ТРОПОНИН: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ И ТЕСТ - БИОЛОГИЯ - 2025

Тропонин - это название, данное белку, присутствующему в скелетных и сердечных мышцах позвоночных животных, связанному с филаментами в мышечных волокнах и который выполняет функции по регулированию сократительной активности (сокращение и расслабление мышц).

Мышечные волокна - это клетки, составляющие мышечную ткань, способность к сокращению которых основана на взаимодействии между упорядоченными и тесно связанными внутри филаментами, занимающими большую часть цитоплазматического объема.

Графическое изображение элементов тонкой нити в мышечных волокнах (Источник: Raul654, через Wikimedia Commons)

Эти волокна известны как миофиламенты и делятся на два класса: толстые и тонкие. Толстые филаменты состоят из молекул миозина II, тогда как тонкие филаменты представляют собой полимеры глобулярного актина или G-актина в ассоциации с двумя другими белками.

И актин, и миозин также обнаруживаются в других клетках человеческого тела и других организмов, только в гораздо меньшей пропорции и участвуют в различных процессах, таких как миграция клеток, экзоцитоз, цитокинез (во время деления клеток) и даже в внутриклеточный везикулярный трафик.

Тропонин и тропомиозин - это два белка, связанные с тонкими актиновыми филаментами, которые участвуют в регуляции процессов сокращения и расслабления миофибрилл мышечных клеток или волокон.

Механизмы действия, посредством которых эти два белка осуществляют свою функцию, связаны с внутриклеточной концентрацией кальция. Система регуляции тропонина - одна из наиболее известных систем в физиологии и биохимии сокращения скелетных мышц.

Эти белки имеют большое значение для организма. В настоящее время точно известно, что некоторые семейные или врожденные кардиомиопатии являются результатом мутаций в последовательности генов, кодирующих один из двух (тропонин или тропомиозин).

характеристики

Тропонин связан с актином в тонких филаментах мышечных волокон в скелетных и сердечных мышцах в стехиометрическом соотношении от 1 до 7, то есть одна молекула тропонина на каждые 7 молекул актина.

Этот белок, как уже подчеркивалось, обнаружен исключительно в филаментах, содержащихся в миофибриллах скелетных и поперечно-полосатых мышечных волокон сердца, а не в гладкомышечных волокнах, составляющих сосудистые и висцеральные мышцы.

Некоторые авторы рассматривают его как белок-регулятор тропомиозина. Таким образом, он имеет сайты связывания для взаимодействия с молекулами актина, что дает ему возможность регулировать свое взаимодействие с миозином толстых нитей.

В миофиламентах соотношение между молекулами тропонина и тропомиозина составляет 1: 1, что означает, что для каждого существующего комплекса тропонина существует связанная с ним молекула тропомиозина.

Структура

Тропонин - это белковый комплекс, состоящий из трех различных глобулярных субъединиц, известных как тропонин I, тропонин C и тропонин T, которые вместе составляют более или менее 78 кДа.

В организме человека существуют тканеспецифические варианты каждой из этих субъединиц, которые отличаются друг от друга как на генетическом и молекулярном уровне (в отношении генов, которые их кодируют), так и на структурном уровне (в отношении их аминокислотных последовательностей).

Представление одной из субъединиц тропонина (Источник: Джавахар Сваминатан и сотрудники MSD в Европейском институте биоинформатики через Wikimedia Commons)

Тропонин C или TnC является наименьшей из трех субъединиц и, возможно, одной из самых важных. Он имеет молекулярную массу 18 кДа и имеет участки для связывания кальция (Ca2 +).

Тропонин T или TnT - это тот, который имеет участки связывания для закрепления комплекса из трех субъединиц с тропомиозином и имеет молекулярную массу 30 кДа; она также известна как субъединица Т или субъединица связывания тропомиозина.

Тропонин I или TnI, содержащий немногим более 180 аминокислотных остатков, имеет ту же молекулярную массу, что и тропонин T, но в своей структуре он имеет специальные сайты для связывания актина, блокируя взаимодействие между последним и миозином, т.е. явление, отвечающее за сокращение мышечных волокон.

Многие учебники называют эту субъединицу ингибирующей субъединицей и молекулярным «клеем» между тремя субъединицами тропонина. Его способность связываться с актином и его ингибирующая активность усиливаются за счет его ассоциации с тропомиозином, опосредованной субъединицей TnT.

Было показано, что в субъединице I участок последовательности, ответственный за ингибирование, определяется центральным пептидом из 12 аминокислотных остатков между положениями 104 и 115; и что C-концевой участок субъединицы также играет роль во время ингибирования.

Характеристики

Основная роль тропонина в сокращении мышц зависит от его способности связывать кальций, поскольку этот белок является единственным компонентом тонких волокон в скелетных мышцах, который обладает этим свойством.

В отсутствие тропонина тонкие филаменты способны связываться с толстыми филаментами и сокращаться, независимо от внутриклеточной концентрации кальция, поэтому функция тропонина заключается в предотвращении сокращения в отсутствие кальция через его связь с тропомиозином.

Таким образом, тропонин играет важную роль в поддержании расслабления мышц, когда внутриклеточного кальция недостаточно, и в сокращении мышц, когда электрическая стимуляция нерва позволяет кальцию проникать в мышечные волокна.

Как это произошло?

В скелетных и поперечно-полосатых мышцах сердца сокращение мышц происходит благодаря взаимодействию тонких и толстых нитей, скользящих друг по другу.

В клетках этих мышц кальций необходим для взаимодействия актина с миозином (тонкие и толстые филаменты), поскольку участки связывания актина для миозина «скрыты» совместным действием тропомиозина и тропонин, который реагирует на кальций.

Ионы кальция из саркоплазматического ретикулума (эндоплазматического ретикулума мышечных волокон) связываются с субъединицей C тропонина, нейтрализуя опосредованное тропонином торможение и запуская сокращение мышц.

«Нейтрализация» ингибирования, вызванного субъединицей I, происходит после связывания кальция с субъединицей C, что вызывает конформационные изменения, которые распространяются между тремя субъединицами и позволяют их диссоциации как от молекул актина, так и от молекул тропомиозина. .

Эта диссоциация между тропонином, тропомиозином и актином выявляет сайты связывания миозина на актине. Именно тогда глобулярные головки последних могут взаимодействовать с актиновыми волокнами и инициировать АТФ-зависимое сокращение за счет смещения одной нити над другой.

Тропониновый тест

Тропонин является предпочтительным биомаркером для обнаружения поражений сердца. По этой причине тропониновый тест широко используется в биохимической, ранней и / или профилактической диагностике некоторых сердечных патологических состояний, таких как острый инфаркт миокарда.

Многие лечащие врачи считают, что этот тест помогает принять решение о том, что делать и какое лечение назначать пациентам с болью в груди.

Обычно это связано с обнаружением субъединиц тропонина T и I, поскольку изоформа тропонина C также обнаруживается в медленно сокращающихся скелетных мышцах; то есть это не относится к сердцу.

На чем основан тест на тропонин?

Тропониновый тест обычно представляет собой иммунологический тест, который определяет сердечные изоформы Т- и I-субъединиц тропонина. Итак, он основан на различиях, существующих между обеими изоформами.

Изоформа субъединицы тропонина I (cTnI)

В мышечной ткани миокарда имеется только одна изоформа субъединицы тропонина I, характеризующаяся присутствием посттрансляционного «хвоста» из 32 аминокислот на ее N-конце.

Эта изоформа обнаруживается благодаря развитию специфических моноклональных антител, которые не распознают другие некардиальные изоформы, поскольку хвостовая часть аминокислот более или менее на 50% отличается от концов других изоформ.

CTnI не экспрессируется в поврежденных тканях, но уникален для сердечной ткани взрослых.

Изоформа субъединицы Т тропонина (cTnT)

Сердечная изоформа Т-субъединицы тропонина кодируется в трех разных генах, мРНК которых могут подвергаться альтернативному сплайсингу, что приводит к продукции изоформ с вариабельными последовательностями на N- и C-концах.

Хотя сердечная мышца человека содержит 4 изоформы TnT, только одна характерна для ткани сердца взрослого человека. Это обнаруживается с помощью специфических антител, разработанных против N-конца его аминокислотной последовательности.

В тестах «следующего поколения» для Т-субъединицы сердечной изоформы пристальное внимание уделяется тому факту, что некоторые поврежденные ткани скелетных мышц могут повторно экспрессировать эту изоформу, что позволяет получить перекрестную реакцию с антителами.

Ссылки

1. Бабуин, Л., и Яффе, А.С. (2005). Тропонин: предпочтительный биомаркер для выявления сердечного повреждения. CMAJ, 173 (10), 1191-1202.
2. Коллинсон, П., Стаббс, П., и Кесслер, А.-К. (2003). Многоцентровая оценка диагностической ценности сердечного тропонина Т, массы CK-MB и миоглобина для оценки пациентов с подозрением на острый коронарный синдром в рутинной клинической практике. Сердце, 89, 280–286.
3. Фарах К. и Рейнах Ф. (1995). Комплекс тропонинов и регуляция мышечного сокращения. FASEB, 9, 755–767.
4. Келлер, Т., Питц, Д., Цикас, С., Рот, А., Чиз, Э., Бикель, К.,… Бланкенберг, С. (2009). Чувствительный анализ тропонина I в ранней диагностике острого инфаркта миокарда. Медицинский журнал Новой Англии, 361 (9), 868–877.
5. Росс, М., и Павлина, В. (2006). Гистологии. Текст и Атлас с коррелированной клеточной и молекулярной биологией (5-е изд.). Липпинкотт Уильямс и Уилкинс.
6. Вакабаяси, Т. (2015). Механизм кальциевой регуляции мышечного сокращения. В поисках своей структурной основы. Proc. Jpn. Акад. Сер. B, 91, 321-350.