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

Тропонинът е името, дадено на протеин, присъстващ в скелетния и сърдечния мускул на гръбначните животни, свързан с нишките в мускулните влакна и който има функции за регулиране на контрактилната активност (свиване на мускулите и релаксация).

Мускулните влакна са клетките, изграждащи мускулна тъкан, чийто контракционен капацитет се основава на взаимодействието между някои нишки, които са подредени и тясно свързани вътре, заемащи по-голямата част от цитоплазмения обем.

Графично представяне на елементите на тънка нишка в мускулните влакна (Източник: Raul654, чрез Wikimedia Commons)

Тези нишки са известни като миофиламенти и има два класа: дебели и тънки. Дебелите нишки са съставени от молекули на миозин II, докато тънките нишки са полимери на глобуларен актин или G-актин във връзка с два други протеина.

И актинът, и миозинът се намират и в други клетки на човешкото тяло и други организми, само в много по-малка част и участват в различни процеси като клетъчна миграция, екзоцитоза, в цитокинеза (по време на клетъчното делене) и дори в вътреклетъчен везикуларен трафик.

Тропонинът и тропомиозинът са двата протеина, свързани с тънките актинови нишки, които участват в регулирането на процесите на свиване и релаксация на миофибрилите на мускулните клетки или влакна.

Механизмите на действие, чрез които тези два протеина упражняват своята функция, са свързани с вътреклетъчната концентрация на калций. Регулаторната система за тропонин е една от най-известните системи във физиологията и биохимията на свиването на скелетните мускули.

Тези протеини са от голямо значение за организма. Понастоящем е сигурно, че някои фамилни или вродени кардиомиопатии са продукт на мутации в последователността на гените, които кодират нито един от двата (тропонин или тропомиозин).

характеристики

Тропонинът се свързва с актина в тънките нишки на мускулните влакна в скелетния и сърдечния мускул в стехиометрично съотношение от 1 до 7, тоест една молекула тропонин за всеки 7 молекули актин.

Този белтък, както беше подчертано, се намира изключително в нишките, съдържащи се в миофибрилите на скелетните и сърдечно набраздени мускулни влакна, а не в гладките мускулни влакна, които изграждат съдовите и висцералните мускули.

Той е замислен от някои автори като регулаторен протеин на тропомиозин. Подобно на това, той има свързващи места за взаимодействие с молекулите на актина, което му дава способността да регулира взаимодействието си с миозина на дебелите нишки.

В миофиламентите съотношението между молекулите на тропонин и тропомиозин е 1 към 1, което означава, че за всеки съществуващ тропонинов комплекс има свързана с него молекула тропомиозин.

структура

Тропонинът е протеинов комплекс, съставен от три различни кълбовидни субединици, известни като тропонин I, тропонин С и тропонин Т, които заедно добавят до повече или по-малко 78 kDa.

В човешкото тяло има тъканно специфични варианти за всяка от тези субединици, които се различават една от друга както на генетично и молекулно ниво (по отношение на гените, които ги кодират), така и на структурно ниво (по отношение на техните аминокиселинни последователности).

Представителство на една от подразделенията Тропонин (Източник: Jawahar Swaminathan и MSD служители в Европейския институт по биоинформатика чрез Wikimedia Commons)

Troponin C или TnC е най-малката от трите субединици и може би една от най-важните. Той има 18 kDa молекулно тегло и има места за свързване на калций (Ca2 +).

Тропонин Т или TnT е този, който има местата на свързване, за да закрепи комплекса от трите субединици към тропомиозин и има молекулно тегло 30 kDa; тя е известна още като Т субединица или тропомиозин свързваща субединица.

Тропонин I или TnI, с малко повече от 180 аминокиселинни остатъци, има същото молекулно тегло като тропонин Т, но в своята структура той има специалните места за свързване на актин, блокирайки взаимодействието между последния и миозина, което е явлението, отговорно за свиването на мускулните влакна.

Много учебници наричат ​​тази субединица като инхибираща субединица и като молекулярно „лепило“ между трите субединици на тропонин. Способността му да се свързва с актин и неговата инхибиторна активност са засилени от асоциацията му с тропомиозин, медиирана от TnT субединицата.

Показано е, че в подединица I областта на последователността, отговорна за инхибирането, е дефинирана от централен пептид от 12 аминокиселинни остатъци между позиции 104 и 115; и че С-крайната област на субединицата също има роля по време на инхибиране.

Характеристика

Основната роля на тропонина в свиването на мускулите зависи от способността му да свързва калция, тъй като този протеин е единственият компонент на тънките нишки в скелетния мускул, който има това свойство.

При липса на тропонин, тънките нишки са в състояние да се свързват с дебели нишки и да се свият, независимо от вътреклетъчната концентрация на калций, така че функцията на тропонин е да предотвратява свиването при липса на калций чрез свързването му с тропомиозин.

По този начин тропонинът играе важна роля за поддържане на мускулна релаксация, когато няма достатъчно вътреклетъчен калций, и при свиване на мускулите, когато електрическият нервен стимул позволява навлизането на калций в мускулните влакна.

Как става това?

В скелетните и сърдечно набраздени мускули свиването на мускулите възниква благодарение на взаимодействието между тънките и дебели нишки, които се плъзгат един върху друг.

В клетките на тези мускули калцият е от съществено значение за осъществяването на взаимодействието между актин и миозин (тънки и дебели нишки), тъй като местата на свързване на актина за миозин са "скрити" от съвместното действие на тропомиозин и тропонин, който е този, който реагира на калция.

Калциевите йони от саркоплазмения ретикулум (ендоплазматичният ретикулум на мускулните влакна) се свързват със С-субединицата на тропонин, неутрализирайки медиираното от тропонин инхибиране и задейства свиването на мускулите.

"Неутрализирането" на инхибирането, причинено от субединица I, се случва след свързването на калция с субединица С, което генерира конформационна промяна, която се разпространява между трите субединици и позволява тяхното дисоциация както от молекулите на актина, така и от тропомиозина., Тази дисоциация между тропонин, тропомиозин и актин разкрива местата на свързване на миозина върху актина. Тогава глобуларните глави на последната могат да взаимодействат с актиновите влакна и да инициират ATP-зависимо свиване чрез изместване на една нишка над другата.

Тропонин тест

Тропонинът е предпочитаният биомаркер за откриване на сърдечни лезии. Поради тази причина тестът с тропонин се използва широко в биохимичната, ранна и / или превантивна диагностика на някои сърдечни патологични състояния като остър миокарден инфаркт.

Този тест е открит от много лекуващи лекари, за да помогне за вземане на решения какво да се прави и какво лечение да се приложи на пациенти с гръдна болка.

Обикновено се свързва с откриване на субединици на тропонин Т и I, тъй като изоформата на тропонин С се намира и в скелетните мускули с бавно потрепване; тоест не е специфично за сърцето.

На какво се основава теста за тропонин?

Тропониновият тест обикновено е имунологичен тест, който открива сърдечните изоформи на Т и I субединици на тропонин. И така, тя се основава на разликите, които съществуват между двете изоформи.

Изоформа на субединицата тропонин I (cTnI)

В мускулната тъкан на миокарда има само една изоформа от субединица тропонин I, характеризираща се с наличието на 32-аминокиселинна пост-транслационна "опашка" в нейния N-краен край.

Тази изоформа се открива благодарение на развитието на специфични моноклонални антитела, които не разпознават други некардиални изоформи, тъй като опашката на аминокиселината е повече или по-малко 50% различна от краищата на други изоформи.

CTnI не се експресира в увредени тъкани, но е уникален за сърдечната тъкан при възрастни.

Изоформа на субединицата тропонин Т (cTnT)

Сърдечната изоформа на субединицата тропонин Т е кодирана в три различни гена, чиито иРНК могат да претърпят алтернативно сплайсиране, което води до получаването на изоформи с променливи последователности при N- и С-термини.

Въпреки че човешкият сърдечен мускул съдържа 4 изоформи на TnT, само една е характерна за сърдечната тъкан на възрастни. Това се открива със специфични антитела, проектирани срещу N-крайния край на неговата аминокиселинна последователност.

"Следващо поколение" тестове за Т субединицата на сърдечната изоформа обръщат голямо внимание на факта, че някои увредени скелетни мускулни тъкани могат да експресират тази изоформа, като по този начин може да се получи кръстосана реакция с антитела.

Препратки

1. Babuin, L., & Jaffe, AS (2005). Тропонин: биомаркер на избор за откриване на сърдечно нараняване. CMAJ, 173 (10), 1191-1202.
2. Collinson, P., Stubbs, P., & Kessler, A.-C. (2003 г.). Мултицентрова оценка на диагностичната стойност на сърдечния тропонин Т, масата на CK-MB и миоглобина за оценка на пациенти със съмнения за остри коронарни синдроми в рутинната клинична практика. Сърце, 89, 280–286.
3. Farah, C., & Reinach, F. (1995). Тропониновият комплекс и регулирането на мускулната контракция. FASEB, 9, 755–767.
4. Keller, T., Peetz, D., Tzikas, S., Roth, A., Czyz, E., Bickel, C.,… Blankenberg, S. (2009). Чувствителен анализ на тропонин I при ранна диагностика на остър миокарден инфаркт. The New England Journal of Medicine, 361 (9), 868–877.
5. Ross, M., & Pawlina, W. (2006). Хистология. Текст и атлас с корелирана клетъчна и молекулярна биология (5-то изд.). Lippincott Williams & Wilkins.
6. Вакабаяши, Т. (2015). Механизъм на калциевата регулация на мускулната контракция. В преследване на своята структурна основа. Proc. Jpn. Акад. Сер Б, 91, 321-350.