ТРОПОНІН: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦІЇ ТА ТЕСТ - БІОЛОГІЯ - 2025

Тропонін - назва білка, присутнього в скелетному і серцевому м’язах хребетних тварин, пов'язаного з нитками в м’язових волокнах і який має функції регуляції скорочувальної активності (скорочення м’язів і розслаблення).

М'язові волокна - це клітини, що складають м’язову тканину, скорочувальна здатність якої ґрунтується на взаємодії між впорядкованими та тісно пов’язаними нитками ниток, що займають більшу частину цитоплазматичного об’єму.

Графічне зображення елементів тонкої нитки в м’язових волокнах (Джерело: Raul654, через Wikimedia Commons)

Ці нитки відомі як міофіламенти і є два класи: товсті та тонкі. Товсті нитки складаються з молекул міозину II, тоді як тонкі нитки - це полімери глобулярного актину або G-актину в поєднанні з двома іншими білками.

І актин, і міозин також містяться в інших клітинах людського організму та інших організмах, лише у значно меншій пропорції та беруть участь у різних процесах, таких як міграція клітин, екзоцитоз, цитокінез (під час поділу клітин) і навіть у внутрішньоклітинний везикулярний рух.

Тропонін і тропоміозин - це два білка, пов'язані з тонкими нитками актину, які беруть участь у регуляції процесів скорочення та релаксації міофібрил м'язових клітин або волокон.

Механізми дії, завдяки яким ці два білки здійснюють свою функцію, пов'язані з внутрішньоклітинною концентрацією кальцію. Регулююча система тропоніну - одна з найвідоміших систем фізіології та біохімії скорочення скелетних м’язів.

Ці білки мають велике значення для організму. В даний час точно відомо, що деякі сімейні або вроджені кардіоміопатії є продуктом мутацій у послідовності генів, які кодують будь-який з двох (тропонін або тропоміозин).

характеристики

Тропонін асоціюється з актином у тонких нитках м’язових волокон скелетних та серцевих м’язів у стехіометричному співвідношенні 1 до 7, тобто одна молекула тропоніну на кожні 7 молекул актину.

Цей білок, як було підкреслено, міститься виключно в нитках, що містяться в міофібрилах скелетних і серцевих смугастих м’язових волокон, а не в гладком’язових волокнах, що складають судинну і вісцеральну мускулатуру.

Деякі автори задумані як білок-регулятор тропоміозину. Так, він має місця зв'язування для взаємодії з молекулами актину, що надає йому можливість регулювати свою взаємодію з міозином товстих ниток.

У міофіламентах співвідношення між молекулами тропоніну і тропоміозину становить 1 до 1, а це означає, що для кожного комплексу тропонінів існує молекула тропоміозину, пов'язана з ним.

Будова

Тропонін - це білковий комплекс, що складається з трьох різних кульових субодиниць, відомих як тропонін I, тропонін C і тропонін T, які разом досягають більше або менше 78 кДа.

В організмі людини є тканинно-специфічні варіанти для кожної з цих субодиниць, які відрізняються одна від одної як на генетичному та молекулярному рівні (стосовно генів, що їх кодують), так і на структурному рівні (щодо їх амінокислотних послідовностей).

Представництво однієї з підрозділів Тропоніна (Джерело: Джавахар Свамінанатан та співробітники MSD в Європейському інституті біоінформатики через Wikimedia Commons)

Тропонін С або TnC - найменша з трьох субодиниць і, можливо, одна з найважливіших. Він має молекулярну масу 18 кДа та має місця для зв’язування кальцію (Са2 +).

Тропонін T або TnT - це той, який має місця зв'язування для прив’язки комплексу трьох субодиниць до тропоміозину і має молекулярну масу 30 кДа; він також відомий як T субодиниця або субодиниця, що зв'язує тропоміозин.

Тропонін I або TnI, маючи трохи більше 180 амінокислотних залишків, має таку ж молекулярну масу, що і тропонін Т, але за своєю структурою він має спеціальні ділянки для зв'язування актину, блокуючи взаємодію останнього з міозином, який є явище, що відповідає за скорочення м’язових волокон.

Багато підручників називають цю субодиницю як гальмівну субодиницю і як молекулярний "клей" між трьома субодиницями тропоніну. Його здатність зв'язуватися з актином та його інгібіторну активність посилюються завдяки його асоціації з тропоміозином, опосередкованою підрозділом TnT.

Було показано, що в підрозділі I область послідовності, відповідальної за інгібування, визначається центральним пептидом з 12 амінокислотних залишків між положеннями 104 і 115; і що С-кінцева область субодиниці також грає роль під час гальмування.

Особливості

Основна роль тропоніна в скороченні м’язів залежить від його здатності зв'язувати кальцій, оскільки цей білок є єдиним компонентом тонких ниток скелетних м’язів, який має цю властивість.

За відсутності тропоніну тонкі нитки здатні зв’язуватися з товстими нитками і стискатися незалежно від внутрішньоклітинної концентрації кальцію, тому функція тропоніну полягає у запобіганні скорочення за відсутності кальцію через його асоціацію з тропоміозином.

Таким чином, тропонін відіграє важливу роль у підтримці м'язової релаксації, коли не вистачає внутрішньоклітинного кальцію, і у скороченні м’язів, коли електричний нервовий подразник дозволяє кальцію надходити до м’язового волокна.

Як це відбувається?

У скелетних та серцевих смугастих м’язах скорочення м’язів відбувається завдяки взаємодії між тонкими та товстими нитками, ковзаючи одна над одною.

У клітинах цих м’язів кальцій необхідний для взаємодії актин-міозин (тонкі та товсті нитки), оскільки місця зв’язування актину з міозином "приховані" спільною дією тропоміозину та тропонін, який відповідає кальцію.

Іони кальцію з саркоплазматичного ретикулуму (ендоплазматичний ретикулум м’язових волокон) зв'язуються з C-субодиницею тропоніну, нейтралізуючи опосередковане тропоніном гальмування і викликаючи скорочення м'язів.

"Нейтралізація" інгібування, викликана субодиницею I, відбувається після зв'язування кальцію з субодиницею С, що породжує конформаційну зміну, яка поширюється між трьома субодиницями і дозволяє їх дисоціацію як з молекулами актину, так і з тропоміозину. .

Ця дисоціація між тропоніном, тропоміозином та актином виявляє місця зв'язування міозину з актином. Саме тоді кулеподібні головки останніх можуть взаємодіяти з актиновими волокнами та ініціювати АТФ-залежне скорочення шляхом переміщення однієї нитки над іншою.

Тропоніновий тест

Тропонін є кращим біомаркером для виявлення уражень серця. З цієї причини тест на тропонін широко застосовується в біохімічній, ранній та / або профілактичній діагностиці деяких серцевих патологічних станів, таких як гострий інфаркт міокарда.

Цей тест виявляється багатьма лікуючими лікарями, щоб допомогти прийняти рішення про те, що робити і яке лікування призначити пацієнтам із болем у грудях.

Він, як правило, пов'язаний з виявленням субодиниць тропоніну Т і I, оскільки ізоформа тропоніну С також знаходиться в скелетних м'язах з повільним посмикуванням; тобто воно не характерне для серця.

На чому базується тест на тропонін?

Тест на тропонін зазвичай є імунологічним тестом, який виявляє серцеві ізоформи T і I субодиниць тропоніну. Отже, вона базується на відмінностях між обома ізоформами.

Ізоформа субодиниці тропоніну I (cTnI)

У м’язовій тканині міокарда є лише одна ізоформа субодиниці тропоніну I, що характеризується наявністю 32-х амінокислотних посттрансляційних «хвостів» на його N-кінцевому кінці.

Ця ізоформа виявляється завдяки виробленню специфічних моноклональних антитіл, які не розпізнають інші некардіальні ізоформи, оскільки хвіст амінокислот більш-менш на 50% відрізняється від кінців інших ізоформ.

CTnI не експресується в пошкоджених тканинах, але є унікальним для серцевої тканини дорослої людини.

Ізоформа субодиниці тропоніну Т (cTnT)

Серцева ізоформа субодиниці тропоніну Т кодується трьома різними генами, мРНК яких можуть зазнати альтернативного сплайсингу, що призводить до отримання ізоформ зі змінними послідовностями на N- та С-кінці.

Хоча серцевий м’яз людини містить 4 ізоформи TnT, лише одна тканина характерна для тканин серця дорослих. Це виявляється за допомогою специфічних антитіл, сконструйованих проти N-кінцевого кінця його амінокислотної послідовності.

Тести "наступного покоління" для Т-субодиниці серцевої ізоформи приділяють пильну увагу тому, що деякі травмовані тканини скелетних м'язів можуть повторно експресувати цю ізоформу, таким чином можна отримати перехресну реакцію з антитілами.

Список літератури

1. Babuin, L., & Jaffe, AS (2005). Тропонін: біомаркер вибору для виявлення серцевої травми. CMAJ, 173 (10), 1191-1202.
2. Collinson, P., Stubbs, P., & Kessler, A.-C. (2003). Багатоцентрова оцінка діагностичної цінності серцевого тропоніну Т, маси CK-MB та міоглобіну для оцінки пацієнтів із підозрою на гострі коронарні синдроми в рутинній клінічній практиці. Серце, 89, 280–286.
3. Farah, C., & Reinach, F. (1995). Тропоніновий комплекс і регуляція скорочення м’язів. ФАСЕБ, 9, 755–767.
4. Keller, T., Peetz, D., Tzikas, S., Roth, A., Czyz, E., Bickel, C.,… Blankenberg, S. (2009). Чутливий аналіз тропоніну I на ранній діагностиці гострого інфаркту міокарда. The New England Journal of Medicine, 361 (9), 868–877.
5. Ross, M., & Pawlina, W. (2006). Гістологія. Текст і атлас з корельованою клітинною та молекулярною біологією (5-е видання). Lippincott Williams & Wilkins.
6. Вакабаяші, Т. (2015). Механізм кальцію-регуляції м'язового скорочення. У гонитві за її структурною основою. Зб. Jpn. Акад. Сер. Б, 91, 321-350.