Протеин тропомиозином происходит главным образом в поперечно-полосатых мышцах и участвует в сокращении мышц. Генетические мутации могут влиять на структуру продуцируемых молекул тропомиозина и тем самым вызывать ряд заболеваний, включая различные формы кардиомиопатии, а также врожденный множественный артрогрипоз и миопатию немалина.
Что такое тропомиозин?
Тропомиозин - это белок, который в организме человека содержится в основном в скелетных мышцах. Биохимик Кеннет Бейли впервые описал этот белок в 1946 году. Одна мышца состоит из множества пучков мышечных волокон, которые, в свою очередь, состоят из мышечных волокон.
Каждое волокно состоит не из одной четко определенной мышечной клетки, а из ткани с множеством клеточных ядер. Внутри этих единиц миофибриллы представляют собой более тонкие волокна; их поперечные сечения называются саркомерами. Саркомер состоит из двух типов нитей, которые попеременно вставляются друг в друга, как шестеренка или молния. Некоторые из этих нитей представляют собой миозин, другие - комплекс актина и тропомиозина. В этом комплексе молекулы актина образуют толстую цепь, вокруг которой намотаны две нити тропомиозина.
Анатомия и строение
Тропомиозин состоит из двух частей: α и β. Два строительных блока содержат в общей сложности 568 аминокислот, из которых 284 являются α-тропомиозином, а 284 - β-тропомиозином. Эти аминокислоты выстраиваются в ряд и образуют длинные цепочки, прежде чем окончательно соединиться вместе, чтобы сформировать макромолекулу в форме стержня.
Последовательность аминокислот и структура белка определены генетически; у человека за это отвечают следующие гены: TPM1 на 15-й хромосоме, TPM2 на 9-й хромосоме, TPM3 на первой хромосоме и TMP4 на 19-й хромосоме. Нить тропомиозина (с обеими субъединицами) наматывается на более толстые актиновые филаменты в поперечно-полосатых скелетных мышцах. К нему присоединяется еще один белок - тропонин.
Функции и задачи
Тропомиозин необходим для сокращения скелетных мышц. Когда нервный импульс достигает мышцы, электрический стимул сначала распространяется через сарколемму и Т-канальцы и, наконец, приводит к высвобождению ионов кальция в саркоплазматическом ретикулуме.
Ионы временно связываются с тропонином, который расположен на нити тропомиозина. В результате ионы кальция изменяют физические свойства молекулы. Тропонин немного смещается на поверхности и, таким образом, удаляется от мест, с которыми миозин также может связываться. Миозин образует дополнительные волокна к комплексу актин / тропомиозин. На конце миозиновой нити находятся две так называемые головки. Головки миозина могут связываться с участками актиновой нити, которые больше не заняты тропонином.
После стыковки с волокном миозиновые головки складываются и проталкиваются между нитями актина / тропомиозина, что укорачивает саркомер. При этом этот процесс происходит не у одного саркомера, а у многих. Таким образом, многочисленные сокращенные саркомеры заставляют сокращаться мышечное волокно и, следовательно, мышцу в целом. Нервный сигнал часто стимулирует несколько сотен мышечных волокон. Пластифицирующий эффект аденозинтрифосфата (АТФ) позволяет миозиновой головке отделяться от актина.
Сокращение гладких мышц несколько иное. Гладкие мышцы окружают органы у людей или находятся в стенках кровеносных сосудов. Он может сокращать больше, чем поперечно-полосатые мышцы. В то время как скелетные мышцы имеют поперечно-полосатую структуру, гладкие мышцы образуют плоскую поверхность, состоящую из отдельных клеток. Помимо актина и тропомиозина, в гладких мышцах есть кальдесмон и кальмодулин, два других белка, взаимодействие которых влияет на напряжение в мышцах. Тропомиозин действует в первую очередь на кальмодулин.
Кроме того, тропомиозин также играет роль в других биологических процессах. Например, кажется, что он влияет на связывание актина в цитоскелете и оказывает влияние на деление клеток.
болезни
Одно заболевание, которое может быть связано с тропомиозином, - это гипертрофическая кардиомиопатия. Это заболевание сердца, при котором саркомеры (участки мышечных волокон) утолщаются, что также влияет на толщину мышечных волокон в целом.
В результате могут развиться такие симптомы, как ощущение давления в груди, головокружение, одышка, обмороки и приступы стенокардии. В этом случае они возвращаются к функциональным проблемам сердечной мышцы. Наиболее частая причина (40–60%) гипертрофической кардиомиопатии кроется в генах: изменения (мутации) приводят к ошибкам в генетическом коде и, соответственно, к неправильному синтезу белков. Это также может повлиять на различные белки, из которых состоят мышечные волокна.
При рестриктивной кардиомиопатии сердечная мышца становится твердой. Причина - избыток соединительной ткани. Рестриктивная кардиомиопатия приводит к сердечной недостаточности, которая обычно характеризуется нарушениями дыхания, отеками, сухим кашлем, усталостью, истощением, головокружением, обмороком, сердцебиением и различными расстройствами пищеварения. Пострадавшие реже сбиваются с толку, страдают от проблем с памятью или когнитивных способностей. Дилатационная кардиомиопатия также может быть связана с ошибкой в генах тропомиозина.
Когда это заболевание сердца проявляется, оно часто связано с глобальной сердечной недостаточностью и / или прогрессирующей сердечной недостаточностью левых отделов сердца. Кроме того, могут появиться нарушения дыхания, эмболии и аритмии сердца. Два других заболевания, которые могут быть связаны с тропомиозином и частично основаны на мутациях, - это миопатия немалина, при которой мышцы могут быть повреждены разными способами, и врожденный множественный артрогрипоз, при котором суставы становятся жесткими. Однако все эти заболевания могут иметь и другие причины; мутации в генах тропомиозина - лишь одна из возможных причин.
