БІОХІМІЯ М’ЯЗОВОЇ ТКАНИНИ

Методичні вказівки для самостійної

позааудиторної роботи студентів з теми №26:

“БІОХІМІЯ М’ЯЗОВОЇ ТКАНИНИ”

 

Актуальність теми:

Азотвмісною сполукою організму, що утворюється з амінокислот, є креатин, який у м’язах виконує функцію переносника енергії з мітохондрій у цитоплазму. Знання особливостей метаболізму креатину важливо для діагностики захворювань м’язової тканини

Навчальна мета:

Знати: особливості біохімічного складу, метаболізму, біоенергетики м’язів, молекулярні механізми м’язового скорочення.

Вміти: обгрунтувати схему лабораторних досліджень у диференціальній діагностиці захворювань міокарду і скелетних м’язів.

Засвоїти практичні навички: розвязок клініко-ситуаційних завдань.

Базові знання

Дисципліна Отримані навички
Гістологія Будова м’язів

 

Питання для самоконтролю

1. Біохімічний склад міоцитів.

2. Молекулярні механізми м’язового скорочення. Джерела АТФ.

3. Особливості біоенергетичних процесів у міокарді.

4.  Зміна активності ензимів плазми крові при гострому інфаркті міокарду.

5. Білки міофібрил: міозин, актин, тропоміозин, тропонін.

6. Біохімічні тести в діагностиці захворювань міокарду та міопатій.

 

Конспект теми:

М”язи тварин і людини поділяють на поперечносмугасті, або скелетні, та гладенькі. Скелетні м’язи під мікроскопом мають вигляд довгих волокон, в яких регулярно чергуються світлі й темні смуги; гладкі – складаються з коротких волокон, що не містять смуг. Структурною одиницею м’язової тканини є м’язове волокно (міоцит), яке утворилося в результаті злиття багатьох ембріональних м’язових клітин. Саме тому кожне м’язове волокно містить багато ядер, що розташовані по краях по всій довжині. Поперечносмугасті м’язи скорочуються лише на 1/3 від вихідної величини, тоді як гладенькі м’язи скорочуючись, можуть зменшувати свій поздовжній розмір навіть у декілька разів, наприклад, м’яз матки під час пологів. Відповідно гладенькі м’язи скорочуються повільніше – через декілька секунд, поперечносмугасті – через кілька мілісекунд. Під час скорочення скелетні м’язи можуть виконувати роботу, вкорочуючись при цьому на певну відстань. Таке скорочення називають ізотонічним. М’язи, які не можуть укорочуватись під час скорочення (не можуть виконувати фізичної роботи), розвивають тільки напруженість. Про такі м’язи говорять, що вони скорочуються за ізометричним принципом. Прикладом такого скорочення може бути зміна напруженості коротких міжхребцевих м’язів при піднятті вантажів. Для всіх видів скорочення м’язів характерним є виділення певної кількості теплової енергії, спричиненої структурними перебудовами в міоцитах. Функції і властивості м’язів зумовлені їх хімічною структурою.

М’язова тканина тварин і людини містить від 73 до 78% води. Приблизно 22-27% від маси м’яза припадає на частку сухого залишку, переважно білків. Окрім білків, у м’язах знаходяться глікоген та інші вуглеводи, різні ліпіди, екстрактивні речовини та мінеральні солі.

У м’язах розрізняють три види білків: білки саркоплазми, білки міофібрил і білки строми. У саркоплазмі м’язів містяться білки, що розчиняються у воді або сольових розчинах. Донедавна в цих білках розрізняли міогенну, альбумінову, глобулінову та міоглобінову фракції. Але ці фракції неоднорідні. Так, міогенна фракція включає в себе ряд ферментів гліколізу. Неоднорідними є й інші білки саркоплазми. Зокрема тут виявлено білки-ферменти, що знаходяться в мітохондріях і відповідають за тканинне дихання. Міоальбумін саркоплазми за хімічними властивостями нагадує альбумін плазми крові. Міоглобін м’язів – типовий хромопротеїн, що, як і гемоглобін, з’єднується з киснем і забезпечує процес дихання м’язів. Червоний колір м’язів зумовлений великим вмістом у них міоглобіну. Він має в 5 разів більшу спорідненість із киснем, ніж гемоглобін. Це сприяє забезпеченню резерву кисню в м’язовій тканині при його нестачі.

Таблиця. Хімічний склад поперечносмугастих м’язів

Речовина Вміст (% на сиру масу)
Вода 73-78
Сухий залишок 22-27
Зокрема:  
Білки 17-21
Глікоген 0.5-3.0
Фосфоліпіди 0.02-1.0
Холестерин 0,02-0.23
Креатинін 003-0,005
АТФ 0.25-0.40
Креатин і креатинфосфат 0.2-0.55
Карнозин 0,2-0.3
Молочна кислота 0,01-0.02
Неорганічні речовини 1.0-1.5

 

Білки міофібрил. До складу міофібрил входять такі білки: міозин (56-60%), актин (20-25%), тропоміозин (10-15%), тропоніновий             комплекс (4-6%).

Білки строми в поперечносмугастих м’язах представлені переважно колагеном, нейрокератином, еластином тощо. Ці білки входять до складу сполучнотканинних елементів стінок судин, нервів та сарколеми.

Ліпіди. У м’язах знаходяться нейтральні жири, стериди, фосфоліпіди. Нейтральні жири входять у простір між структурами м’язових волокон і відіграють роль резервного жиру. Їх вміст дуже непостійний.

Холестерин і фосфоліпіди є обов’язковими складовими компонентами всіх м’язів і входять до складу клітинних мембран. Вміст фосфоліпідів і холестерину в м’язах збільшується під час тренування.

Екстрактивні речовини м’язів. Скелетні м’язи містять ряд важливих екстрактивних речовин: нуклеотиди (АТФ, АДФ, АМФ, ТТФ, УТФ, ЦТФ, інозинмонофосфат), креатинфосфат, креатинін, карнозин, ан-серин, карнітин. Серед них креатин та креатинфосфат мають пряме відношення до скорочення м’язів. В їх синтезі беруть участь 3 амінокислоти: аргінін, гліцин, метіонін. Утворення їх починається в нирках, а завершується в печінці і м’язах. Карнозин і ансерин – це імідазольні дипептиди, які підвищуть ефективність роботи іонних насосів м’язової тканини, сприяють збільшенню амплітуди м’язового скорочення, проявляють виражену антиоксидну дію.

Із амінокислот у м’язах найбільше глутамінової кислоти та глутаміну.

Безазотні екстрактивні речовини м’язів представлені переважно вуглеводами та продуктами їх обміну. Найбільше в м’язах глікогену. У людини вміст глікогену в м’язах знаходиться в межах 0,4-0,8%, але під впливом тренування він може збільшуватися до 1,5-3%. Втомлені м’язи містять незначну кількість глікогену. Під час роботи глікоген м’язів розпадається на глюкозу, тріозофосфатні ефіри й інші проміжні продукти гліколізу, зокрема молочну кислоту.

Мінеральні речовини. Загальний уміст мінеральних речовин в м’язах на сиру масу становить 1,0-1,5%. Із катіонів у м’язах переважають К+, Na+, Са2+, Мg2+, є також мідь, марганець, цинк; з аніонів – найбільше фосфатів та сульфатів. За рахунок іонів у м’язах підтримуються сталість рН і осмотична рівновага та здійснюється специфічний вплив на їх збудливість та скоротливість. Зниження концентрації солей у м’язах призводить до зменшення їх збудливості.

БУДОВА ФІЛАМЕНТІВ І МІОФІБРИЛ

Саркоплазма поперечносмугастих м’язових волокон містить поздовжньо орієнтовані міофібрили, побудовані з білкових філаментів (ниток) 2-х типів – товстих і тонких. Скорочення м’язових волокон здійснюється саме за рахунок ковзання товстих і тонких ниток назустріч одні одним, їх довжина при цьому залишається незмінною. Хімічну енергію для такого ковзання ниток постачає процес гідролізу АТФ до АДФ і фосфату. Скорочення і розслаблення м’язових волокон регулюються концентрацією іонів Са2+ у саркоплазмі. Таким чином, скоротлива система м’язів забезпечує перетворення хімічної енергії в механічну.

Товсті філаменти складаються з довгих паличкоподібних молекул білка міозину. Кожна молекула побудована з 2-х важких (молекулярна маса – 200 000 Да) і 4-х легких (молекулярна маса – 16000-25000 Да) поліпептидних ланцюгів. Важкі ланцюги на більшій частині довжини мають α-спіральну структуру і закручені один навколо одного, утворюючи довгий стержень (“хвіст” молекули).

Кінець важкого ланцюга утворює разом із 2-ма легкими ланцюгами глобулярну голівку молекули. Таким чином, кожна молекула міозину має довгий хвіст і подвійну голівку. Довжина молекули – 150 нм, товщина –приблизно 2 нм. Молекула міозину може згинатись на певній ділянці так, що голівка і частина хвоста повертаються, як на шарнірі. Міозин має властивість ферменту АТФази. Активний каталітичний центр локалізований у голівках молекули і містить у зв’язаному стані молекулу АТФ. Приблизно 400 палочкоподібних молекул міозину об’єднуються в товстий філамент.

 

Рис . Будова міозинової молекули:

1хвіст молекули; 2 голівка молекули

 

Молекули розміщені паралельно, причому половина з них звернена голівками до одного кінця філамента, а друга половина – до іншого. По довжині філамента молекули дещо зсунуті одна відносно одної, їхні голівки розташовані по спіралі й утворюють виступи на поверхні ниток. Голівки відсутні в серединній частині філамента. Довжина товстих міозинових філаментів приблизно 1,5 мкм, діаметр – 10-14 нм. До складу тонких філаментів входять білки актин, тропоміозин і тропонін. Відомі дві форми актину: глобулярний С-актин і фібрилярний Р-актин. Молекули глобулярного актину (молекулярна маса – 42000 Да, діаметр – приблизно 5 нм) нековалентно з’єднуються, утворюючи Р-актин. Два ланцюги Р-актину закручені один навколо одного в спіраль. Кожна молекула С-актину має центр зв’язування, який у стані спокою заблокований. У поздовжньому жолобку спіралі Р-актину розміщена паличкоподібна молекула білка тропоміозину. З однією молекулою тропоміозину завдовжки приблизно 41 нм контактують 7 пар глобулярного актину. Крім того, така структура включає 1 молекулу глобулярного білка тропоніну, який складається із 3-х субодиниць (С, І, Т). Ці структури об’єднуються кінець до кінця в тонкі філаменти завдовжки 1 мкм. Тропонін і тропоміозин – регуляторні білки, за допомогою яких запускається і включається утворення поперечних містків між актином і міозином.

                                 38,5 нм

5,5 нм

Рис. Структура тонкого філамента: 1 — актин; 2 — тропоміозин; 3 — тропонін С; 4 — тропонін-І; 5 — тропонін-Т.

 

Міофібрили містять приблизно 2500 філаментів. Товсті й тонкі філаменти розміщені в міофібрилах упорядкованим чином. На 1 товсту міозинову нитку припадає 2 тонких (при поздовжньому розрізі). На поперечному розрізі тонкі філаменти утворюють шестикутник, у центрі якого розташований товстий філамент. У саркомері, структурній одиниці міофібрили, товсті міозинові нитки розміщені в смузі А їх обидва кінці вільні, а тонкі нитки — у І-смузі й одним кінцем прикріплені до 2-пластинок. Тонкі нитки заходять на деяку відстань у смугу А, перекриваючись із товстими нитками. При скороченні міофібрил ділянка перекриття ниток значно збільшується. У повністю скороченому стані весь саркомер перетворюється на зону перекриття.

Джерелом енергії для скорочення і розслаблення м”язів усіх типів є АТФ. У стані спокою м”язи містять близько 5 мкмоль АТФ на 1 г. тканини й у 3-8 разів більше креатинфосфату (макроергічний субстрат). Але запасів АТФ і креатинфосфату вистачає тільки на 6-10с інтенсивної роботи скелетних м”язів. Ресинтез АТФ у м”язах, які працюють, забезпечується, залежно від умов, окисним або субстратним фосфорилюванням. При легкій і помірній фізичній роботі скелетні м”язи покривають потреби у АТФ за рахунок окиснювального фосфорилювання, тобто за рахунок таких субстратів як глюкоза, ВЖК, кетонові тіла. При тривалій інтенсивній фізичній роботі використання глюкози поступово зменшується, а мобілізація жирів із жирових депо і використання ВЖК як енергетичних субстратів збільшується. При максимальних фізичних навантаженнях розвивається гіпоксія і АТФ утворюється переважно шляхом субстратного фосфорилювання у анаеробному гліколізі. Анаеробний глікогеноліз (фосфороліз глікогену) досягає максимуму інтенсивності перебігу через 40-50с від початку безперервоної роботи м”яза. Посилення гліколізу ініціює збільшення вмісту АМФ, який активує фосфофруктокіназу – основний регуляторний фермент гліколізу. АМФ утворюється в аденілаткіназній реакції: 2 АДФ ↔ АТФ +АМФ.

Серцевий м”яз, на відміну, від скелетних може утилізувати лактат (ЛДГ-1 має високу спорідненість до лактату).

Інфаркт міокарда – це некроз окремих ділянок серцевого м”яза на грунті гострої ішемії, що розвинулася внаслідок невідповідності коронарного кровообігу потребам міокарда у кисні. Частота захворюваності: від 8,5 до 30 на 10 тис. Летальність: близько 30% випадків.

Табл. Основні маркери інфаркту міокарду

Фермент Поч.↑, год Макс.↑,год Трив.↑ Нормалізація показника
1. АСТ 3-12 24-36 72год 36-72 год.
2. АЛТ 3-12 6-12 12год 6-12 год.
3. ЛДГ-заг 6-12 36-78 1-2т. 2-3тижні.
4. ЛДГ-1 6-12 36-72 1-2т. 2-3тижні
5. ЛДГ-2 6-12 36-72 1-2т. 3тижні
6. КК(КФК) 6-12 18-24 3-4 д. 4 доби
7. КК-МВ 4-6 4-12 24 год 24-48 год.

Матеріали для самоконтролю:

  1. Хвора віком 46 років тривалий час страждає від прогресуючої м’язової дистрофії (хвороба Дюшена). Під час обстеження виявлено дефіцит карнітину в м’язах. Зміни рівня активності якого ферменту крові є діагностичним тестом у цьому разі?

А. Креатинфосфокінази;           В. Лактатдегідрогенази;                     С. Глутаматдегідрогенази;         D. Піруватдегідрогенази;                  Е. Аденілаткінази.

  1. b.    Хворий скаржиться на болі за грудиною з лівої сторони, потовиділення та посилене серцебиття. Які з перелічених ферментів слід визначити в крові для підтвердження діагнозу інфаркту міокарда?

А. АсАТ, КФК, ЛДГ-1;        В. Амілаза, лужна фосфатаза, АлАТ;     С. альфа-фетопротеїн, альдолаза, КФК;    D. Кисла фосфатаза, ЛДГ-5, ЛДГ-4;             Е. АлАТ, альдолаза, ЛДГ-4.

  1. У хлопчика віком 4 роки знижена здатність до виконання фізичної роботи. Під час дослідження біоптату м’язів виявлено, що концентрація карнітину в тканині менша від норми в 4 рази. У цитозолі клітин м’язів знайдено вакуолі жиру. Біохімічним підґрунтям цієї патології є порушення процесу:

А. Транспорту жирних кислот у мітохондрії; В. Регуляції рівня Кальцію в мітохондріях;             С. Субстратного фосфорилювання;

D. Утилізації молочної кислоти;         Е. Синтезу актину й міозину.

  1. Під час короткочасної роботи скелетних м”язів із максимальною активністю джерелом АТФ є всі нижчеперераховані процеси, за винятком:

А. окиснення жирних кислот; В .анаеробного розщеплення глікогену;     С. анаеробного гліколізу; D. аденілаткіназної реакції; Е. ресинтезу із креатинфосфату.

  1. У крові хворого виявлено підвищення активності ЛДГ1, ЛДГ2, АсАТ, креатинфосфокінази – МВ. Визначте, в якому органі відзначається порушення біохімічних процесів?

А. Серце;           В. Скелетні м’язи;              С. Печінка;

D. Підшлункова залоза;             Е. Нирки.

  1. Характерною діагностичною ознакою м”язових дистрофій є підвищене виділення із сечею:

А. креатину;  В. білірубіну;   С. креатиніну;   D. індикану;   Е. білка.

  1. Трупне задубіння після смерті людини зумовлюється:

А. відсутністю АТФ;      В. денатурацією білків міофібрил;                  С. утворенням дисульфідних зв”язків між актином та міозином;

D. низьким рівнем іонів кальцію у саркоплазмі; Е. гідролізом білків міофібрил.

  1. Для ранньої діагностики м’язових дистрофій найбільш інформативним є визначення у плазмі крові активності ферменту:

А. Креатинкінази;   В. Лактатдегідрогенази;    С. Гексокінази;        D. Аспартатамінотрансферази;          Е. Аланінамінотрансферази.

  1. При обстеженні хворого виявлено підвищення в крові активності ЛДГ. Це характерно для захворювань серця, печінки, нирок. Яке додаткове біохімічне обстеження треба зробити для диференціальної діагностики ?

А. Визначення ізоферментів ЛДГ;     В. Визначення амілази крові; С. Визначення рівня холестерину;     D. Рівень кетонових тіл;         Е. Визначення цукру в крові.

  1. У 23-річного чоловіка діагностовано м’язеву дистрофію. Лікар для посилення синтезу піримідинових нуклеотидів призначив йому:

А. Ліпоєву кислоту;    В. Аскорбінову кислоту;   С. Кокарбоксилазу; D. Ціанкобаламін;             Е. Оротат калію.

 

Рекомендована література:

  1. Гонський Я.І., Максимчук Т.П. Біохімія людини, 2001. –С.669-683.
  2. Губський Ю.І. Біологічна хімія, 2007. –С.585-596.
  3. Біохімічний склад рідин організму та їх клініко-діагностичне значення/ За редакцією доктора мед.наук О.Я.Склярова. – Київ:Здоров’я,2004. -252-263с.
  4. Тарасенко Л.М., Непорада К.С., Григоренко В.К. Функціональна біохімія.- Вінниці:Нова Книга, 2007. – С.178-197.
  5. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия,1990.-С.504 – 515.
  6. Мещишен І.Ф., Пішак В.П., Григор’єва Н.П. Основи обміну речовин та енергії. – Чернівці: Мадакадемія, 2005. – Розділ 5.
  7. Бышевский А.Ш., Терсенов О.А. Биохимия для врача, 1994. – С.239.
  8. Химия биорегуляторных процессов / Кухарь В.П., Луйк А.И., Могилевич С.E. и др.: Под ред. Кухаря В.П. и Луйка А.И.; Ин-т биоорган. химии и нефтехимии. – Киев: Наук. думка, 1991.- 368 с.
  9. Цыганенко А.Я., Жуков В.И., Мясоедов В.В., Завгородний И.В. Клиническая биохимия. – Москва:Триада Х, 2002. – 504 с.
  10. Champe P.C., Harvey R.A. Lippincontt’s illustrated reviews: biochemistry. – London, New York: J.B.Lippincott company, 1994. – 445 p.
  11. Kamoun P. et al. Biochemistry. – Toronto: Philadelphia, 1986. – 150 p.

 

ЗАВАНТАЖИТИ

Для скачування файлів необхідно або Зареєструватись

БІОХІМІЯ М'ЯЗОВОЇ ТКАНИНИ (59.6 KiB, Завантажень: 1)

завантаження...
WordPress: 23.04MB | MySQL:26 | 0,373sec