Биохимия мышечной ткани

Мышечная ткань относится к наиболее распрастраненным тканям организма. На их долю приходится 40-42 % от всей массы тела, и приблизительно 50 % от всего обмена веществ в условиях покоя, который может достигать 80% при физических нагрузках.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ

1.Участвует в формировании статики тела человека (движение, перемещения), что связано со способностью переводить химическую энергию в механическую работу.

2.Входя в состав сосудов и бронхов участвует в поддержании определенного тонуса, и тем самым в процессе дыхания и кровообращения.

3.Участвуют в переносе пищевых масс по пищеварительному тректу обуславливая перестальтику кишечника.

4.Участвует в выделении экскретов из организма (моча, калловые массы).

5.Играет определенную роль в поддержке и постоянстве температуры тела человека, т.е. в теплообмене.

Химический состав мышечной ткани:

Вода – 72 – 77%

Белки – 20%

Углеводы – 0,5 – 3%

Липиды – 1 – 3%

Минеральные вещества – 1%

Обмен гормонов.

При гепатобилиарной паталогии может нарушаться как метаболизм гормонов в печени, так и экскреция их с желчью. Например, при тяжелых заболеваниях (цирроз, острый алкагольный гепатит) нарушается инактивация альдостерона и развивается вторичный гиперальдостеронизм, способствующий развитию асцита. При хронических заболеваниях печени нарушен распад эстрогенов, вследствии чего у мужчин может развиться гинекомастия, а у женщин растет соотношение более активных эстрадиола и эстрона к малоактивному эстриолу. Так, в норме отношение эстрадиол/эстриол и эстрон/эстриол равно 3,5, а при активном циррозе возрастает до 21 – 23.

Биогенные амины (серотонин, гистамин и др.) в значительной мере инактивируются печенью с помощью МАО и гистаминазы. Предполагают, что наблюдаемая иногда при тяжелых заболеваниях печени гипергистаминемия способствует развитию гепатогенных гастродуоденальных язв.

Обмен витаминов.

В печени происходит синтез транспортных белков (например, транскобаламинов, ретинол – и кальциферолсвязывающих белков); депонирование жирорастворимых витаминов (А,D,Е,К) и некоторых водорастворимых, в частности В _9,В₁₂; образование 25 – гидроксикальциферолов и вмтаминных коферментов (ТДФ, НАД, метилкабаламина и др.); синтез никотиновой кислоты из триптофана.

Обмен микроэлементов.

Железо доставляется к местам использования трансферрином (сидерофиллином), депонируется ферритином (сидерином); используется для синтеза гемопротеидов железосерных белков. Содержание ферритина в крови повышается при циррозах, карциномах печени.

Медь: 90% ее связано с церулоплазмином (альфа – 2 глобулин, ответственный за транспорт меди), 10% - непрочно с альбуминами. Выделяется медь с желчью. При остром гепатите уровент меди в крови не меняется, при обтурационной желтухе растет. При болезни вильсона уровень церулоплазмина в крови снижен, практически всегда повышена концентрация меди; экскреция меди с желчью снижена, с мочой – увеличена. При хронических заболеваниях печени с асцитом наблюдается гипокалиемия, обусловлена гиперальдостеронизмом.

Кальций: повышение в крови при желтухе,при билиарных циррозах (может развиться остеопороз). Гипокальциемия наблюдается при молниеносном остром вирусном гепатите, особенно с сопутствующим панкреатитом и гипоальбуминемией.

Магний: снижение в крови при заболеваниях печени,сочетающихся с дисфункцией кишечника и почек, при хроническом алкоголизме и жировой дистрофии. Гипомагнезиемия при тяжелых заболеваниях печени может способствовать энцефалопатии.

БЕЛКИ МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ.

В зависимости от физико – химических свойств белки делятся на 3 группы: растворимые, нерастворимые и белки стромы.

Растворимые белки(саркоплазматические). К ним относятся белки, растворимы в воде и слабых солевых растворах. К ним относятся: миоальбумины - белки альбуминовой природы, близко подходящие по своим характеристикам к белкам плазмы крови.

Миоген – смесь белков, обладающих ферментативной активностью.

Миоглобин – мышечный гемоглобин, который способен связывать и депонировать значительное количество кислорода.

Парвальбумины - связывают и депонируют ионы кальция, и этим самым, возможно, участвуют в мышечном сокращении.

НЕРАСТВОРИМЫЕ (МИОФИБРИЛЛЯРНЫЕ) БЕЛКИ.

Миозин – экстрагируется из мышечной ткани 0,6 М растаором KCL, или NACL. По структуре представляет собой гексомер, состоящий из двух больших субьединиц (тяжелые цепи) с молекулярной массой 200000 Тд каждая и четырех малых субьединиц (легкие цепи) с молекулярной массой по 20 Тд каждая.

Тяжелые цепи в молекуле миозина закручены в альфа – спирали, что обеспечивает жесткость структуры (стержневая часть, «хвост» молекулы миозина).). Молекулы миозина содержит по 2 головки, имеющие грушевидную форму и в них находится по 2 легких цепи.

В двух участках- «хвостовая» часть (стержневая), и в месте присоединения головок к стержневой части наблюдается деспирализация, и всвязи с этим возможны изгибы. Этои участки получили название (шарнирные).

В структуре миозина «шарнирные» участки чувствительны к действию протеолитических ферментов (трипсина, химотрипсина, папаина). Под их действием молекулы миозина распадаются на фрагменты – легкии меромиозин (ЛММ) и тяжелый (ТММ).

ФУНКЦИИ СТЕРЖНЕВЫХ ЧАСТИЦ.

Участвуют в образовании структурных частиц мышечной ткани – биополярного филамента.При его образовании к одной молекуле присоединяется другая по принципу «хвост» к «хвосту», при этом головки смотрят наружу и образуется «голая зона», к которой присоединяются другие молекулы миозина.

ФУНКЦИИ ГОЛОВОК.

Обладает АТФ-азной активностью.

АТФ^{миозинАТФаза}АДФ+Н₃ РО₄ +30,4Кдж на моль

При недостатке ионов магния активность фермента резко возрастает,а при физиологических условиях она тормозится ионами магния.Такое же, но в меньшей степени, действие оказывают и ионы кальция.Миозин способствует и дезаминированию адениловой кислоты.

Адениловая к-та_{миозин(АМФ-дезаминаза)} инозинмонофосфат+NH₃

АКТИН

Выделяется из мышечной ткани при помощи ацетона, или йодида калия. Существует в двух формах:1) глобулярный актин (Г-актин), и 2) фибриллярный актин (Ф – актин).

Г – актин – молекулярная масса 46Тд, содержит тиоловые групы и молекулу АТФ.

Ф– актин образуется при участии Г – актина путем полимеризации. Актин соединяется с миозином с образованием актомиозина.который способен к укороччению (сокращению), что и лежит в основе всего мышечного сокращения. Обладает АТФ – азной активностью. В отличие от АТФ-азной активности миозина не подавляется ионами магния, а активируется и отличается оптимумом действия рН.

ТРОПОНИН.

Состоит из 3-х субьединиц, выполняющие следующие функции:

1 субьединица – Т_ПТ – способна связывать тропомиозин.

11 субдиница – Т_ПС – способна связывать ионы Ca

111 субьединицаТ_П1 – тормозит присоединение актина к миозину.

ТРОПОМИОЗИН.

Состоит из 2 – х субьединиц, имеет форму стержня в виде спирали, может присоединяться к тропонину (Т_ПТ), с образованием комплекса «нативный тропомиозин», который увеличивает чувствительность актомиозина к ионам кальция, и тем самым участвует в процессе мышечного сокращения.

БЕЛКИ СТРОМЫ

К ним относятся коллаген и эластин.

НЕБЕЛКРВЫЕ АЗОТОСОДЕРЖАЩИЕ ВЕЩЕСТВА МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ.

Креатин. Входит в состав мышечной ткани и в небольшом количестве окисляется до креатинина, частично используется для образования креатинфосфата (относится к группе макроэргических соединений),который играет определенную роль в процессе мышечного сокращения,особенно сердечной мышцы.

Помимо креатинфосфата в мышечной ткани присутствуют АТФ, АДФ, ГТФ, ГДФ и другие нуклеозидфосфаты.

Имидазолсодержащие дипептиды.

Карнозин дипептид по структуре бэта – аланил-гистидин и ансерин – метилированная форма карнозина. Считается, что они участвуют в процессах снятия утомления в работающей мышце,в передаче нервного импульса с двигательных нервных окончаний на мышцу. Имеются данные о возможном участии даных пептидов в образовании АТФ, что связано с активацией сопряжения тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования и торможения распада АТФ.

Карнитин.

Меттилированное производное, которое может находиться в развернутой и циклической формах.

Выполняет следующие функции:

1 перенос жирных кислот из цитоплазмы через митохондриальную мембрану в матрикс митохондрий, где и происходит их окисление.

2.вследствии наличия метильных групп можнт учавствовать в синтезе ряда соединений за счет реакции метилирования.

3. способствует более экономному расходованию кислорода, особенно важно в условиях развивающейся гипоксии.

4. предупреждает свободно – радикальные процессы в клетках, т.е. тормозит цепные реакции перикисного окисления липидов, и этим самым образование свободных радикалов, оказывающех отрицательное влияние на течение биохимических процессов.

Из других азотистых небелковых соединений в мышечной ткани содержатся мочевая кислота, мочевина, аденин, гуанин, гипоксантин, нуклеотиды, а так же аминокислоты, из которых больше находится глутаминовой и аспарагиновой, что связано с угнетением в связывании и обезвреживании аммиака.

УГЛЕВОДЫ.

Основным компонентом выступает гликоген, содержание которого в 2,5 раз больше, чем в печени, что связано со значительной мышечной массой.Определяется так же молочная, пировиноградная кислоты, и другие продукты метаболизма углеводов.

ЛИПИДЫ.

Триацилглицерины расположены между мышечными волокнами, выполняющими защитную функцию. Присутствие их необязательно. но значительное количество нежелательно, т.к. оказывает отрицательное влияние на работу мышц.

Жирные кислоты содержатся в небольшом количестве, что необходимо для работы сердечной мышци, где используется как основной источник энергии.

Фосфолипиды и холестерин – обязательные компоненты в сердечной мяшце, где их количество в 2 раза больше, чем в скелетной, а в гладкой мышце больше холестерина и меньше фосфолипидов.

Минеральные вещества.

Из минеральных веществ находится Nа (во внеклеточном пространстве) и K (во внутриклеточном), участвуя в создании градиента концентрации на мембране. Ca²⁺и Mg²⁺ являются кофакторами в ферментативном процессе, ионы железа входят в состав миоглобина, а фосфор входит в состав нуклеозидфосфатов и креатинфосфата. Из микроэлементов содержатся Al, Cu, Zn, Pb и др.

ОСОБЕННОСТИ ОБМЕНА В МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ.

В условиях покоя обмен протекает на довольно незначительном уровне, но при усилении мышечной активности возрастает в десятки раз. При этом создаются неблагоприятные условия для работы мышц. Наблюдаются сдавление и изгибы сосудов, что вызывает затруднение поступления кислорода и приводит к нарастанию гипоксии.

В мышцах в процессе эволюции развились приспособительные механизмы.

1. Даже в условиях покоя реакции гликолиза и гликогенолиза протекают на достаточно высоком уровне, и вследствии этого при наростании мышечной активности не требует дополнительного времени для подключения гликолиттических процесов с целью получения энергии.

2.Наличие миоглобина, способного связывать и депонировать значительное количество кислорода, которое расходуется по мере необходимости.

3.Высокое содержание АТФ и ГТФ, особенно АТФ,что дает возможность работать мышце за счет этих запасов.

Возможные пути ресинтеза АТФ в работающей мышце:

1) тканевое дыхание и окислительное фосфорилирование

2) гликолиз и гликогенолиз

3) фосфокреатинкиназные реакции АТФ + креатинфосфат АТФ+ креатин

4) аденилатиназная (монокиназная) реакция 2АДФ АТФ +АМФ

В процессе работы мышцы в первую очередь используются углеводы, которые окисляются в реакциях гликолиза и цикле Кребса.

В виду дефицита кислорода при мышечной деятельности отмечается накопление молочной кислоты и в ряде случаев в большом количестве. Часть ее используется для синтеза гликогена в печенив мышечной ткани. Однако ее неполная утилизация является одной из причин развития утомления.

БИОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИ УТОМЛЕНИИ.

Отмечается изменение баланса богатых энергией фосфорных соединений вследствие преобладания распада АТФ над ее ресинтезом. Отношение АТФ к АДФ уменьшается в том числе и в нервной ткани, что приводит к снижению ее спецефической функциональной активности и развитии в ней защитного охранительного торможения, направленное на усиление

процессов восстановления, в частности ресинтеза АТФ.

Утомление сопровождается так же уменьшением содержания АТФ и креатинфосфата, а так же АТФ – азной активности миозина, ферментов аэробного окисления и особенно дыхания и фосфорилирования.

Происходит накопление молочной кислоты и снижение энергетических запасов мышци (в первую очередь гликогена)

Биохимические изменения при патологии в скелетных мышцах.

Общим для большинства заболеваний мышц (прогрессирующая мышечной дистрофия, атрофия, полимиозит, поражения при авитоминозе) является: резкое снижение содержания монофибриллярных белков, возрастает содержание белков стромы и некоторых саркоплазматических белков.

Наблюдается снижение содержания АТФ и креатинфосфата, а так же АТФ – азной активности миозина.

Уменьшение имидозол - содержащих дипептидов (карнозина и ансерина) вследствие усиления их распада.

Отмечается снижение фосфотидилхолина, фосфатидилэтаноламина и повышение сфингомиелина и лизофосфатидилхолина.

Структура и функция миокарда. Миокард желудочков состоит из взаимосвязанных волокон длинной от30 до 60, шириной от 10 до 20 мк. Хотя волокна сердечной мышцы функционально идентичны волокнам скелетны мышц, они меньше последних. И те и другие состоят из нескольких тысяч поперечно исчерченных нитей, или пучков (миофибриллы), которые простираются на всю длину волокон. Миофибриллы состоят из тысячи саркомеров, образованных сократительными белками актином и миозином, организованными в виде микрофиламентов. В мышци сердца на саркомеры приходится около 50% массы сердечных клеток (почти 90% в скелетной мышце). Если учесть роль, которую играет сердце, то можно понять, почему 25 – 30% сердечной клетки приходится на митохондрии. Они расположены вблизи от сократительных нитей, что облегчает перенос АТФ от места его образования в митохондриях к месту потребления во время сокращения. Энергетический обмен в сердечной мышце протекает почти в исключительно аэробных условиях, анаэробный путь реализуется лишь частично при экстремальной кислородной недостаточности.

Регуляция метаболизма сердечной мышци в покое и при нагрузке.

Сердечные мышцы, как и красная скелетная обладает высокой активностью реакцией цитратного цикла и окисления жирных кислот и малой активностью гликолитического пути. В сердечно мышце содержатся большие количества креатинкиназы, которая играет решающую роль в переносе АТФ от места ее образования в митохондриях к миофибриллам; 45% фермента локализовано на внутренней стороне наружной мембраны митохондрий. Встречаются все три формы изоферментов креатинкиназы: 40% общей активности приходится на ММ – форму, 50% которой связано с миофибриллами, МВ и ВВ – изоферменты находятся в растворимой форме и при повреждении клеток выходят наружу. Сердечная мышца, в отличиие от скелетной, использует для получения энергии наряду с глюкозой большее количество жирных кислот, а так же лактати кетоновые тела. Скелетная мышца свои энергетические потребности удовлетворяет в состоянии покоя на 95% за счет окисления глюкозы, а оставшуюся часть – за счет окисления жирных кислот. Всердечной мышцк при интенсивной нагрузке растет доля окисления лактата, в то время как доля остальных субстратов снижается. Скелетная мышца и в этих условиях получает энергию за счет глюкозы и жирных кислот, хотя доля окисляемых жирных кислот значительно увеличивается.

АТФ сердечной мышци являяется непосредственным энергетическим субстратом, обеспечивающем сокращения. Между синтезом АТФ и потреблением сердечной мышцей кислорода существует тесна корреляционная связь: увеличение скорости потребления кислорода сопровождается увеличением скорости синтеза АТФ. Рефосфорилирование образующегося на миофибрилле АДФ происходит здесь же креатинфосфатом с помощью креатинкиназы. Рефосфорилирование креатина протекает с помощью АТФ, образующейся в митохондриях.

Значительное влияние на метаболизм сердечной мышци цАМФ как вторичный передатчик гормонального влияния катехоламинов. Он так же непосредственно влияет на механизм сокращения через активировани протеинкиназ с перераспределением Cа²⁺ между фибриллами и саркоплазматическим ретикуломом. Путем активирования фосфорилазы из гликогена освобождается глюкоза, что особенно важно для поддержания пула субстратов при инфаркте миокарда

Влияние гипоксии на обмен веществ в сердечной мышце.

В аанэробных условиях выявлено снижение сократимости миокарда уже через 5 минут от начала анаэробиоза. Отмеченный рост активности фосфофруктокиназы максимально индуцировал глмколиз, что приводило к накоплению молочной кислоты (накопление вместо расходования!). Активацивация фосфорилазы увеличивала расход гликогена как субстрата энергетики и его запасы уже через 7 минут составили около 1/3 от исходного уровня. Однако, как выяснилось, при полной аноксии гликолиз может покрыть только 15 – 20% потребности сердца в энергии. Результат этого – снижение АТФ на 50%, а креатинфосфата на 1/3 уже через 5 минут от начала аноксии. Морфологический анализ миокардиоцитов показал набухание митохондрий, расширение крист до полного разрыва митохондриальной мембраны до полного выхода всего содержимого.

В условиях клиники полная ишемия сердечной мышцы наблюдается при тромбозе и эмболии коронарного сосуда. Результат – инфаркт миокарда. Нарушение кровоснабжения приводит к кислородной недостаточности и к прекращению доставки окисляемых субстратов. Создаются условия для накопления молочной кислоты, посколоку она не утилизируется сердечной мышцей. В первые минуты после закупорки сосудов быстро интенсифицируется гликолиз, образуется молочная кислота,(следствие активации гликогенолиза под влиянием катехоламинов). Взоне инфаркта примерно через 30 минут от наступления ишемии после наступления ацидоза гликолиз постепенно нормализуется. Переключение гликолиза на анаэробный сопровождается уменьшением синтеза АТФ и фосфокреатина. Ишемизированная мышца теряет способность к сокращению из – за дефицита энергии. Снижение сократимости связано с выходом Са²⁺ из мест их связывания из – за повышенного содержания молочной кислоты и ацидоза. Вне зоны инфаркта так же уменьшается количество АТФ, что приводит к функциональному снижению способности сердца. Сниженное содержание АТФ в сердечной мышце сохраняется более 10 дней от начала инфаркта.

До 2 суток от начала инфаркта наблюдается снижение белков и нуклеиновых кислот в миокарде. Период рубцевания сопровождается активацией синтеза ДНК, инактивацией гликолитических ферментов с одновременной активацией глюкозо – 6 фосфатдегидрогеназы и глюкозо – 6 фосфоглюконатдегидрогеназы, возрастает активность окислительной ветви пентозо – фосфатного пути и образования восстановленого Н АДФ (источник водорода для синтетических реакций). В ткани подвергшейся инфаркту, возвращение метаболизма к нормальному протекает очень медленно.

Биохимические аспекты диагностики инфаркта миокарда.

Ферментами, исследование которых имеет наибольшую диагностическуюценность при инфаркте миокарда, являются АСТ, ЛДГ и КК. Выбор исследования зависит от времени после возникновения инфаркта миокарда.

В течение по меньшей мере 4 ч после инфаркта содержание всех ферментов может быть в норме. В первые 4 ч после того момента, когда больной ощутил боль в груди, нет смысла брать кровь для исследования ферментов.

Изменение активности ферментов плазмы крови при инфаркте миокарда.

Date: 2015-06-12; view: 610; Нарушение авторских прав