Biofizika I

Biofizika I 2013-2014

2014.12.02.

ÁTTEKINTÉS AZ IZOM TÍPUSAI: SZERKEZET és FUNKCIÓ A HARÁNTCSÍKOLT IZOM SZERKEZETE MŰKÖDÉSÉNEK MOLEKULÁRIS MECHANIZMUSA IZOM MECHANIKA

Biofizika I. - 2014. 12. 02. – 03. Dr. Bugyi Beáta PTE ÁOK Biofizikai Intézet

AZ IZOM

AZ IZOM TÍPUSAI HARÁNTCSÍKOLT IZOM

kontraktilis szövetből felépülő szerv, amely a makroszkópikus mozgás létrehozására specializálódott

kémiai energia mechanikai munka

VÁZIZOM

SZÍVIZOM

v

SIMAIZOM

(lásd: vérkeringés, a szív munkája)

elhelyezkedése

csontokhoz, bőrhöz kapcsolódik, 45 %

szív

zsigerek, belső szem, légút, nagy artériák

összehúzódás szabályozása

akaratlagos

nem akaratlagos (belső szabályozás)

nem akaratlagos

harántcsíkolat

harántcsíkolat

nincs harántcsíkolat

sejt alak, megjelenés

hosszúkás, hengerszerű multinukleáris

elágazó mono-, binukleáris sejt

orsó mononukleáris sejt

Ca2+ forrás

szarkoplazmatikus retikulum

szarkoplazmatikus retikulum extracelluláris folyadék

szarkoplazmatikus retikulum extracelluláris folyadék

Ca2+ szabályozás

troponin

troponin

calmodulin

fehérjék, fehérjerendszerek alkotta nanoszkópikus mechanokémiai gépezet

PTE ÁOK Biofizikai Intézet - Bugyi Beáta

1


2014.12.02.

A HARÁNTCSÍKOLT IZOM SZERKEZETE: SZARKOMER

A HARÁNTCSÍKOLT IZOM SZERKEZETE

SZARKOMER

IZOMKÖTEG

IZOM

az izom legkisebb funkcionális (kontraktilis) egysége Z – Z szakasz

szerv

Z lemez

Z lemez

I szakasz izotróp/világos sejtmag Z vonal

IZOMROST

vékony filamentum

sejt

titin

A szakasz anizotróp/sötét

vastag filamentum sötét (A) világos (I) szakasz

MIOFIBRILLUM organellum harántcsíkolat http://bursaclab.bme.duke.edu/gallery.php?id=19

A HARÁNTCSÍKOLT IZOM SZERKEZETE: MIOFILAMENTUMOK

I vonal

H zóna

M vonal

A vonal

L~ 2.2 µm

VASTAG FILAMENTUM – MIOZIN II: A MOTOR MIOZIN II (lásd: motor fehérjék) kereszthíd fej nyak

A miozin II feji és nyaki régiójának térszerkezete. (lásd: röntgendiffrakció)

farok

FEJ NYAK aktin-kötő zseb emelőkar

VASTAG FILAMENTUM Miofilamentumok transzmissziós elektron mikroszkópiával (TEM) készített felvétele. (lásd: mikroszkópiai módszerek)

VASTAG FILAMENTUM miozin II VÉKONY FILAMENTUM aktin szabályozó fehérjék tropomiozin, troponin, tropomodulin

FAROK

energia forrás: ATP ATPáz aktivitás (bazális)

Geeves and Holmes Advances in Protein Chemistry 2005.


nukleotid-kötő régió

kémiai energia szerkezeti változás erőkifejtés, mechanikai munka

2


2014.12.02.

VÉKONY FILAMENTUM – AKTIN: A PÁLYA AKTIN MONOMER G-AKTIN

polimerizáció

AKTIN FILAMENTUM F-AKTIN

ATP-Mg2+

Straub F. Brúnó

szöges (+) vég

hegyes (-) vég

4

Banga Ilona

2

~ 5 nm

3

Szent-Györgyi Albert munkacsoportja: Szeged, 1933

1 szöges (+) vég

ACTIN = ACTivatIN ACT INg IN ~ 8 nm

hegyes (-) vég

Hild, Bugyi et al. Cytoskeleton 2010

kép: Szent-Györgyi Albert munkacsoportja Szegeden 1933-ban. 1 – Szent-Györgyi Albert; 2 – Straub F. Brunó; 3 – Laki Kálmán; 4 – Banga Ilona (Szent-Györgyi András szívességéből)

MOTOR A PÁLYÁN: AKTO-MIOZIN KERESZTHÍD CIKLUS AKTIN AKTIVÁLTA ATPáz EZIMATIKUS AKTIVITÁS – ERŐKIFEJTÉS CIKLUSA MUNKACSAPÁS erőkifejtés ~ 10 nm Pi disszociáció ADP disszociáció

RIGOR rigor mortis

A – M:ADP-Pi

A – M:ADP

kereszthíd: kapcsolt

kereszthíd: kapcsolt

kapcsolás

KERESZTHÍD CIKLUS

ATP kötés szétkapcsolás

VISSZACSAPÁS M:ADP-Pi

ATP hidrolízis

kereszthíd: kikapcsolt

M:ATP kereszthíd: kikapcsolt A: aktin, M: miozin II


3


2014.12.02.

AKTO-MIOZIN KERESZTHÍD CIKLUS in vitro

IZOM SZERKEZET – FUNKCIÓ Az akto-miozin filamentum rendszer egy MECHANOKÉMIAI GÉPEZET, amely

KÉMIAI

ENERGIÁt

SZERKEZETI

VÁLTOZÁSok

révén

ERŐKIFEJTÉSsé és MECHANIKAI MUNKÁvá alakít.

! erőátvitel nélküli, nem szabályozott gépezet ? MI MÁSRA VAN SZÜKSÉG? ERŐÁTVITEL: HORGONY Z és M vonal / ínak SZABÁLYOZÓ ELEMEK: TÉRBELI KIZÁRÁSOS MODELL Ca2+ érzékeny troponin – tropomiozin rendszer

ERŐÁTVITEL – Z VONAL, M VONAL

ERŐÁTVITEL – ÍN

Z VONAL, M VONAL

IZOM – ÍN – CSONT

vékony filamentum Z vonal

vastag filamentum M vonal Z vonal

M vonal


Z vonal

4


2014.12.02.

CSÚSZÓFILAMENTUM MODELL Andrew.F. Huxley (1954), Hugh. E. Huxley (1954)

SZABÁLYOZÓ ELEMEK – TROPOMIOZIN TROPOMIOZIN alfa helikális coiled-coil dimer aktin filamentum-kötő fehérje (N-C terminális kapcsolat tropomiozin polimer) 1 tropomiozin dimer 7 aktin alegységgel van kölcsönhatásban

PDB: 2TMA

Z-Z: szarkomer: rövidül I szakasz: rövidül A szakasz: nem változik H szakasz: rövidül

C

N

A tropomiozin térszerkezete és az aktin-tropomiozin komplex szerkezetének 3D modellje. Greenfield et al. JMB 2006.

SZABÁLYOZÓ ELEMEK – TROPONIN

TÉRBELI KIZÁRÁSOS MODELL A MIOZIN KÖTŐHELYE TÉRBEN EL VAN ZÁRVA / SZABAD

TROPONIN KOMPLEX három alegység:

TROPONIN T 37 kDa Tropomiozint és a többi troponin alegységet köti stabilizálja a komplexet

TROPONIN I 22 kDa gátolja (Inhibíció) a miozin II – aktin kötést

TROPONIN C 18 kDa

Ca2+-ot köt

PDB: 1TCF A troponin C térszerkezete kötött Ca2+-mal.


5


2014.12.02.

AZ IZOMÖSSZEHÚZÓDÁS MOLEKULÁRIS MECHANIZMUSA MOLEKULÁK miozin II aktin tropomiozin troponin Ca2+ ATP 1. 2. 3. 4.

stimulus [Ca2+]citoplazma↑ troponinC Ca2+ -ot köt troponin-tropomiozin elmozdul az aktin filamentumon: szabad miozin II kötő hely 5. miozin II az aktin filamentumhoz kötődik 6. kereszthíd ciklus – ATPáz aktivitás 7. kontrakció


6

Biofizika I

Recommend Documents