Aktinas ir miozinas
Biochemijos domėjimasis procesais, vykstančiais susitraukiant raumenyse, remiasi ne tik raumenų ligų mechanizmų išaiškinimas, bet dar svarbiau yra atskleisti mechanizmą, kuris elektros energiją paverčia mechanine energija, apeinant sudėtingus traukos ir perdavimo mechanizmus. .
Norint suprasti susitraukiančių raumenų mechanizmą ir biocheminius procesus, būtina pažvelgti į raumenų skaidulų struktūrą. Raumenų skaidulų struktūrinis vienetas yra miofibrilės – specialiai organizuoti baltymų ryšuliai, išsidėstę palei ląstelę. Savo ruožtu miofibrilės yra sudarytos iš dviejų tipų - storų ir plonų - baltymų gijų (gijų). Pagrindinis storų gijų baltymas yra miozinas, o plonų gijų – aktinas. Miozino ir aktino gijos yra pagrindinė visų kūno susitraukiančių sistemų sudedamoji dalis. Elektroninis mikroskopinis tyrimas parodė griežtą miozino ir aktino gijų išsidėstymą miofibrilėje. Funkcinis miofibrilės vienetas yra sarkomeras – miofibrilės dalis tarp dviejų Z plokštelių. Sarkomerą sudaro miozino gijų pluoštas, susietas per vidurį išilgai vadinamosios M plokštelės, ir tarp jų einantys aktino gijos, kurios savo ruožtu yra pritvirtintos prie Z plokštelių.
Tyrinėjant raumenų skaidulų struktūrą šviesos mikroskopu, paaiškėjo jų skersiniai ruožai. Elektronų mikroskopiniai tyrimai parodė, kad kryžminės juostelės atsiranda dėl ypatingo miofibrilių susitraukiamųjų baltymų – aktino (molekulinė masė 42 000) ir miozino (molekulinė masė apie 500 000) – organizavimo. Aktino gijos pavaizduotos dvigubu siūlu, susuktu į dvigubą spiralę, kurios žingsnis yra apie 36,5 nm. Šios gijos yra 1 µm ilgio ir 6-8 nm skersmens, kurių skaičius siekia apie 2000, ir viename gale pritvirtintos prie Z formos plokštės. Į giją panašios baltymo tropomiozino molekulės išsidėsčiusios aktino spiralės išilginiuose grioveliuose. 40 nm žingsniu prie tropomiozino molekulės prisijungia kito baltymo – troponino – molekulė. Troponinas ir tropomiozinas vaidina svarbų vaidmenį aktino ir miozino sąveikos mechanizmuose. Sarkomero viduryje, tarp aktino gijų, yra storos apie 1,6 µm ilgio miozino gijos. Poliarizaciniame mikroskope ši sritis matoma kaip tamsios spalvos juostelė (dėl dvigubo lūžio) – anizotropinis A diskas. Jo centre matoma šviesesnė juostelė H. Ramybės būsenoje joje nėra aktino gijų. Abiejose A disko pusėse matomos šviesios izotropinės juostelės – I diskai, suformuoti iš aktino gijų. Ramybės būsenoje aktino ir miozino gijos šiek tiek persidengia viena kitą, todėl bendras sarkomero ilgis yra apie 2,5 μm. Elektroninė mikroskopija atskleidė M liniją H juostos centre - struktūrą, kurioje yra miozino gijos. Raumenų skaidulos skerspjūvis rodo šešiakampę miofilamento struktūrą: kiekvieną miozino giją supa šeši aktino gijos.
Elektroninė mikroskopija rodo, kad miozino gijos šonuose yra išsikišimų, vadinamų kryžminiais tilteliais. Jie yra orientuoti miozino gijos ašies atžvilgiu 120° kampu. Pagal šiuolaikines koncepcijas skersinis tiltas susideda iš galvos ir kaklo. Prisijungus prie aktino, galva įgauna ryškų AT fazės aktyvumą. Kaklas turi tamprumo savybių ir yra šarnyrinė jungtis, todėl kryžminio tiltelio galvutė gali suktis aplink savo ašį. miozino aktino biochemija
Mikroelektrodų technologijos panaudojimas kartu su interferencine mikroskopija leido nustatyti, kad taikant elektrinę stimuliaciją Z-plokštės srityje sarkomeras susitraukia, o A disko zonos dydis nesikeičia ir mažėja H ir I juostos. Šie stebėjimai parodė, kad miozino gijų ilgis nesikeičia. Panašūs rezultatai gauti ir tempiant raumenį – vidinis aktino ir miozino gijų ilgis nepakito. Dėl šių eksperimentų paaiškėjo, kad pasikeitė aktino ir miozino gijų tarpusavio sutapimo sritis. Šie faktai leido N. Huxley ir A. Huxley savarankiškai pasiūlyti siūlų slydimo teoriją, paaiškinančią raumenų susitraukimo mechanizmą. Remiantis šia teorija, susitraukimo metu sarkomero dydis mažėja dėl aktyvaus plonų aktino gijų judėjimo, palyginti su storomis miozino gijomis. Šiuo metu daugelis šio mechanizmo detalių yra išaiškintos ir teorija gavo eksperimentinį patvirtinimą.
Aktinas- raumenų audinio baltymas, kuris kartu su kitu baltymu - miozinu - sudaro aktomioziną - pagrindinį raumenų skaidulų susitraukiančių gijų komponentą.
Aktinas yra rutulinis struktūrinis baltymas. Molekulinė masė 42000 Da. Yra dvi formos: rutulinė ir fibrilinė, susidariusios rutulinio aktino polimerizacijos metu, esant ATP ir magnio jonams. Kiekviena aktino molekulė turi sritis, kurios papildo tam tikras miozino molekulių galvų sritis ir gali su jomis sąveikauti, sudarydamos aktomioziną, pagrindinį raumenų susitraukiantį baltymą. 1 cm raumenų yra apie 0,04 g aktino. Aktino-miozino sistema yra bendra tiek stuburinių, tiek bestuburių gyvūnų susitraukimo struktūroms. Citozoliuose aktinas daugiausia siejamas su ATP, bet gali jungtis ir su ADP. ATP-aktino kompleksas polimerizuojasi greičiau ir disocijuojasi lėčiau nei aktino-ADP kompleksas. Aktinas yra vienas gausiausių baltymų daugelyje eukariotų ląstelių, kurių koncentracija didesnė nei 100 μM. Tai taip pat vienas geriausiai išsilaikiusių baltymų, skiriasi ne daugiau kaip 5 % tarp organizmų, tokių kaip dumbliai ir žmonės.
Mikrofilamentai – tai nemetastazavusio aktino baltymo gijos eukariotinių ląstelių citoplazmoje. Skersmuo 4...7nm. Po plazmine membrana mikrofilamentai formuoja rezginius, ląstelės sudaro lygiagrečių orientuotų gijų ryšulius arba trimatį gelį, sudarydami citoskeletą. Jiems, be aktino, priklauso ir kiti susitraukiantys baltymai miozinas, tropomiozinas, aktininas, kurie skiriasi nuo atitinkamų raumenų baltymų, taip pat specifiniai baltymai (vinkulinas, fragminas, filaminas ir kt.). Mikrofilamentai yra dinaminėje pusiausvyroje su aktino monomerais. Mikrofilamentai yra susitraukiantys citoskeleto elementai ir tiesiogiai susiję su ląstelės formos keitimu plokštėjimo metu, prisitvirtindami prie substrato, ameboidiniame judėjime, endomitozei, ciklozei (augalų ląstelėms), citotomijos žiedo susidarymui gyvūnų ląstelėse ir mikrovilliukų palaikymas bestuburių žarnyno ląstelėse. Kai kurie membranos receptorių baltymai yra netiesiogiai prijungti prie mikrofilamentų.
Miozinas yra raumenų audinio baltymas, kuris kartu su kitu baltymu aktinu sudaro aktomioziną, pagrindinį raumenų skaidulų susitraukiančių gijų komponentą. Miozinas yra rutulinis struktūrinis baltymas.
Miozino molekulė susideda iš dviejų dalių: ilgos lazdelės formos dalies ("uodegos") ir rutulinės dalies, pritvirtintos prie vieno iš jos galų, vaizduojamos dviem identiškomis "galvomis". Miozino molekulės išsidėsčiusios miozino siūlelyje taip, kad galvutės būtų tolygiai paskirstytos per visą jo ilgį, išskyrus nedidelę vidurinę dalį, kurioje jų nėra („plikoji“ zona). Kai aktino ir miozino gijos persidengia, miozino galvutės gali prisitvirtinti prie gretimų aktino gijų ir dėl šios sąveikos gali susitraukti raumenys.
Energija tokiam darbui atlikti išsiskiria ATP hidrolizės būdu; Visos miozino galvutės turi ATPazės aktyvumą. Miozino ATPazė aktyvuojama dėl aktino sąveikos su miozinu. Mg2+ jonai gali slopinti šį procesą.
Nuorodos
- 1. G. Dugas, K. Penny „Bioorganinė chemija“, M., 1983 m.
- 2. D. Metzleris „Biochemija“, M., 1980 m
- 3. A. Leningeris „Biochemijos pagrindai“, M., 1985 m
Baltymai (polipeptidai, baltymai) – tai didelės molekulinės masės medžiagos, kuriose yra alfa aminorūgščių, sujungtų peptidiniu ryšiu. Baltymų sudėtį gyvuose organizmuose lemia genetinis kodas. Paprastai sintezės metu naudojamas 20 standartinių aminorūgščių rinkinys.
Baltymų klasifikacija
Baltymai yra atskiriami pagal skirtingus kriterijus:
- Molekulės forma.
- Sudėtis.
- Funkcijos.
Pagal paskutinį kriterijų baltymai skirstomi į:
- Prie struktūrinių.
- Maistingas ir tausojantis.
- Transportas.
- Susitraukiantis.
Struktūriniai baltymai
Tai elastinas, kolagenas, keratinas, fibroinas. Struktūriniai polipeptidai dalyvauja formuojant ląstelių membranas. Jose gali kurti kanalus ar atlikti kitas funkcijas.
Maistingi, kaupiantys baltymai
Mitybos polipeptidas yra kazeinas. Dėl jos augantis organizmas aprūpintas kalciu, fosforu ir amino rūgštimis.
Atsarginiai baltymai yra auginamų augalų sėklų ir kiaušinių baltymų baltymai. Jie vartojami embriono vystymosi stadijoje. Žmogaus organizme, kaip ir gyvūnų, baltymai nėra kaupiami rezerve. Jų reikia reguliariai gauti su maistu, antraip gali išsivystyti distrofija.
Transporto polipeptidai
Klasikinis tokių baltymų pavyzdys yra hemoglobinas. Kraujyje randama ir kitų polipeptidų, dalyvaujančių hormonų, lipidų ir kitų medžiagų judėjime.
Ląstelių membranose yra baltymų, kurie turi galimybę pernešti jonus, aminorūgštis, gliukozę ir kitus junginius per ląstelės membraną.
Susitraukiantys baltymai
Šių polipeptidų funkcijos yra susijusios su raumenų skaidulų funkcionavimu. Be to, jie užtikrina blakstienų ir žvynelių judėjimą pirmuoniuose. Susitraukiantys baltymai atlieka funkciją organelių pernešimas ląstelėje. Dėl jų buvimo užtikrinamas ląstelių formų pasikeitimas.
Susitraukiančių baltymų pavyzdžiai yra miozinas ir aktinas. Verta pasakyti, kad šių polipeptidų yra ne tik raumenų skaidulų ląstelėse. Susitraukiantys baltymai atlieka jų užduotis beveik visose
Ypatumai
Atskiras polipeptidas – tropomiozinas – randamas ląstelėse. Susitraukiantis raumenų baltymas miozinas yra jo polimeras. Jis sudaro kompleksą su aktinu.
Raumenų susitraukiantys baltymai netirpsta vandenyje.
Polipeptidų sintezės greitis
Jį reguliuoja skydliaukės ir steroidiniai hormonai. Įsiskverbę į ląstelę, jie jungiasi prie specifinių receptorių. Susidaręs kompleksas prasiskverbia ir susijungia su chromatinu. Dėl to padidėja polipeptidų sintezės greitis genų lygiu.
Aktyvūs genai užtikrina padidintą tam tikros RNR sintezę. Jis palieka branduolį, patenka į ribosomas ir suaktyvina naujų struktūrinių ar susitraukiantys baltymai, fermentai ar hormonai. Tai yra anabolinis genų poveikis.
Tuo tarpu baltymų sintezė ląstelėse yra gana lėtas procesas. Tam reikia didelių energijos sąnaudų ir plastikinių medžiagų. Atitinkamai, hormonai negali greitai kontroliuoti medžiagų apykaitos. Pagrindinė jų užduotis yra reguliuoti ląstelių augimą, diferenciaciją ir vystymąsi organizme.
Raumenų susitraukimas
Jis yra šviesus baltymų susitraukimo funkcijos pavyzdys. Tyrimo metu buvo nustatyta, kad raumenų susitraukimo pagrindas yra polipeptido fizikinių savybių pasikeitimas.
Susitraukiantis baltymas aktomiozinas sąveikauja su adenozino trifosforo rūgštimi. Šį ryšį lydi miofibrilių susitraukimas. Šią sąveiką galima pastebėti už kūno ribų.
Pavyzdžiui, jei adenozino trifosfato tirpalu užtepama vandenyje išmirkytų (maceruotų) raumenų skaidulų, kurioms trūksta jaudrumo, jos ims smarkiai trauktis, panašiai kaip ir gyvų raumenų susitraukimas. Ši patirtis turi didelę praktinę reikšmę. Tai įrodo faktą, kad raumenų susitraukimui būtina cheminė reakcija susitraukiantys baltymai su medžiaga, turinčia daug energijos.
Vitamino E poveikis
Viena vertus, tai yra pagrindinis tarpląstelinis antioksidantas. Vitaminas E apsaugo riebalus ir kitus lengvai oksiduojamus junginius nuo oksidacijos. Tuo pačiu metu jis veikia kaip elektronų nešiklis ir dalyvauja redokso reakcijose, kurios yra susijusios su išlaisvintos energijos kaupimu.
Vitamino E trūkumas sukelia raumenų audinio atrofiją: turinys susitraukiantis baltymas miozino smarkiai sumažėja ir jį pakeičia kolagenas – inertiškas polipeptidas.
Miozino specifiškumas
Tai laikoma vienu iš pagrindinių susitraukiantys baltymai. Jis sudaro apie 55% viso polipeptidų kiekio raumenų audinyje.
Miozinas susideda iš miofibrilių gijų (storių siūlų). Molekulėje yra ilga fibrilinė dalis su dvigubos spiralės struktūra ir galvutėmis (rutulinės struktūros). Miozinas susideda iš 6 subvienetų: 2 sunkiųjų ir 4 lengvųjų grandinių, esančių rutulinėje dalyje.
Pagrindinė fibrilinės srities užduotis yra gebėjimas formuoti miozino gijų ryšulius arba storas protofibriles.
Galvutėse yra aktyvioji ATPazės vieta ir aktino surišimo centras. Dėl to užtikrinama ATP hidrolizė ir ryšys su aktino gijomis.
Veislės
Aktino ir miozino potipiai yra:
- Pirmuonių žvynelių ir blakstienų dyneinas.
- Spektrinas eritrocitų membranose.
- Perisinapsinių membranų neurosteninas.
Aktino ir miozino rūšys taip pat apima bakterijų polipeptidus, atsakingus už įvairių medžiagų judėjimą į organizmą. Šis procesas taip pat vadinamas chemotaksiu.
Adenozino trifosforo rūgšties vaidmuo
Jei įdėsite aktomiozino gijas į rūgšties tirpalą ir pridėsite kalio bei magnio jonų, pamatysite, kad jie sutrumpėja. Tokiu atveju stebimas ATP skilimas. Šis reiškinys rodo, kad adenozino trifosforo rūgšties skilimas turi neabejotiną ryšį su susitraukiančio baltymo fizikinių ir cheminių savybių pokyčiais ir, atitinkamai, su raumenų funkcija. Pirmieji šį reiškinį nustatė Szent-Gyorgyi ir Engelhardt.
ATP sintezė ir skilimas yra itin svarbūs cheminės energijos pavertimo mechanine energija procese. Glikogeno skaidymo metu, kartu gaminant pieno rūgštį, taip pat adenozino trifosforo ir kreatino fosforo rūgščių defosforilinimo metu, deguonies dalyvavimas nereikalingas. Tai paaiškina izoliuoto raumens gebėjimą veikti anaerobinėmis sąlygomis.
Raumenų skaidulose, kurios pavargsta dirbant anaerobinėje aplinkoje, kaupiasi pieno rūgštis ir produktai, susidarę irstant adenozino trifosforo ir kreatino fosforo rūgštims. Dėl to išsenka medžiagų atsargos, kurias suskaidžius išsiskiria reikiama energija. Jei pavargusį raumenį patalpinsite į aplinką, kurioje yra deguonies, jis jį sunaudos. Dalis pieno rūgšties pradės oksiduotis. Dėl to susidaro vanduo ir anglies dioksidas. Išsiskyrusi energija bus naudojama kreatino fosforo rūgšties, adenozino trifosforo rūgšties ir glikogeno resintezei iš skilimo produktų. Dėl to raumuo vėl įgis darbingumą.
Skeletinis raumuo
Atskiras polipeptidų savybes galima paaiškinti tik jų funkcijų pavyzdžiu, ty jų indėliu į sudėtingą veiklą. Tarp nedaugelio struktūrų, kurioms buvo nustatyta koreliacija tarp baltymų ir organų funkcijų, skeleto raumenys nusipelno ypatingo dėmesio.
Jo ląstelė aktyvuojama nerviniais impulsais (į membraną nukreiptais signalais). Molekuline prasme susitraukimas grindžiamas ciklišku kryžminių tiltų susidarymu dėl periodinės aktino, miozino ir Mg-ATP sąveikos. Kalcį surišantys baltymai ir Ca jonai veikia kaip tarpininkai tarp efektorių ir nervinių signalų.
Tarpininkavimas riboja reakcijos į įjungimo/išjungimo impulsus greitį ir apsaugo nuo spontaniškų susitraukimų. Tuo pačiu metu kai kuriuos sparnuotų vabzdžių smagračio raumenų skaidulų svyravimus (svyravimus) valdo ne jonai ar panašūs mažamolekuliniai junginiai, o tiesiogiai susitraukiantys baltymai. Dėl to galimi labai greiti susitraukimai, kurie po aktyvavimo vyksta savarankiškai.
Polipeptidų skystųjų kristalų savybės
Trumpėjimo metu kinta protofibrilių suformuotos gardelės periodas. Kai plonų gijų gardelė patenka į storų elementų struktūrą, tetragoninė simetrija pakeičiama šešiakampe. Šį reiškinį galima laikyti polimorfiniu perėjimu skystųjų kristalų sistemoje.
Mechanocheminių procesų ypatumai
Jie susiję su cheminės energijos pavertimu mechanine energija. Mitochondrijų ląstelių membranų ATPazės aktyvumas yra panašus į skeleto raumenų jozininės sistemos aktyvumą. Bendri bruožai taip pat pastebimi jų mechanocheminėse savybėse: jie susitraukia veikiami ATP.
Todėl mitochondrijų membranose turi būti susitraukiantis baltymas. Ir jis ten tikrai yra. Nustatyta, kad susitraukiantys polipeptidai dalyvauja mitochondrijų mechanochemijoje. Tačiau taip pat paaiškėjo, kad fosfatidilinozitolis (membraninis lipidas) taip pat vaidina svarbų vaidmenį procesuose.
Papildomai
Miozino baltymo molekulė ne tik skatina įvairių raumenų susitraukimą, bet gali dalyvauti ir kituose viduląsteliniuose procesuose. Visų pirma kalbame apie organelių judėjimą, aktino gijų prisitvirtinimą prie membranų, citoskeleto susidarymą ir funkcionavimą ir tt Beveik visada molekulė vienaip ar kitaip sąveikauja su aktinu, kuris yra antrasis raktas. susitraukiantis baltymas.
Įrodyta, kad aktomiozino molekulės gali keisti ilgį veikiamos cheminės energijos, išsiskiriančios, kai iš ATP pašalinamas fosforo rūgšties likutis. Kitaip tariant, būtent šis procesas sukelia raumenų susitraukimą.
Taigi ATP sistema veikia kaip tam tikras cheminės energijos kaupiklis. Jei reikia, jis tiesiogiai virsta mechaniniu, tarpininkaujant aktomiozinui. Šiuo atveju nėra tarpinio etapo, būdingo kitų elementų sąveikos procesams - perėjimui prie šiluminės energijos.
Mikrofilamentai(aktino gijos) susideda iš aktino, baltymo, kurio daugiausiai eukariotinėse ląstelėse. Aktinas gali egzistuoti kaip monomeras ( G-aktinas, „rutulinis aktinas“) arba polimeras (F-aktinas, „fibrilinis aktinas“). G-aktinas yra asimetrinis rutulinis baltymas (42 kDa), susidedantis iš dviejų domenų. Didėjant jonų stiprumui, G-aktinas grįžtamai agreguojasi, sudarydamas linijinį, spiralinės ritės polimerą F-aktiną. G-aktino molekulė turi tvirtai surištą ATP molekulę (ATP), kuri, pavertusi F-aktinu, lėtai hidrolizuojama į ADP (ADP), ty F-aktinas pasižymi ATPazės savybėmis.
Kai G-aktinas polimerizuojasi į F-aktiną, visų monomerų orientacija yra vienoda, todėl F-aktinas turi poliškumą. F-aktino pluoštai turi du priešingai įkrautus galus – (+) ir (-), kurie polimerizuojasi skirtingu greičiu. Šių galų nestabilizuoja specialūs baltymai (kaip, pavyzdžiui, raumenų ląstelėse), o esant kritinei G-aktino koncentracijai, (+) galas pailgės, o (-) galas sutrumpės. Eksperimentinėmis sąlygomis šį procesą gali slopinti grybelių toksinai. Pavyzdžiui, faloidinas(rupūžės nuodai) jungiasi prie (-) galo ir slopina depolimerizaciją, o citochalazinas(pelėsinių grybų toksinas, turintis citostatinių savybių) prisitvirtina prie (+) galo, blokuodamas polimerizaciją.
Su aktinu susiję baltymai. Ląstelių citoplazmoje yra daugiau nei 50 skirtingų tipų baltymų, kurie specifiškai sąveikauja su G-aktinu ir F-aktinu. Šie baltymai atlieka skirtingas funkcijas: reguliuoja G-aktino telkinio tūrį ( profilin), turi įtakos G-aktino polimerizacijos greičiui ( villinas), stabilizuoja F-aktino gijų galus ( fragin, β-aktininas), sujunkite siūlus kartu arba su kitais komponentais (pvz., villinas, α-aktininas, spektras, ŽYMĖS) arba sunaikinti F-aktino dvigubą spiralę ( gelsolinas). Šių baltymų aktyvumą reguliuoja Ca 2+ jonai ir proteinkinazės.
Straipsniai skyriuje „Cytoskeletas: sudėtis“:
- A. Aktinas
Pasaulyje žinomas paleontologas atskleidžia novatorišką mokslą, kuris pranoksta mokslinę fantastiką: kaip užauginti gyvą dinozaurus Praėjus daugiau nei dešimtmečiui po Juros periodo...
Miofibrilių cheminės sudėties tyrimas parodė, kad stori ir ploni siūlai susideda tik iš baltymų.
Storos gijos yra pagamintos iš baltymų miozinas. Miozinas yra baltymas, kurio molekulinė masė yra apie 500 kDa, turintis dvi labai ilgas polipeptidines grandines. Šios grandinės sudaro dvigubą spiralę, tačiau viename gale šios gijos išsiskiria ir sudaro sferinį darinį – rutulinę galvutę. Todėl miozino molekulė turi dvi dalis – rutulinę galvą ir uodegą. Storame siūlelyje yra apie 300 miozino molekulių, o storo siūlelio skerspjūvyje randama 18 miozino molekulių. Miozino molekulės storuose siūluose yra susipynusios su jų uodegomis, o jų galvutės taisyklinga spirale išsikiša iš storo siūlelio. Miozino galvutėse yra dvi svarbios sritys (centrai). Vienas iš jų katalizuoja hidrolizinį ATP skilimą, t.y., atitinka aktyvųjį fermento centrą. Pirmieji miozino ATPazės aktyvumą atrado rusų biochemikai Engelhardtas ir Lyubimova. Antroji miozino galvutės dalis užtikrina storų siūlų sujungimą su plonų gijų baltymu raumenų susitraukimo metu - aktinas. Plonos gijos sudarytos iš trijų baltymų: aktinas, troponinas Ir tropomiozinas.
Pagrindinis plonų gijų baltymas yra aktinas. Aktinas yra rutulinis baltymas, kurio molekulinė masė yra 42 kDa. Šis baltymas turi dvi svarbias savybes. Pirma, jis pasižymi dideliu gebėjimu polimerizuotis, susidarant ilgoms grandinėms, vadinamoms fibrilinis aktinas(galima palyginti su karoliukų virvele). Antra, kaip jau buvo pažymėta, aktinas gali susijungti su miozino galvutėmis, todėl tarp plonų ir storų gijų susidaro kryžminiai tilteliai arba sukibimai.
Plonos gijos pagrindas yra dviguba spiralė iš dviejų fibrilinio aktino grandinių, kurioje yra apie 300 rutulinio aktino molekulių (kaip dvi rutuliukų gijos, susuktos į dvigubą spiralę, kurių kiekviena atitinka rutulinį aktiną).
Kitas plonas gijų baltymas - tropomiozinas– taip pat turi dvigubos spiralės formą, tačiau ši spiralė sudaryta iš polipeptidinių grandinių ir yra daug mažesnė už aktino dvigubą spiralę. Tropomiozinas yra fibrilinio aktino dvigubos spiralės griovelyje.
Trečias plonas gijų baltymas - troponinas- prisitvirtina prie tropomiozino ir fiksuoja jo padėtį aktino griovelyje, kuris blokuoja miozino galvučių sąveiką su plonų gijų globulinio aktino molekulėmis.
5. Technologinės mėsos brendimo pagreitinimo būdai
Pasibaigus gyvulio gyvenimui (sintezei), mėsoje vyksta pakitimų kompleksas, kurį įtakoja fermentai. Savaiminis audinių irimas prasideda veikiant fermentams iš pačių audinių. Šis procesas vadinamas autolize. Tokiu atveju pakinta raumenų, jungiamieji ir riebaliniai audiniai. Raumenų audinio pokyčiai saugojimo metu turi įtakos mėsos kokybei.
Gyvūno gyvenimo metu pagrindinė raumenų audinio funkcija yra motorinė, dėl kurios cheminė energija paverčiama mechanine energija. Šios sudėtingos transformacijos atsiranda dėl biocheminių, fiziologinių, fizikinių ir termodinaminių procesų.
Biocheminis aspektas išreiškiamas baltymų, pirmiausia miozino ir aktino (80 % baltymų) miofibrilių pokyčiais. Susitraukimo metu fibrilinis aktinas susijungia su miozinu. Susidaro stiprus aktomiozino kompleksas, kuriame vienoje miozino molekulėje yra 2-3 aktino molekulės.
Energetinis susitraukimo mechanizmas – tai laisvosios energijos, susidarančios skaidant ATP, pasikeitimas. ATP aktyvumą turi baltymas miozinas, kuris, ATP skylant, jungiasi su aktinu, sudarydamas aktinomiozino kompleksą, t.y. vyksta rigor mortis procesas. Šiuo atveju miozinas yra ne tik baltymas, bet ir savas fermentas.
Mėsos brandinimo fazei būdingas intensyvus raumenų glikogeno skilimas ir pieno rūgšties kaupimasis, taip pat jos cheminės sudėties pasikeitimas, tačiau griežtumas yra autolizės proceso dalis.
Būdingas griežtumo bruožas yra raumenų audinio vandens sulaikymo gebėjimo sumažėjimas, dėl kurio visada stebimas raumenų sulčių atsiskyrimas. Pagal išorinius požymius, sugriežtinta mėsa iškepusi yra pernelyg kieta, o dėl sumažėjusio vandens sulaikymo tampa mažiau sultinga. Esant griežtumui, raumenys yra mažiau jautrūs proteometinių fermentų poveikiui, o mėsa yra mažiau virškinama.
Dėl mėsoje susikaupusių pieno, fosforo ir kitų rūgščių padidėja vandenilio jonų koncentracija, dėl to, baigiantis stingimui, pH sumažėja iki 5,8-5,7, o kartais ir žemiau. Rūgščioje aplinkoje, skaidant ATP ir fosforo rūgštį, dalinai kaupiasi neorganinis fosforas.
Brandinimo fazė daugiausia lemia fizinių-koloidinių procesų intensyvumą ir mikrostruktūrinius raumenų skaidulų pokyčius. Dėl priežasčių komplekso (proteometinių fermentų veikimo, autolitinio skilimo produktų susidarymo, rūgštinės aplinkos) įvyksta raumenų skaidulų irimas. Gilus skilimas jau rodo gilią autolizę, kuri dažniau stebima mėsai gendant. Sklandaus perėjimo nuo griežtumo prie nokinimo fazės metu mėsa suminkštėja, atsipalaiduoja, atsiranda švelnumas, o tai reiškia, kad virškinimo sultys laisvai prasiskverbia į sarkoplazmą, o tai pagerina mėsos virškinamumą ir virškinamumą.
Mėsos audinių, kur daug jungiamojo audinio, švelnumas mažas, o jaunų gyvulių mėsa švelnesnė nei senų.
Didėjant temperatūrai (iki 30 0 C), taip pat ilgai brandinant mėsą (daugiau nei 20-26 dienas) esant žemai teigiamai temperatūrai (2-4 0 C), fermentinis nokinimo procesas taip pagilėja, kad Baltymų skilimas mėsoje pastebimai padidėja mažų peptidų ir laisvųjų aminorūgščių pavidalu. Šiame etape mėsa įgauna rudą spalvą, joje padidėja aminų ir amoniakinio azoto kiekis, pastebimas hidrolizinis riebalų skilimas, kuris neigiamai veikia jos maistines savybes ir mėsos pateikimą.
Mėsos nokinimui paspartinti, o tai padeda pagerinti jos kokybę, naudojami įvairūs perdirbimo būdai, įskaitant fermentų ir antibiotikų naudojimą.
Tyrimai taip pat parodė, kad mėsos paviršiaus apdorojimas (merkiant į tirpalą arba purškiant miltelius) neturi pakankamo poveikio.
Geri rezultatai gaunami fermentuojant mėsą vienu metu po sublimacijos redukavimo.
Į konservus dedama fermentinio preparato, kad būtų gauti kokybiškesni produktai. Į žemesnės rūšies dešras siūloma dėti vaistų.
Fermentiniais preparatais apdorota mėsa išvaizda, spalva, aromatu neturi skirtis nuo nefermentinės mėsos, o skoniu turi būti minkštesnė, be kartaus skonio, kurį sukelia gilaus baltymų skaidymo fermentais produktai.
Pagrindiniai raumenų baltymai yra aktinas ir miozinas
Raumenų fibrilių masę sudaro vanduo (75%) ir baltymai (daugiau nei 20%). Pagrindiniai raumenų baltymų atstovai yra aktinas ir miozinas, iš kurių miozinas sudaro 55%.
Šis baltymas (MW 460 kDa) turi asimetrinio heksamero formą. Miozino molekulė turi pailgą dalį, kurią sudaro dvi spiralės, susuktos viena ant kitos. Kiekvienos spiralės viename gale yra rutulinė galvutė. Heksameras (6 subvienetai) apima vieną porą sunkiųjų grandinių (MW 200 kDa) ir dvi poras lengvųjų grandinių (MW 15-27 kDa). Sunkiosios grandinės susideda iš linijiškai pailgo, a-spiralinio C-galinio domeno (1300 aminorūgščių liekanų) ir rutulinio N-galinio domeno (apie 800 aminorūgščių liekanų). Du a-spiraliniai domenai, priklausantys dviem sunkiosioms grandinėms, kartu sudaro stabilią superspiralinę struktūrą su dviem rutuliškomis galvutėmis (17.8 pav.).
Visoje miozino molekulėje taip pat yra 4 santykinai mažos polipeptidinės grandinės (MW 16-24 kDa), kurios yra susijusios su rutulinėmis galvutėmis. Skirtingai nuo aktino, skeleto raumenų miozinas turi fermentinį aktyvumą ir katalizuoja ATP hidrolizę, prisijungdamas prie F-aktino. Visos lengvosios grandinės jungiasi su Ca 2+, yra fosforilinamos specialios kinazės ir apskritai dalyvauja reguliuojant miozino ATPazės aktyvumą.
17.8 pav. Scheminis storų gijų struktūros pavaizdavimas. Parodyta erdvinė miozino konfigūracija.
Miozino molekulėje yra keletas funkciniu požiūriu svarbių sričių. Netoli linijinės superspiralinės zonos vidurio yra vieta, kur molekulę skaido tripsinas. Šis fermentas tarsi supjausto molekulę į 2 dalis: vienoje yra rutulinės galvutės ir dalis superspiralinės zonos; kitą sudaro likusi superspiralinės zonos dalis C gale. Dalis, kurioje yra galva, vadinama „sunkiuoju meromiozinu“ (MW 350 kDa). C-galo fragmentas vadinamas „lengvuoju meromiozinu“ (MW 125 kDa).
Tripsino poveikio miozino molekulei vietos reikšmė yra ta, kad ji stebėtinai sutampa su vieta miozino molekulėje, kuri veikia kaip savotiškas vyris, paverčiantis ATP cheminę energiją į grynai mechaninį susitraukimo reiškinį – atsipalaidavimą. Kita svarbi vieta, kuri atlieka panašų vaidmenį, yra veikiama kito proteolitinio fermento – papaino. Papainas perpjauna miozino molekulę labai arti rutulinių galvučių. Paaiškėjo, kad ATPazės aktyvumas yra du fragmentai, o tai, kur yra galva.
Iš miozino susidaro stori siūlai. Storas siūlas susideda iš maždaug 400 miozino molekulių, po 200 kiekvienoje M linijos pusėje. Šias molekules kartu laiko C baltymas ("klipo" baltymas), M linijos baltymas ir hidrofobinė sąveika viena su kita. Tripsino veikimo vietoje lokalizuotame taške sunkusis meromiozinas nukrypsta nuo pagrindinės storo gijos ašies, sudarydamas smailų kampą. Dėl šios priežasties galva labai priartėja prie plonų gijų aktino, lokalizuoto erdvėje tarp storų gijų. Svarbiausias molekulinis įvykis prieš raumenų susitraukimą yra reguliuojamas miozino galvučių susiejimas su plonu gijų aktinu. Vėliau aplink jau minėtus savotiškus „vyrių“ taškus įvyksta greitas miozino konformacijos pokytis, o surištas aktinas juda M linijos kryptimi.
Aktino dalis bendroje raumenų baltymų masėje yra 25%. Tai yra rutulinis baltymo monomeras, kurio molekulinė masė yra 43 kDa, vadinamas G-aktinu. Esant magnio jonams ir fiziologinei jonų koncentracijai tirpale, G-aktinas polimerizuojasi, sudarydamas netirpią giją, kuri vadinama F-aktinu (17.9 pav.). Du F-aktino polimerai apvynioja vienas kitą spirale. Taip susidaro pagrindinė plono siūlo struktūra. F-aktino pluošto storis yra 6–7 nm, o pasikartojanti struktūra – 35,5 nm. Nei G-, nei F-aktinas neturi katalizinio aktyvumo.
Ryžiai. 17.9. F-aktino struktūra
Kiekvienas G-aktino subvienetas turi ATP/ADP surišimo vietą, kuri dalyvauja plono siūlelio polimerizacijoje. Pasibaigus polimerizacijai, plonas siūlas padengiamas ir stabilizuojamas baltymu - b-aktininu. Be nukleotidų surišimo vietos, kiekviena G-aktino molekulė turi didelio afiniteto miozino galvutės surišimo vietą. Jo darbą skeleto ir širdies raumenyse reguliuoja papildomi plonų siūlų baltymai. Taigi, papildomi baltymai kontroliuoja susitraukimo ciklą.
