование пе-

рекачивающего кровь насоса. Сократительную функцию в мышцах обеспечи-

вают два основных белка - актин и миозин. Они составляют около 75% всего

структурного белка.

Мышечная ткань в организме представлена тремя типами:

¾ скелетной мускулатурой;

¾ гладкой мускулатурой;

¾ сердечной мышцей.

164

3.2.1 Организация скелетных мышц

Сведения о размерах, форме и геометрическом расположении белковых

компонентов сократительных элементов мышц получены в основном методами

оптической и электронной микроскопии. Установлено, что волокна скелетных

мышц - это сильно вытянутые многоядерные клетки. Плазматическая мембрана

этих клеток носит название сарколеммы. Большая часть мышцы (см. рис 3.1) -

это сократительные элементы миофибриллы, собранные в параллельные пучки.

Миофибриллы окружены внутриклеточной жидкостью - саркоплазмой.

Рис. 3.1

Структура скелетной мышцы (рис. позаимствован из учебника: Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Био-

логическая химия. М.: Медицина.- 1990)

I - A-диски; II - І-диски; III - Н-зона; 1 - Z-линия; 2 - Т-система; 3 - саркоплпзматическая

сеть; 4 - устье Т-системы; 5 - гликоген; 6 - митохондрии; 7 - сарколемма.

В саркоплазме содержатся гликоген, гликолитические ферменты, АТФ,

креатинфосфат, неорганические электролиты, значительное количество амино-

кислот и пептидов. В активных аэробных мышцах очень много митохондрий,

которые расположены упорядоченно вдоль миофибрилл. Положение митохон

165

дрий в значительной мере фиксировано. В менее активных мышцах митохонд-

рий меньше и расположены они менее регулярно.

Миофибриллы мышечных волокон представляют собой длинные тонкие

нити с периодически повторяющимися (примерно через каждые 2.5мкм) про-

дольными структурными элементами. Диаметр миофибрилл около 1-2 мкм,

мышечного волокна - 50-100 мкм. В скелетных, или поперечно-полосатых,

мышцах повторяющиеся единицы параллельно уложенных миофибрилл обра-

зуют характерную поперечную исчерченность (см. рис. 3.2)

Рис. 3.2

Полученная методом электронной микроскопии микрофотография продольного среза ске-

летной мышцы. Отчетливо видны Z-пластинки, А- и I-диски, толстые и тонкие нити (фи-

ламенты), продольные (слева) и поперечные (справа) срезы Т-трубочек.

Рис. позаимствован из монографии: Д. Мецлер Биохимия. В 3-х томах. М.: Мир.- 1980.- Т.1.

Исчерченность возникает в результате чередования зон с различной оп-

тической плотностью. Светлые полосы названы I-дисками. Они изотропны.

Темные - А-дисками. Они анизотропны.

166

Рис. 3.3

Строение саркомера - основного структурного элемента миофибриллы.

Рисунок взят из книги: Энок Р.М. Основы кинезиологии. Киев.: Олимпийская литература.- 1998

Различие между изотропными и анизотропными структурами состоит в

том, что физические свойства анизотропных структур зависят от направления

измерений, а изотропных нет. А-диски мышц являются оптически анизотроп-

ными. Они имеют разные коэффициенты преломления в различных направле-

ниях, т.е. для них характерно двойное лучепреломление. В общем случае двой-

ным лучепреломлением обладают твердые тела, молекулы которых асиммет-

ричны и ориентированы преимущественно в одном направлении.

167

Z-пластинка

А-диск

I-диск

H-зона

М-полоса

1.5 - 1.6 мкм

1 мкм

Саркомер

Строение миофибриллы (фрагмент)

Z Z

Тонкие нити

(актин)

Толстые нити

(миозин)

В покоящихся мышцах А-диски имеют длину около 1.6 мкм, I-диски около 1

мкм. Зона I-дисков делится на две части плотной поперечной Z-пластинкой или

Z-полосой шириной около 800Å. В центральной части А-дисков расположена

менее плотная Н-зона, шириной примерно 0.5мкм. Н-зона делится пополам по-

перечной плотной линией - М-полосой. Вся повторяющаяся единица, располо-

женная между двумя соседними Z-пластинками называется саркомером (см.

рис 3.3)

168

Соседние миофибриллы расположены так, что их Z-линии расположены в

одной плоскости, т.е перекрываются (см. рис):

Хаксли и Хансон методом электронной микроскопии установили, что ка-

ждая миофибрилла состоит из многочисленных мышечных нитей, называемых

филаментами. Они бывают двух типов: толстые и тонкие. В I-дисках содержат-

ся только тонкие нити диаметром около 60Å. В плотных А-участках располо-

жены как тонкие так и толстые (диаметром 150-170Å) нити. Это и обусловлива-

ет двойное лучепреломление А-дисков. В поперечных срезах толстые нити от-

стоят друг от друга на расстоянии 450Å и расположены в виде гексагональной

системы. Каждая толстая нить окружена шестью тонкими нитями, которые

также образуют в срезе двухмерную гексагональную решетку. Таким образом,

каждый филамент одного типа, окружен в пучке шестью филаментами второго

типа.

В состоянии покоя мышцы толстые нити непрерывны на протяжении все-

го А-диска. Тонкие нити в области А-диска имеют разрыв. Они начинаются от

Z-пластинок, непрерывны в зоне I-дисков и заканчиваются в области А-дисков

у края Н-зоны. Поскольку тонкие нити упорядочены в продольном направле-

нии, их концы четко обозначают границы Н-зоны. Таким образом, в области Н-

169

зоны в ненапряженном состоянии мышцы отсутствуют тонкие нити, а в области

I-диска - толстые.

В состав толстых филаментов входят несколько белков. Основной - мио-

зин, а тонких - актин. При электронной микроскопии высокого разрешения в

плотных зонах А-дисков проявляются регулярно расположенные поперечные

мостики между толстыми и тонкими нитями. Это выступы толстых нитей. В

скелетных мышцах на каждые 430Å приходится 6 таких мостиков. Они распо-

ложены парами. Каждая пара повернута на 120

относительно предыдущей.

Поперечные мостики - единственный структурный элемент связи между тол-

стыми и тонкими нитями.

При мышечном сокращении толстые и тонкие филаменты движутся

(скользят) навстречу друг другу. При полном сокращении встречные тонкие

нити частично перекрываются, а толстые достигают своими концами Z-

пластинок (см. модель и рис.3.4).

Модель мышечного сокращения

(модель скользящих нитей)

А-зона

I-зона

170

Рис. 3.4

Стадии мышечного сокращения: расслабленное состояние (а); в процессе сокращения (б);

конечное, полностью сокращенное состояние (в).

Установлено, что А-диски (толстые нити) при сокращении мышцы не из-

меняют своей длинны. Не изменяется и расстояние между Z-пластинкой и гра-

ницей Н-зоны, т.е. и тонкие нити сохраняют свою длину. Ширина Н-зоны и I-

дисков при сокращении уменьшаются. Однако, это результат не изменения

длинны толстых и тонких филаментов, а следствие перекрывания нитей. При

сокращениях саркомеры укорачиваются на 20-50%. При растяжении их можно

удлинить на 120% от нормы.