Porównaj budowę i właściwości biologiczne aktyny, miozyny i troponiny.

Skoordynowany ruch jest istotą zycia.Jako pierwsze będą omawiane 3 eukariotyczne systemy ruchu,napedzane przez ATP.Skurcz miesni jest wynikim wślizgiwania się miedzy siebie filamentów miozyny i aktyny.Wiekszosc komorek eukariotów począwszy od drożdzy do czlowieka jest zdolna do aktywnego ruchu dzieki interakcji miozyny z aktyną.Przyłączenie ATP do miozyny indukuje konformacyjne przekształcanie w tych motorycznych białkach.Te strukturalne zmiany sa odwracalne przez hydrolizę zwiazanego ATP i uwolnienia ADP które przesuwaja motoryczne białko po aktynowej ścieżce.

Aktyna - główne białko cytoszkieletu białko proste o funkcji lokomotorycznej. Aktyna razem z miozyną buduje miofibrylle komórek i włókien mięśniowych. We włóknach mięśni poprzecznie prążkowanych szkieletowych i serca miofibrylle aktynowe i miozynowe występują licznie i bardzo regularnie, na przemian, tworząc sarkomery. W czasie skurczu mięśnia włókna aktynowe wnikają między miozynowe (teoria ślizgowa).

Występuje w dwóch formach:

- globularna (G-aktyna)

- filamentowa (F-aktyna)

Większość aktyny to filamenty pełniące funkcje kurczliwe i stabilizujące.

- generowanie siły motorycznej dla migracji komórek

- decyduje o kształcie i właściwościach mechanicznych

Aktynę tworzą struktury spolaryzowane - 2 śrubowo zwinięte łańcuchy okręcające się wokól siebie, każdy z nich to ułożonw linowo podjednostki G-aktyny

Polimery aktyny w postaci podwójnie prawoskrętnych heliksów mają strukturę biegunową

- koniec grotowy - wolno rosnący (-)

- koniec lotkowy - szybko rosnący (+)

W stanie równowagi dynamicznej szybkość przyrostu podjednostek aktyny na końcu kolczystym (+) jest równa szybkości ich odłączania od końca ostrego (-).

Do końca (+) dołączają się ATP aktyny, a od końca (-) odłączają się monomery ADP aktyny. Długość filamentu i liczba podjednostek nie zmienia się.

Aktyna łączy się z miozyną tworząc struktury kurczliwe.

- wszystkie aktynozależne białka motoryczne należą do rodziny miozyn

- wiążą one i hydrolizują ATP (dostarcza to energii potrzebnej do ich ruchu wzdłuż filamentów aktynowych od (-) do (+)

• wyróżn się wiele typów miozyny (najliczniejsze są miozyny I i II)

Miozyna

białko proste, budujące filamenty grube w mięśniach, wykazujące aktywność ATP-azy i zdolność wiązania aktyny - białka filamentów cienkich. Miozyna jest tzw. białkiem kroczącym, tzn. pod wpływem ATP odczepia się od aktyny, następnie przyczepia w innym miejscu włókna i zmienia konformację, przyciągając włókno aktyny, niejako po nim krocząc. M. współtworzy również szkielet komórkowy większości komórek eukariotycznych i uczestniczy w ruchu cytoplazmy.

Miozyna I

- cząsteczki mają po 1 głowie i 1 ogonie, przymocowującym się do innej cząsteczki lub organelli

- głowa (dzięki aktywności opartej na hydrolizie ATP) przemieszcza cząsteczki wzdłuż filamentów aktynowych lub filamenty akt. w stosunku do błony

Miozyna II

- miozyna mięśni

- 2 głowy (o aktywności ATP-azowej) i długie pałeczkowate ogony w kształcie superhelisy

- tworzy struktury kurczliwe z filamentami aktynowymi

- każda cząsteczka miozyny II jest dimerem utrzymywanym przez ogony

Miozyna pełni trzy ważne funkcje biologiczne. Po pierwsze, w roztworach o sile jonowej i pH odpowiadającym warunkom fizjologicznym cząsteczki miozyny łączą się spontanicznie tworząc filamenty. Po drugie, miozyna jest enzymem, ATP-azą. Reakcja rozkładu ATP dostarcza energii do skurczu mięśnia. Po trzecie, miozyna wiąże się ze spolimeryzowaną formą aktyny (aktyną F), głównym składnikiem filamentów cienkich. To wzajemne oddziaływanie odgrywa zasadniczą rolę w wytwarzaniu siły , która przesuwa grube i cienkie filamenty względem siebie. Miozyna może być traktowana jako mechanoenzym, ponieważ katalizuje przekształcenie związanej energii chemicznej w energię mechaniczną.

Miozyna jest dużym białkiem (520 kDa), zawierającym sześć łańcuchów polipeptydowych: dwa identyczne łańcuchy ciężkie i dwie pary łańcuchów lekkich. Cząsteczka ta zawiera dwugłowy globularny region doczepiony do bardzo długiej pałeczki. Pałeczka, zwana ogonem jest dwuniciową , alfa-helikalnie skręconą superhelisą, utworzoną przez łańcuchy ciężkie. Łańcuch ciężki każdej głowy przyłącza dwa różne łańcuchy lekkie. Pełnią one rolę modulatorów i nazywane są niezbędnym łańcuchem lekkim (ELC) i regulacyjnym łańcuchem lekkim (RLC).

Miozyna może być podzielona przez trypsynę na dwa częściowo funkcjonalne fragmenty nazwane meromiozyną lekką (LMM) i meromiozyną ciężką (HMM).
LMM, podobnie jak miozyna, tworzy filamenty, lecz nie ma aktywności ATP-azowej i nie łączy się z aktyną. Natomiast meromiozyna ciężka przeciwnie- katalizuje hydrolizę ATP i wiąże się z z aktyną lecz nie tworzy filamentów.
HMM może być pocięta dalej na dwa identyczne globularne subfragmenty, każdy nazwany S1 lub jeden sufragment o kształcie pałeczki nazwany S2. W rzeczywistości subfragmenty S1 są jednostkami miozyny generującymi siłę mechaniczną.

Aktyna, wszechobecne białko u eukariontów, jest głównym składnikiem cienkich filamentów. W roztworach o małej sile jonowej aktyna występuje jako monomer o masie 42 kDa, zwany aktyną G, ponieważ ma kształt globularny. Jeśli siła jonowa wzrasta do poziomu fizjologicznego, aktyna G polimeryzuje do formy fibrylarnej zwanej aktyną F, która jest podobna do cienkich filamentów nienaruszonych mięśni. Aktyna, 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.

Jeśli subfragmenty S1 (lub miozyna) są dodane do F-aktynowych filamentów (lub filamentów cienkich) przy braku ATP, ukaże się wyraźny wzór przypominający groty strzał. Te struktury są obrazowo nazwane udekorowanymi filamentami. Długa oś subfragmentu S1 jest nachylona pod kątem 45 stopni w kierunku do osi helisy aktyny F. Groty strzał na całym udekorowanym filamencie zawsze są ułożone w tym samym kierunku. W ten sposób wszystkie jednostki aktyny maja to samo ukierunkowanie.

Gruby filament miozyny ma średnicę 16 nm i długość 1,5 mikrona. Z filamentów tych wyłaniają się mostki poprzeczne w regularnych odstępach co 14,3 nm, będące wyrazem regularności miozynowego ogona. W części centralnej grubego filamentu występuje gładki obszar o długości 150 nm, pozbawiony wystających mostków poprzecznych. Cząsteczki miozyny po jednej stronie tego obszaru są skierowane w jednym kierunku, natomiast po drugiej stronie zwrócone w kierunku przeciwnym. Dzięki temu gruby filament jest dwubiegunowy gdy tymczasem filament cienki jest jednobiegunowy.

W mięśniu celowo pozbawionym ATP mostki poprzeczne miozyny dekorują filament aktynowy tak, aby grot strzał w każdym miejscu filamentu był skierowany od linii Z. Stąd wszystkie cienkie filamenty znajdujące się po jednej stronie linii Z maja takie samo ukierunkowanie, gdy tymczasem filamenty znajdujące się po przeciwnej stronie mają odwrotną biegunowość. To wszystko decyduje o ich zgodności ruchu. Siła ślizgu jest wynikiem interakcji wszystkich poszczególnych jednostek aktyny i miozyny, ponieważ współdziałające jednostki mają relatywnie tą samą orientację. Ponadto bezwzględne ukierunkowanie cząsteczek aktyny i miozyny ulega odwróceniu w połowie odległości pomiędzy liniami Z. W rezultacie dwa cienkie filamenty, które wiążą się poprzez mostki poprzeczne z filamentem grubym, są przyciągane do siebie, co powoduje zmniejszanie odległości między liniami Z.

SKURCZ MIĘŚNIA

Aktyna stanowi 15% białek biorących udział w skurczu mięśni. Występuje w formie globularnej jako aktyna G i w formie fibrylarnej (włókienkowej) jako aktyna F. Podczas gdy w komórkach niemięśniowych około połowy aktyny występuje w postaci monomerycznej (aktyny G),w komórkach mięśniowych białko to znajduje się wyłącznie w postaci filamentów (aktyny F). Tworzenie filamentów przez cytoplazmatyczną aktynę i ich rozmieszczenie dostosowane są do potrzeb komórki i zależą od jej cyklu komórkowego. Transformacja G-aktynaŕ F-aktyna zależy od warunków jonowych środowiska. Mogą ją wywołać również inne białka, które wiążąc się z aktyną wpływają na stan jej organizacji strukturalnej.

Szent-Györgyi von Nagyrapolt Albert (1893-1986), węgierski biochemik, pracownik uniwersytetu w Cambridge odkrył aktynę i wykazał, że tworząc kompleks z miozyną odgrywa podstawową rolę w procesie skurczu mięśnia. Udowodnił rolę ATP w tym procesie. Wszystkie aktynozależne białka motoryczne należą do rodziny miozyn. Wiążą one i hydrolizują ATP, co dostarcza energie do ich ruchu wzdłuż filamentów aktynowych od końca "minus" do końca "plus" filamentu. Wyróżniamy wiele typów miozyny, z których podrodziny: miozyna I i miozyna II są najbardziej liczne. Dzięki ogonowi cząsteczki miozyny I zawierającemu miejsca wiążące się ze składnikami komórki, w tym z błonami, możliwe jest przemieszczenie pęcherzyka po filamencie aktynowym lub filament w stosunku do błony komórkowej. Małe filamenty zbudowane z cząsteczek miozyny II mogą przesuwać filamenty aktynowe jeden nad drugim, co umożliwia lokalne skracanie pęczka filamentu aktynowego.

Zgodnie z panującym obecnie poglądem, aktyna i miozyna to białka wchodzące w skład włókna mięśniowego, które spełniają główną rolę w mechanizmie skurczu mięśniowego. Pod mikroskopem elektronowym włókienka zbudowane z miozyny i aktyny zwane filamentami, podobne są do dwóch typów nitek - grubych i cienkich. Grube nitki (pasmo A) zbudowane są z miozyny (filamenty miozynowe), a cienkie nitki (pasmo I) z aktyny (filamenty aktynowe). Gdy mięsień się kruczy obydwa białka łączą się w kompleks zwany aktomiozyną. Analiza zjawiska skurczu mięśnia wykazała, że cieńsze filamenty aktynowe wsuwają się pomiędzy grubsze filamenty miozynowe nie zmieniając swoich długości i zbliżając się do strefy H, co obrazują poniższe rysunki.

• 
  filamentów w stanie spoczynku.

• 
  w początkowej fazie ruchu.

• 
  filamentów w końcowej fazie ruchu.

Procentowa zawartość oraz stężenie aktyny i miozyny znacznie różni się w zależności od umiejscowienia. Zawartość aktyny w komórkach niemięśniowych jest wysoka i wynosi do 20% wszystkich białek cytoplazmy. Jej stężenie w cytoplazmie waha się w granicach od 100 do 250 mol.

jak działają filamenty :?: tzn co powoduje że mięśnie się kurczą :?:

kiedy miozyna ma juz swobodny dostep do filamentu aktynowego to dołącza się do niego. Następuje skręcenie główki miozyny i tym samym podciągnięcie filamentu aktynowego. Potem miozyna uwalnia sie od aktyny, wraca do poprzedniego ustawienia główki i znowu łapie aktynę i podciąga - i tak dalej i tak dalej... oczywiście potrzebne jest ATP. Filamenty aktynowe wsuwają sie w ten sposób pomiędzy miozynowe i mamy wrażenie że mięsień sie kurczy.

jednego z powszechniej wystepujących białek w organizmach żywych, mianowicie aktyny. Wchodzi ona w skład cytoszkieletu komórkowego ,ale poza tym jest to białko bez którego ruch różnorakich komórek, począwszy od pierwotniaków, a skończywszy na wysoce wyspecjalizowanych mięśniach szkieletowych naczelnych, nie byłby możliwy. Filamenty aktynowe (mikrofilamenty) to helikalne polimery białka -AKTYNY. Pojedyncza cząsteczka aktyny ma kształt zbliżony do kulistego. W komórce cząsteczki aktyny łączą się ze sobą w długie łańcuchy. Dwa takie łańcuchy owinięte wokół wspólnej osi tworzą właśnie mikrofilament aktynowy, który jest jednym z podstawowych elementów cytoszkieletu komórki. Mikrofilamenty mają średnicę około 5-9 nanometrów; są dość giętkie, cieńsze i krótsze od mikrotubul (innego składnika cytoszkieletu). Całkowita długość wszystkich filamentów aktynowych w komórce jest, co najmniej 30 razy większa od całkowitej długości wszystkich mikrotubul. Filamenty aktynowe powiązane w pęczki i sieci są znacznie silniejsze aniżeli pojedyncze filamenty. Większość filamentów aktynowych powiązanych przez białka łączące się z aktyną tworzy sieć pod błoną komórkową, w tzw. warstwie korowej cytoplazmy. Ta sieć wspiera zewnętrzną powierzchnię komórki i nadaje jej mechaniczną wytrzymałość. W krwinkach czerwonych, niezbędne podparcie pozwalające na zachowanie dyskoidalnego kształtu stanowi regularna sieć włóknistych białek przyczepionych do błony komórkowej. Mniej więcej połowa cząsteczek aktyny swobodnie pływa w cytoplazmie jako monomery (pojedyncze cząsteczki); druga połowa jest wbudowana w mikrofilamenty.

Filamenty aktynowe są przez cały czas dynamicznie przebudowywane przez komórkę na zasadzie polimeryzacji (przyłączania nowych cząsteczek aktyny do mikrofilamentu) i depolimeryzacji (odłączania aktyny od włókienka); przejawia się to na różne sposoby, między innymi przez zmiany kształtu powierzchni komórki.

Tempo wzrostu jest szybsze przy końcu plus niż przy końcu minus. Nagi filament aktynowy, podobnie jak mikrotubula, bez białek towarzyszących, jest z natury niestabilny i może ulegać demontażowi z obu końców. Każdy wolny monomer aktynowy niesie ściśle związany trifosforan nukleozydu, w tym przypadku ATP, który jest hydrolizowany do ADP wkrótce po przyłączeniu monomeru aktyny do filamentu. Hydroliza związanego ATP do ADP w filamencie aktynowym zmniejsza wytrzymałość połączeń między monomerami oraz stabilność polimeru. W ten sposób hydroliza nukleotydu ułatwia depolimeryzację, pomagając komórce w demontażu filamentów po ich uformowaniu się.

Troponina

Troponina - to kompleksowe białko globularne (w kształcie kulistym), powiązane z troponiną i aktyną. Troponiny są białkami wchodzącymi w skład trójskładnikowego kompleksu, zbudowanego z 3 podjednostek: troponiny T, troponiny I oraz troponiny C.

Kompleks troponin spełnia funkcję regulującą w procesie skurczu włókien kurczliwych mięśni. Troponina T wiąże kompleks troponin z tropomiozyną, troponina C wiąże jony wapnia, regulując stężenie wapnia wewnątrzkomórkowego. Troponina I przy braku jonów wapniowych łączy się z aktyną, hamując jej interakcję z miozyną. W efekcie dochodzi do zahamowania skurczu włókien kurczliwych.

---