MÔN SINH HÓA: Chương 22 PROTEIN VÀ CHẤT LỎNG CƠ THỂ

Phần 4: Sinh hóa lâm sàng và Dinh dưỡngChương 22: PROTEIN VÀ CHẤT LỎNG CƠ THỂ Protein, collagen, nói: Tôi là loại protein dồi dào nhất ở động vật có vú; Ba xoắn ốc trong cấu trúc, với cá

Phần 4: Sinh hóa lâm sàng và Dinh dưỡng

Chương 22: PROTEIN VÀ CHẤT LỎNG CƠ THỂ

Protein, collagen, nói: Tôi là loại protein dồi dào nhất ở động vật có vú; Ba xoắn ốc trong cấu trúc, với các loại khác nhau; Thành phần chủ yếu là glycine

và proline; Tôi cung cấp sức mạnh, hỗ trợ và hình dạng cho các mô.

Cơ thể sở hữu một số lượng lớn protein được thiết kế với các cấu trúc cụ thể

để thực hiện chức năng chuyên ngành Một vài lựa chọn nhất các protein quan trọng được kết nối mật thiết với cấu trúc mô và chức năng ngắn gọn được mô

tả trong chương này.

CONNECTIVE TISSUE PROTEINS

(Mô liên kết Protein)

Các mô liên kết hoặc ngoại bào (ECM) đề cập đến các vật liệu phức tạp bao quanh các tế bào động vật có vú trong các mô Các thành phần protein chính của ECM bao gồm collagen, elastin, fibrillin, fibronectin, laminin và proteoglycan Bên cạnh những protein này, protein cấu trúc cụ thể là keratin cũng mô tả.

COLLAGEN

Collagen là protein phong phú nhất trong động vật có vú (ĐV hữu nhũ), bao gồm khoảng một phần ba của tổng số protein cơ thể Collagen là thành phần chiếm ưu thế của liên kết mô, mặc dù phân bố của nó khác nhau ở khác nhau

mô

Ví dụ, collagen hình thành 90% chất hữu cơ của xương, 85% gân, 70% da, và 4% gan.

Chức năng của collagen

.a Là thành phần chính của mô liên kết, collagen cho sức mạnh,hỗ trợ và định hình cho các mô Độ bền kéo sức mạnh của sợi collagen là ấn tượng

.b Collagen góp phần liên kết thích hợp của các tế bào, từ đó giúp tăng sinh tế bào, và sự khác biệt của chúng với các mô khác nhau và nội tạng.

.c Collagen (được tiếp xúc trong các mạch máu) góp phần hình thành huyết khối

Các loại collagen

Collagen không phải là một loại đồng nhất protein, nhưng một nhóm liên quan đến cấu trúc và protein khác biệt về mặt di truyền Trong con người, ít nhất 19

loại khác nhau collagens, bao gồm 30 chuỗi polypeptide (được mã hóa bằng cách riêng biệt gen), đã được xác định Các loại

collagen được đánh số (theo Roman chữ số) như I, II XIX Các loại khác nhau collagen phù hợp để thực hiện chức năng chuyên biệt trong các mô Dành cho

ví dụ, collagens loại I và loại II là tương ứng được tìm thấy trong da và xương.

Cấu trúc collagen

Về nguyên tắc, tất cả các loại collagen là cấu trúc xoắn ốc ba Bộ ba xoắn có thể xảy ra trong toàn bộ phân tử, hoặc chỉ là một phần của các phân tử

Collagen loại I trưởng thành, chứa khoảng 1000 axit amin (cho mỗi chuỗi

polypeptide) sở hữu cấu trúc xoắn ốc ba trong suốt phân tử Nó bao gồm ba tương tự chuỗi polypeptide xoắn quanh nhau để tạo thành một que giống như phân tử có đường kính 1,4nm, và chiều dài khoảng 300 nm (Hình.22.1) Các amino thành phần axit của collagen là duy nhất Khoảng 1/3 axit amin là đóng góp bởi glycine, tức là mỗi amino thứ ba axit trong collagen là glycine Do đó,

sự lặp đi lặp lại trình tự axit amin của collagen được đại diện bởi (Gly-X-Y) n, trong đó X và Y đại diện cho khác axit amin Do đó, collagen có thể được coi là một polymer của tripeptide dẫn glycine Trong sô các axit amin khác, proline

và hydroxyproline có mặt với số lượng lớn (khoảng 100 dư lượng mỗi) Hai axit amin này trao đổi độ cứng đối với phân tử collagen Cấu trúc xoắn ba của collagen là ổn định bởi một mạng lưới rộng lớn của hydro liên kết, liên kết cộng hóa trị, tĩnh điện và tương tác kỵ nước

Các phân tử xoắn ba của collagen lắp ráp và tạo thành các sợi dài, và sau đó que như sợi trong các mô Sự hình thành fibril xảy ra bởi một phần tư được sắp xếp so le, tức là mỗi chuỗi xoắn ba của collagen được thay thế theo chiều dọc từ hàng xóm của nó

khoảng một phần tư chiều dài (Hình.22.1) Sức mạnh của các sợi collagen là đóng góp bởi các liên kết chéo hóa trị được hình thành giữa dư lượng lysine và hydroxylysine Các mức độ liên kết ngang collagen tăng với tuổi tác Vì vậy, ở người già, collagen chứa các

mô (ví dụ: da, mạch máu) trở nên kém đàn hồi và cứng hơn, góp phần đến các biến chứng sức khỏe.

Sinh tổng hợp collagen

Tổng hợp collagen xảy ra trong nguyên bào sợi, và các ô liên quan đến chúng, ví dụ: nguyên bào xương trong xương, chondroblasts trong sụn, odontoblasts trong răng

Collagen được tổng hợp trên các ribosome trong một hình thức tiền chất cụ thể là

preprocollagen Điều này chứa một peptide tín hiệu chỉ đạo protein để đạt đến mạng lưới nội chất (ER) Trong ER, peptide tín hiệu được phân cắt để tạo thành Procollagen Loại thứ hai trải qua các sửa đổi hậu biến rộng rãi (hydroxyl hóa và glycosyl hóa) và sự hình thành liên kết disulfide Các Procollagen được hình thành được tiết vào môi trường

ngoại bào, và chịu sự hành động của aminoproteinase và carboxyproteinase để loại bỏ các axit amin cuối cùng Tiếp theo là sự lắp ráp tự phát của chuỗi polypeptide (với

khoảng 1000 amino axit trong mỗi) để tạo thành cấu trúc xoắn ba collagen.

Bất thường liên quanvới collagen

Sinh tổng hợp collagen là một phức hợp quá trình, liên quan đến ít nhất 30 gen (ở người), và khoảng 8 sửa đổi hậu dịch Dự kiến, nhiều bệnh di truyền do gen đột biến, liên kết với sự hình thành collagen có đã được xác định Một vài trong số chúng được liệt kê dưới đây Hội chứng Ehlers-Danlos, một nhóm người di truyền rối loạn đặc trưng bởi hyperextensibility của da, và mô mỏng manh bất thường Hội chứng Alport do một khiếm khuyết trong hình thành các sợi collagen loại IV được tìm thấy trong màng đáy của cầu thận thận Các bệnh nhân biểu hiện tiểu máu và thận bệnh tật Osteogenesis không hoàn hảo, đặc trưng bởi sự dễ vỡ bất thường của xương do giảm hình thành collagen Epidermolysis bullosa do do sự thay đổi trong cấu trúc của collagen loại VII Các nạn nhân Biểu hiện vỡ da và hình thành mụn nước cho một chấn thương nhỏ.

Scurvy: Đây là một bệnh do thiếu vitamin C (axit ascobic) Mặc du không phải là một bệnh di truyền, bệnh scurvy có liên quan đến sự hình thành collagen không đúng cách ở đây (vitamin C là cần thiết cho sự điều chỉnh sau chuyển thể của collagen) Bệnh ghẻ được đặc trưng bởi chảy máu nướu, nghèo chữa lành vết thương và xuất huyết dưới da Lathyrism: Đây là một bệnh về dị dạng xương gây ra bởi việc tiêu thụ Kesari dal (Lathyrus sativa) ở một số vùng của Ấn Độ Chất độc hợp chất cụ thể là E-oxalyl aminoalanine (BOAA), được tìm thấy ở kesari dal, can thiệp vào liên kết ngang của axit amin lysine trong collagen BOAA được tìm thấy để ức chế enzyme lysyl oxyase

Elastin

Elastin là một protein mô liên kết quan trọng (bên cạnh collagens) Nó chủ yếu chịu trách nhiệm cho khả năng mở rộng và độ đàn hồi của mô Elastin được tìm thấy với số lượng lớn trong phổi, mạch máu động mạch, dây chằng

vv Elastin được tổng hợp dưới dạng tropoelastin trải qua sửa đổi hậu dịch (sự hình thành của hydroxyproline, và không hydroxylysine) So với collagen,

elastin cấu trúc đơn giản, không có ba chuỗi xoắn, không lặp lại trình tự của (Gly-X-Y) n.

Bất thường liên quan với elastin

Hội chứng Williams là một bệnh di truyền do suy giảm tổng hợp elastin Các mô liên kết

và hệ thần kinh trung ương bị ảnh hưởng Giảm tổng hợp elastin được tìm thấy trong lão hóa da và khí phế thũng phổi.

FIBRILLIN

Fibrillin là thành phần cấu trúc của myofibrils được tìm thấy trong các mô khác nhau Hội chứng Marfan là một rối loạn di truyền do một đột biến trong gen cho fibrillin Nó là đặc trưng bởi tính nhạy cảm của khớp và hệ thống xương

Do đó, bệnh nhân của Hội chứng Marfan cao, và có chữ số dài Những bệnh nhân này cũng có thể bị bệnh tim mạch biến chứng Một số nhà nghiên cứu tin rằng Abraham Lincoln là nạn nhân của Marfan hội chứng.

FIBRONECTIN

Fibronectin, một glycoprotein, chặt chẽ tham gia vào sự tương tác của các tế bào với ngoại bào Nó tích cực tham gia vào kết dính tế bào và di chuyển tế bào Nói chung, các tế bào khối u bị thiếu chất xơ dẫn đến sự thiếu kết dính giữa các khối u các tế bào thường có thể dẫn đến di căn.

LAMININ

Lamina cơ bản của màng cầu thận (của tế bào thận) chứa laminin Trên thực tế, laminin

là một trong những protein ngoại bào đầu tiên được tổng hợp trong quá trình tạo phôi

Nó tích cực tham gia vào SINH LÝ tăng trưởng tế bào thần kinh và tái tạo thần kinh Trong Bệnh nhân mắc bệnh Alzheimer, cao nồng độ của laminin được tìm thấy

KERATIN

Keratin là protein cấu trúc được tìm thấy trong tóc, da, móng, sừng, vv 3 polypeptide của cấu trúc keratin dạng D-helical và được tổ chức với nhau bằng liên kết disulfide Sự dẻo dai và sức mạnh của keratin liên quan trực tiếp đến số lượng trái phiếu disulfide Như vậy, càng khó keratin sở hữu nhiều liên kết disulfide Các độ bền cơ học của tóc được quy cho liên kết disulfua.

Hair waving (curling) (Tóc Quăn)

Khi tóc tiếp xúc với nhiệt ẩm, D-helice của D-keratin có thể được kéo dài Điều này dẫn đến sự hình thành cấu trúc điện tử từ D-helice Về làm mát, cấu trúc tóc là trở lại hình dạng D Khách sạn này khai thác D- và E của keratin được khai thác trong tóc vẫy hoặc uốn.Tóc được uốn trước tiên được uốn hình dạng phù hợp Bằng cách áp dụng một chất khử, các liên kết disulfide (của cystine) được chuyển đổi thành nhóm sulfhydyl

(cystein) Điều này dẫn đến tháo gỡ cấu trúc xoắn ốc D Sau một thời gian, chất khử được loại bỏ, và một quá trình oxy hóa đại lý được thêm vào Điều này cho phép hình thành một số liên kết disulfide mới giữa

cystein dư lượng (Hình.22.2) Tóc đã được gội vàlàm mát Những lọn tóc mong muốn được hình thành trên tóc do liên kết disulfide mới và thay đổi D-helical cấu trúc của keratin Tuy nhiên, nó có thể được lưu ý không thể uốn tóc vĩnh viễn Tóc mới mọc sẽ là bản địa tóc gốc chỉ (không có lọn tóc).

PROTEOGLYCANS

Proteoglycans là protein liên hợp

chứa glycosaminoglycan (GAGs) Một số

proteoglycan với các biến thể của protein cốt lõi

và GAG được biết đến, ví dụ: syndecan, betaglycan,aggrecan, fibromodulin Để biết thêm thông tin vềcấu trúc và chức năng của proteoglycan

Tham khảo Chương 2 GAGs, các thành phần

của proteoglycan, bị ảnh hưởng trong một nhómcác rối loạn di truyền là

mucopolysaccharidoses

(Chương 13)

Một đại diện sơ đồ của

vẫy tóc

với sự thay đổi phù hợp

trong cấu trúc keratin (S

S

tương ứng với các liên

kết disulfide của

cystine; SH

chỉ ra nhóm sulfhydryl của cysteine)

CONTRACTILE PROTEINS ( hợp đồng protein )

Các protein có liên quan đến

chuyển động của các cơ quan cơ thể (ví dụ: cơ, tim,phổi) được coi là protein hợp đồng Nó là

đáng để hiểu cấu trúc cơ bản của

cơ bắp trước khi học các protein hợp đồng

STRUCTURE OF MUSCLE (Cấu trúc Của Cơ BĂp)

Cơ bắp là mô lớn nhất của cơ thể con người Cơ bắpchiếm khoảng 20% khối lượng cơ thể khi sinh, 40% ởngười trẻ tuổi và 30% ở người cao tuổi Ba loại cơ bắp làtìm thấy ở động vật có xương sống - xương, tim và trơntru Các cơ xương và cơ tim là nổi bật trong khi các cơ trơn

là không có cơ sở

Cấu trúc của

cơ vân đượcthể hiện trong

hình.22.3 Nó bao gồm các bó tế bào sợi cơ đa

nhân Mỗi ô là

được bao quanh bởi một plasma kích thích điện

màng, sarcolemma Sợi cơcác tế bào dài có thể kéo dài toàn bộ chiều dài của cơ bắp Dịch nội bào của

tế bào sợi là sarcoplasm (tức là tế bào chất)

myofibrils được nhúng Sarcoplasm rất phong phú trong glycogen, ATP, creatine phosphate và enzymecủa glycolysis

Khi myofibril được kiểm tra theo kính hiển vi điện

tử, các dải tối xen kẽ (dải dị hướng hoặc dải A) và dải sáng (các dải đẳng hướng hoặc I) được quan sát

Ít khu vực trung tâm dày đặc của ban nhạc A được gọi là Dải H (hoặc đường H) Một đường Z hẹp và dày đặc chia đôi ban nhạc I Vùng của sợi cơ giữa hai dòng Z được gọi là sarcomere Sarcomere là đơn

vị chức năng của cơ bắp

Trong kính hiển vi điện tử, nó là hơn nữa quan sát thấy rằng các myofibrils bao gồm sợi dọc dày và mỏng Dày

Các sợi có chứa protein myosin và giới hạn trong một ban nhạc A Các sợi mỏng nằm trong Tôi băng

và có thể mở rộng thành băng A (nhưng không vào Dòng H) Những sợi mỏng này chứa protein actin, tropomyosin và troponin

Trong quá trình co cơ, Các sợi dày và mỏng trượt lênnhau (mô hình dây tóc trượt của sự co cơ) Do đó, các dải H và I rút ngắn Tuy nhiên, không có thay đổi về độ dài của sợi dày và mỏng Chiều dài của sarcomere đó là khoảng 2300nm ở dạng mở rộng myofibril giảm xuống 1500nm trong một mẫu hợp đồng (Hình.22.3B)

MUSCLE PROTEINS

Hơn 20% khối lượng cơ là cấu tạo bởi các protein Điều này được đóng góp phần lớn bởi các protein cấu trúc cụ thể là actin, myosin, và các protein liên kết ngang actin, tropomyosin và troponin Cơ cũng chứa các protein khác - myoglobin, collagen, enzym, v.v Thuật ngữ mỉa mai được dùng để chỉ sự mất đi bộ xương khối lượng cơ theo tuổi.

ACTIN

Actin là thành phần chính của các sợi mảnh

của sarcomere Nó tồn tại ở hai dạng - đơn

G-actin (tức là actin hình cầu) và polyme

F-actin (tức là actin dạng sợi) G-actin cấu thành

khoảng 25% protein cơ theo trọng lượng Trong

sự hiện diện của các ion Mg2 +, G-actin trùng hợp

để tạo thành F-actin xoắn kép không hòa tan với

độ dày 6-7 nm (Hình 22.4)

Tropomyosin và troponin: Hai chất này là

các protein liên kết ngang được tìm thấy có liên

quan đến

hoạt động Mặc dù, nhỏ về khối lượng, chúng

quan trọng về chức năng của chúng Tropomyosin, bao gồm hai chuỗi, gắn vào F-actin trong các rãnh

(Hình 22.4) Troponin

chuỗi

polypeptit - troponin T

(TpT liên kết với tropomyosin), tropinin I (TpI

ức chế tương tác myosin F-actin) và

troponin C (TpC, polypeptit liên kết canxi)

TpC có thể so sánh với calmodulin

MYOSINS

Myosin thực sự là một họ protein với khoảng 15

thành viên Myosin đó là chủ yếu hiện diện trong cơ

là myosin II Về số lượng, myosin cấu thành

khoảng 55% protein cơ, và là được tìm thấy ở dạng sợi dày Myosin bao gồm sáu chuỗi polypeptit

(hexamer) Nó chứa một một cặp chuỗi nặng (H) và hai cặp chuỗi nhẹ (L) dây chuyền Tiêu hóa myosin hạn chế với trypsin và papain đã giúp hiểu cấu trúc của nó và

chức năng (Hình 22.5).

Light and heavy meromyosins

Khi myosin được tiêu hóa bằng trypsin, hai

phần hình cầu của myosin HMM ức chế

Hoạt động của ATPase và liên kết với F-actin

Về tiêu hóa bởi papain, meromyosin nặng

mang lại hai phân đoạn con S-1 và S-2 (HMM S-1,HMM S-2) Mảnh HMM S-2 có dạng sợi, không

không liên kết với F-actin và không có hoạt tính ATPase

Mặt khác, HMM S-1 giống như quả cầu,

liên kết với chuỗi L, và có hoạt động ATPase

MUSCLE CONTRACTION

Sơ lược về các phản ứng liên quan đến cơ

sự co lại được mô tả trong Hình 22.6 và ngắn gọnđược mô tả trong trang tiếp theo

1 Trong giai đoạn thư giãn của cơ

co lại, đầu S-1 của

myosin thủy phân

hình thành

năng lượng cao

2 Khi co lại, cơ bị kích thích

(thông qua sự tham gia của actin, Ca2 +,

troponin, tropomyosin, v.v.) để cuối cùng tạo thành phức hợp actinmyosin-ADP-Pi

3 Bước tiếp theo là hành trình công suất

thúc đẩy chuyển động của các sợi actin qua myosindạng sợi Tiếp theo là việc phát hành ADP

và Pi, và sự thay đổi cấu trúc trong myosin

Phức hợp actin-myosin có năng lượng thấp

tiểu bang

4 Một phân tử mới của ATP bây giờ liên kết với

tạo thành phức hợp ATP actin-myosin

5 Actin được giải phóng do myosin-ATP có mức thấp

ái lực với actin Bước này rất quan trọng đối với

sự thư giãn phụ thuộc vào sự ràng buộc của

ATP thành phức hợp actin-myosin

Một chu kỳ co cơ mới và sự thư giãn bây giờ bắt đầu với