Białka biorące

udział w skurczu

mięśnia

Łukasz Bryl gr. 1

Budowa miofibryli - sarkomer

Miozyna



białko o masie 480kDa



Składa się z dwóch łańcuchów ciężkich i dwóch par
łańcuchów lekkich.



N-końcowe części ciężkich łańcuchów zwinięte są w
globularne „główki”, a u ich podstawy zlokalizowane są po
dwa lekkie łańcuchy



Ciężkie łańcuchy owijają się wokół siebie, tworząc długą
superhelisę.



za pomocą główek następuje wiązanie i hydroliza ATP, oraz
wiązanie głównego białka cienkich filamentów - aktyny.



Poszczególne cząsteczki miozyny w filamencie grubym
wiąże ze sobą białko C.



białko o masie 480kDa



Składa się z dwóch łańcuchów ciężkich i dwóch par
łańcuchów lekkich.



N-końcowe części ciężkich łańcuchów zwinięte są w
globularne „główki”, a u ich podstawy zlokalizowane są po
dwa lekkie łańcuchy



Ciężkie łańcuchy owijają się wokół siebie, tworząc długą
superhelisę.



za pomocą główek następuje wiązanie i hydroliza ATP, oraz
wiązanie głównego białka cienkich filamentów - aktyny.



Poszczególne cząsteczki miozyny w filamencie grubym
wiąże ze sobą białko C.



W globularnej głowie miozyny znajdują się

dwa miejsca aktywne:

1.

Służące do enzymatycznego rozpadu ATP

2.

Miejsce wiązania z aktyną



W globularnej głowie miozyny znajdują się

dwa miejsca aktywne:

1.

Służące do enzymatycznego rozpadu ATP

2.

Miejsce wiązania z aktyną

Miozyna

Meromiozyna



Główka miozyny ma domenę regulatorową

i domenę motoryczną



Domena motoryczna dzieli się na 4

subdomeny:

N-końcową

Subdomenę

Subdomenę

Subdomenę



Domena motoryczna ma szczelinę

oddzielającą od siebie 2 subdomeny, w
pobliżu ujścia tej szczeliny jest miejsce
wiązania aktyny



Podstawa szczeliny to podstawa kieszeni

katalitycznej , gdzie wiązany jest ATP lub
produkty hydrolizy ATP.



Domena motoryczna ma szczelinę

oddzielającą od siebie 2 subdomeny, w
pobliżu ujścia tej szczeliny jest miejsce
wiązania aktyny



Podstawa szczeliny to podstawa kieszeni

katalitycznej , gdzie wiązany jest ATP lub
produkty hydrolizy ATP.

Filamenty cienkie



Miofilamenty cienkie stanowią nić białkową, złożoną

z cząsteczek białka globularnego-G-aktyny.
Cząsteczki te w obecności ATP są ze sobą silnie
spolimeryzowane, tworząc sznur zwany F-aktyną.
Każdy miofilament cienki zbudowany jest z dwóch
spiralnie wokół siebie skręconych sznurów F-aktyny.



Oprócz aktyny w skład miofilamentów cienkich

wchodzą białka regulatorowe: troponina i
tropomiozyna



Cienki filament zawiera 1 cząsteczkę tropomiozyny i 1
troponiny na każde 7 monomerów aktyny.



Miofilamenty cienkie stanowią nić białkową, złożoną

z cząsteczek białka globularnego-G-aktyny.
Cząsteczki te w obecności ATP są ze sobą silnie
spolimeryzowane, tworząc sznur zwany F-aktyną.
Każdy miofilament cienki zbudowany jest z dwóch
spiralnie wokół siebie skręconych sznurów F-aktyny.



Oprócz aktyny w skład miofilamentów cienkich

wchodzą białka regulatorowe: troponina i
tropomiozyna



Cienki filament zawiera 1 cząsteczkę tropomiozyny i 1
troponiny na każde 7 monomerów aktyny.

Aktyna



jest głównym składnikiem cienkich filamentów



monomer o masie 43 kDa, zwany aktyną G,

ponieważ ma kształt globularny



aktyna G polimeryzuje do formy fibrylarnej

zwanej aktyną F



podobnie jak miozyna jest ATP-azą. Jednak

hydroliza ATP przez aktynę nie wywołuje
skurczu mięśnia. Cykl ATP-ADP aktyny bierze
udział w polimeryzacji i depolimeryzacji
filamentu.



jest głównym składnikiem cienkich filamentów



monomer o masie 43 kDa, zwany aktyną G,

ponieważ ma kształt globularny



aktyna G polimeryzuje do formy fibrylarnej

zwanej aktyną F



podobnie jak miozyna jest ATP-azą. Jednak

hydroliza ATP przez aktynę nie wywołuje
skurczu mięśnia. Cykl ATP-ADP aktyny bierze
udział w polimeryzacji i depolimeryzacji
filamentu.

Tropomiozyna



Tropomiozyna występuje we
wszystkich rodzajach mięśni jak
również towarzyszy aktynie w
komórkach niemięśniowych.
Cząsteczka Tropomiozyny
zbudowana jest z dwóch łańcuchów
polipeptydowych o strukturze alfa-
helisy skręconych w superhelisę.
W mięśniach poprzecznie
prążkowanych występują dwie
izoformy alfa i beta, które tworzą
homo(np. alfa-alfa) i heterodimery.
Proporcje izoform zależą od rodzaju
mięśnia .



Tropomiozyna występuje we
wszystkich rodzajach mięśni jak
również towarzyszy aktynie w
komórkach niemięśniowych.
Cząsteczka Tropomiozyny
zbudowana jest z dwóch łańcuchów
polipeptydowych o strukturze alfa-
helisy skręconych w superhelisę.
W mięśniach poprzecznie
prążkowanych występują dwie
izoformy alfa i beta, które tworzą
homo(np. alfa-alfa) i heterodimery.
Proporcje izoform zależą od rodzaju
mięśnia .



Cały łańcuch Tm zbudowany jest z wielokrotnie
powtórzonej heptady , czyli 7 aimnokwasów.



Łańcuchy tropomiozyny przebiegają równolegle do nitek
aktynowych i zlokalizowane są w rowkach nici F-aktyny.



Zawiera 7 grup Ala powodujących lokalne zaburzenia
symetrii klasyczne superhelisy i jej nieznaczne
odkształcenie – 7 potencjalnych miejsc wiązania aktyny.
Udział każdego z tych miejsc nie jest równocenny.



Odpowiada za blokowanie miejsca łączenia aktyny z
miozyną



Cały łańcuch Tm zbudowany jest z wielokrotnie
powtórzonej heptady , czyli 7 aimnokwasów.



Łańcuchy tropomiozyny przebiegają równolegle do nitek
aktynowych i zlokalizowane są w rowkach nici F-aktyny.



Zawiera 7 grup Ala powodujących lokalne zaburzenia
symetrii klasyczne superhelisy i jej nieznaczne
odkształcenie – 7 potencjalnych miejsc wiązania aktyny.
Udział każdego z tych miejsc nie jest równocenny.



Odpowiada za blokowanie miejsca łączenia aktyny z
miozyną

Troponina

Domena Globularna

100 C- końcowych aminokwasów

100 C- końcowych aminokwasów

Troponina jest kompleksem trzech białek z których

każde pełni specyficzną rolę w regulacji skurczu
mięśnia . Troponina I hamuje ATPazę
aktomiozynową, troponina C wiąże jony wapnia
Ca

2+

, natomiast troponina T łączy wszystkie

składniki z Tropomiozyną.

Troponina jest kompleksem trzech białek z których

każde pełni specyficzną rolę w regulacji skurczu
mięśnia . Troponina I hamuje ATPazę
aktomiozynową, troponina C wiąże jony wapnia
Ca

2+

, natomiast troponina T łączy wszystkie

składniki z Tropomiozyną.

Troponina I



Tn I wiąże się bezpośrednią z aktyną i hamuje
aktywność ATPazy aktomiozynowej.



Podstawowa rola TnI – utrzymywanie Tm na
powierzchni filamentu aktyny w tzw. „pozycji
blokującej” wiązanie główek miozyny w nieobecności
jonów Ca

2+

.



Tn I zawiera dwa miejsca wiązania TnC. Aminokwasy
będące N- końcem tworzą alfa-helisę, która wiąże się z
hydrofobową kieszenią w C – końcowej domenie TnC.
Wiązanie to wymaga obecności Ca

2+

lub Mg

2+

.



Tn I wiąże się bezpośrednią z aktyną i hamuje
aktywność ATPazy aktomiozynowej.



Podstawowa rola TnI – utrzymywanie Tm na
powierzchni filamentu aktyny w tzw. „pozycji
blokującej” wiązanie główek miozyny w nieobecności
jonów Ca

2+

.



Tn I zawiera dwa miejsca wiązania TnC. Aminokwasy
będące N- końcem tworzą alfa-helisę, która wiąże się z
hydrofobową kieszenią w C – końcowej domenie TnC.
Wiązanie to wymaga obecności Ca

2+

lub Mg

2+

.

Troponina T



Największa podjednostka troponiny.



Podstawową funkcją jest wiązanie Tm fragmentem N-
końcowym TnT.



Alfa helikalny fragment Troponiny T łączy się również
z Troponiną I.



TnT degraduje pod wpływem enzymów tworząc 2
fragmenty: T1 i T2.



T2 tworzy trwały kompleks z TnI i TnC.



Największa podjednostka troponiny.



Podstawową funkcją jest wiązanie Tm fragmentem N-
końcowym TnT.



Alfa helikalny fragment Troponiny T łączy się również
z Troponiną I.



TnT degraduje pod wpływem enzymów tworząc 2
fragmenty: T1 i T2.



T2 tworzy trwały kompleks z TnI i TnC.

Troponina C



Odgrywa kluczową rolę w skurczu.



Posiada zdolność specyficznego wiązania

jonów wapnia w zakresie ich stężeń
molowych.



W TnC występuje charakterystyczny motyw

umożliwiający wiązanie jonów wapnia, helisa-
pętla-helisa (EF-hand) – 2 motywy EF-hand
tworzą domenę strukturalną.



TnC zawiera 2 domeny:



C-końcowa – rola strukturalna



N-końcowa – odpowiada za regulację skurczu



Odgrywa kluczową rolę w skurczu.



Posiada zdolność specyficznego wiązania

jonów wapnia w zakresie ich stężeń
molowych.



W TnC występuje charakterystyczny motyw

umożliwiający wiązanie jonów wapnia, helisa-
pętla-helisa (EF-hand) – 2 motywy EF-hand
tworzą domenę strukturalną.



TnC zawiera 2 domeny:



C-końcowa – rola strukturalna



N-końcowa – odpowiada za regulację skurczu

Skurcz mięśnia

Kalmodulina



Masa cząsteczkowa

kalmoduliny wynosi 16,7
kDa. Jest ona peptydem o
długości 148 aminokwasów.



Jony Ca

2+

łącząc się z

kalmoduliną aktywują kinazę
łańcuchów lekkich miozyny i
prowadzą do fosforylacji tych
łańcuchów, co umożliwia
interakcję aktyny z miozyną



Masa cząsteczkowa

kalmoduliny wynosi 16,7
kDa. Jest ona peptydem o
długości 148 aminokwasów.



Jony Ca

2+

łącząc się z

kalmoduliną aktywują kinazę
łańcuchów lekkich miozyny i
prowadzą do fosforylacji tych
łańcuchów, co umożliwia
interakcję aktyny z miozyną

Kaldesmon(87 kDa)



Cząsteczki kaldesmonu o długości około 75nm,
podobnie jak polimery tropomiozyny, ułożone są
wzdłuż podwójnej helisy monomerów aktyny, w
kontakcie z zewnętrznymi domenami jej cząsteczek.



Jest białkiem zależnym od Ca

2+

, które odgrywa rolę w

regulacji skurczu mięśnia gładkiego. Przy niskich
stężeniach Ca

2+

wiąże się ono z tropomiozyną i aktyną.



Zapobiega to wiązaniu aktyny z miozyną, utrzymując
mięsień w stanie rozkurczu.



w przypadku wyższych stężeń jonów wapnia Ca

2+

-

kalmodulina wiąże kaldesmon, uwalniając go od aktyny



Aktyna wiąże się z miozyną – może zajść skurcz



Cząsteczki kaldesmonu o długości około 75nm,
podobnie jak polimery tropomiozyny, ułożone są
wzdłuż podwójnej helisy monomerów aktyny, w
kontakcie z zewnętrznymi domenami jej cząsteczek.



Jest białkiem zależnym od Ca

2+

, które odgrywa rolę w

regulacji skurczu mięśnia gładkiego. Przy niskich
stężeniach Ca

2+

wiąże się ono z tropomiozyną i aktyną.



Zapobiega to wiązaniu aktyny z miozyną, utrzymując
mięsień w stanie rozkurczu.



w przypadku wyższych stężeń jonów wapnia Ca

2+

-

kalmodulina wiąże kaldesmon, uwalniając go od aktyny



Aktyna wiąże się z miozyną – może zajść skurcz

Inne białka regulujące skurcz mięsni

Białko

Umiejscownienie

Funkcja

Tytyna

Rozciąga się od lini Z do

lini M

Bierze udział w

rozkurczu mięśnia

Nebulina

Od lini Z wzdłuż nitek

aktynowych

Reguluje tworzenie i

długość nitek aktyny

α-aktynina

Zakotwicza aktynę w

liniach Z

Stabilizuje nitki aktyny

Dystrofina

Połączona z plazmalemą

Brak lub niedobór

powoduje upośledzenie

skurczu i rozkurczu

mięśnia

Kalcyneuryna

Cytozol

Odgrywa rolę w

przeroście mięśnia

sercowego oraz w

regulacji liczby szybko i

wolno kurczących się

włókien mięśniowych

Kalcyneuryna



Jest to fosfataza regulowana

przez kalmodulinę. Odgrywa rolę
w regulacji liczby szybko i wolno
kurczących się włókienek
mięśniowych.



Białko tworzy heterodimery,

zbudowane z podjednostki
katalitycznej (kalcyneuryna A) i
regulatorowej (kalcyneuryna B).



Podjednostka B zawiera 4

miejsca wiążące jony wapnia.



Jest to fosfataza regulowana

przez kalmodulinę. Odgrywa rolę
w regulacji liczby szybko i wolno
kurczących się włókienek
mięśniowych.



Białko tworzy heterodimery,

zbudowane z podjednostki
katalitycznej (kalcyneuryna A) i
regulatorowej (kalcyneuryna B).



Podjednostka B zawiera 4

miejsca wiążące jony wapnia.

Tytyna



długie, włókniste białko mięśni poprzecznie

prążkowanych masie cząsteczkowej około 3x10

6

Da,



Biegnie przez pół sarkomeru łącząc prążki Z i M



Część łańcucha przebiegająca w prążku A posiada

okresowo powtarzające się domeny wiążące się z
lekka meromiozyną.



Tytyna jest pofałdowana tworząc rodzaj sprężyny,

która zostaje ściśnięta w czasie skurczu i
rozprężona w czasie rozkurczu. Białko te jest
elementem sprężystym sarkomeru.



długie, włókniste białko mięśni poprzecznie

prążkowanych masie cząsteczkowej około 3x10

6

Da,



Biegnie przez pół sarkomeru łącząc prążki Z i M



Część łańcucha przebiegająca w prążku A posiada

okresowo powtarzające się domeny wiążące się z
lekka meromiozyną.



Tytyna jest pofałdowana tworząc rodzaj sprężyny,

która zostaje ściśnięta w czasie skurczu i
rozprężona w czasie rozkurczu. Białko te jest
elementem sprężystym sarkomeru.

Nebulina



Jest białkiem fibrylarnym o długości równej dł.

cienkiej nitki sarkomeru, wokół którego jest
owinięte.



Posiada okresowo powtarzające się domeny

wiążące aktynę. Swoim końcem jest
zakotwiczona w prążku Z.



Utrzymuje ułożenie filamentów cienkich w

sarkomerze.



Jest białkiem fibrylarnym o długości równej dł.

cienkiej nitki sarkomeru, wokół którego jest
owinięte.



Posiada okresowo powtarzające się domeny

wiążące aktynę. Swoim końcem jest
zakotwiczona w prążku Z.



Utrzymuje ułożenie filamentów cienkich w

sarkomerze.

Desmina



Tworzy filamenty pośrednie typu III, które

łączą ze sobą linie Z sąsiednich miofibryli



Tworzy filamenty pośrednie typu III, które

łączą ze sobą linie Z sąsiednich miofibryli

α-aktynina



α-aktynina – zakotwicza aktynę w liniach Z



Stabilizuje nitki aktyny



α-aktynina – zakotwicza aktynę w liniach Z



Stabilizuje nitki aktyny

Białko c



wiąże miozynę i tytnę odgrywa rolę w

integracji struktury sarkomeru



wiąże miozynę i tytnę odgrywa rolę w

integracji struktury sarkomeru

Dystrfofina



Dystrofina składa się z 3684 aminokwasów i ma masę 427 kDa.



Dystrofina jest białkiem kodowanym przez gen leżący na chromosomie X.



Rola dystrofiny polega na "uszczelnianiu" błony komórkowej, dzięki czemu
zachowuje ona selektywną przepuszczalność (m.in. nie wypuszczając
enzymów na zewnątrz, a jonów wapnia do komórki).



Dystrofina, która zawiera mutacje jest niestabilna, co powoduje zaburzenia w
utrzymywaniu prawidłowych interakcji pomiędzy dystrofiną a aktyną,
przyczyniając się jednocześnie do zaburzeń w strukturze całego cytoszkieletu
i powodując zmiany w budowie błony biologicznej.



Dochodzi do przechodzenia enzymów (kinaza kreatynowa, adolaza,
transaminazy) na zewnątrz błony komórkowej. Powoduje to wzrost ich
poziomu, w surowicy, znacznie powyżej normy.



Do komórki wnikają natomiast bez przeszkód jony wapnia, co powoduje jej
martwicę, stymulację fibroblastów i rozrost tkanki włóknistej w miejscu tkanki
mięśniowej.



W ten sposób z biegiem czasu coraz więcej włókien jest traconych, prowadzi
do degeneracji tkanki mięśniowej.



Dystrofina składa się z 3684 aminokwasów i ma masę 427 kDa.



Dystrofina jest białkiem kodowanym przez gen leżący na chromosomie X.



Rola dystrofiny polega na "uszczelnianiu" błony komórkowej, dzięki czemu
zachowuje ona selektywną przepuszczalność (m.in. nie wypuszczając
enzymów na zewnątrz, a jonów wapnia do komórki).



Dystrofina, która zawiera mutacje jest niestabilna, co powoduje zaburzenia w
utrzymywaniu prawidłowych interakcji pomiędzy dystrofiną a aktyną,
przyczyniając się jednocześnie do zaburzeń w strukturze całego cytoszkieletu
i powodując zmiany w budowie błony biologicznej.



Dochodzi do przechodzenia enzymów (kinaza kreatynowa, adolaza,
transaminazy) na zewnątrz błony komórkowej. Powoduje to wzrost ich
poziomu, w surowicy, znacznie powyżej normy.



Do komórki wnikają natomiast bez przeszkód jony wapnia, co powoduje jej
martwicę, stymulację fibroblastów i rozrost tkanki włóknistej w miejscu tkanki
mięśniowej.



W ten sposób z biegiem czasu coraz więcej włókien jest traconych, prowadzi
do degeneracji tkanki mięśniowej.

Bibliografia



Biochemia, Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko,

Lubert Stryer, wydawnictwo naukowe PWN
Warszawa 2005



Biochemia Harpera, Franciszek Kokot,

Aleksander Koj, Andrzej Kozik, Tadeusz
Wilczok, Wydawnictwo lekarski PZWL
warszawa 2008



Fizjologia człowieka t.I, Stanisław Konturek,

Tomasz Brzozowski, Kraków 2003



Histologia , Wojciech Sawicki, Wydawnictwo

Lekarski PZWL, Warszawa 2003