Tomáš Kuˇ. cera. Ústav lékaˇrské chemie a klinické biochemie 2. lékaˇrská fakulta, Univerzita Karlova v Praze.

Transkript

1 BIOCHEMIE SVALU Tomáš Kuˇ cera Ústav lékaˇrské chemie a klinické biochemie 2. lékaˇrská fakulta, Univerzita Karlova v Praze 2014

2 STRUKTURA KOSTERNÍHO SVALU svazky svalových vláken svalová vlákna mnohojaderné buňky tloušt ka µm délka v cm (až jako sval) myofibrily průměr 1 2 µm, kolem 1000 / vlákno délka až jako svalové vlákno filamenta tlustá (15 nm) a tenká (7 nm)

3 PROTEINOVÉ SLOŽENÍ MYOFIBRILY hlavní kontraktilní proteiny myosin (> 50 % bílkovin myofibrily) aktin regulační proteiny troponiny tropomyosin modulační proteiny M-proteiny aktininy C-proteiny titin

4 SARKOMERA PROČ JSOU SVALY PRUHOVANÉ? Obsahují pruhované myofibrily přesně v zákrytu. PROČ JSOU MYOFIBRILY PRUHOVANÉ?

5 TLUSTÉ FILAMENTY Myosin molekulární motor (energie ATP mechan. práce) % svalových bílkovin přítomny téměř ve všech buňkách obratlovců 2 (1 těžký + 2 lehké řetězce) HC , LC , celkem cca těžký řetězec fibrilární a globulární domény

6 TLUSTÉ FILAMENTY

7 TLUSTÉ FILAMENTY

8 MYOSIN V RŮZNÝCH ORGANISMECH

9 TENKÉ FILAMENTY aktin % bílkovin myofibrily nízká iontová síla G-aktin (42 000) normálně polymeruje do F-aktinu pravotočivá dvojšroubovice jádro tenkých filament(ů) polární útvar s vázanými S1 hlavičkami myosinu orientované šipky vysoce konzervativní

10 TENKÉ FILAMENTY

11 TENKÉ FILAMENTY tenký filament: tropomyosin heterodimer, superhelix (s S S můstkem) délky asi 40 nm každá jednotka spojuje 7 aktinových molekul troponin TnC homologní ke kalmodulinu, vazba Ca 2+ (18 kda) TnI váže aktin, inhibice vzniku aktomyosinu (23 kda) TnT váže tropomyosin v místě kontaktu jeho dvou molekul, váže i Tm a Tn dohromady (38 kda)

12 SVALOVÝ STAH

13 SVALOVÝ STAH

14 REGULACE SVALOVÉHO STAHU

15 REGULACE SVALOVÉHO STAHU

16 DALŠÍ PROTEINOVÉ SLOŽKY

17 DALŠÍ PROTEINOVÉ SLOŽKY TITIN největší známý polypeptid (M r téměř ) C H N O S 912 doménová struktura svalová pružina po kontrakci vrací filamenta do relaxované polohy ochrana před přílišným natažením svalu TELETHONIN váže dvě molekuly titinu (N-konec) k Z-disku podílí se na odolnosti titinu vůči natažení

18 DALŠÍ PROTEINOVÉ SLOŽKY

19 DALŠÍ PROTEINOVÉ SLOŽKY NEBULIN kda v pásu I pravítko pro aktin AKTININ vazba aktinu k Z-disku zarovnání sarkomer

20 DALŠÍ PROTEINOVÉ SLOŽKY DESMIN lešení kolem Z-disku propojení myofibril navzájem a s cytoskeletem v cytoplazmě intermediární filament VIMENTIN intermediární filament TROPOMODULIN vazba na špičatý konec aktinu zamezení elongace vyžaduje tropomyosin a nebulin

21 DALŠÍ PROTEINOVÉ SLOŽKY DYSTROFIN & SPOL. nejdelší lidský gen ( párů bází) součást komplexu kotvícího cytoskelet myocytu (aktin) k ECM chyba v regulaci nebo funkci svalové dystrofie

22 HLADKÝ SVAL 2 3 menší poměr myosin/aktin místo TnC váže Ca 2+ kalmodulin fosforylace LC primárním regulačním mechanismem

23 HLADKÝ SVAL receptor adrenalinu R 2C 2 Proteinkinasa (inaktivní) ATP adenylátcyklasa camp Hormonálně modulovaný svalový stah R 2(cAMP) 4 2C proteinkinasa (aktivní) kinasa lehkých řetězců myosinu ATP P i ADP P-kinasa lehkých řetězců myosinu (inaktivní) H 2O fosfatasa lehkých řetězců myosinu Svalový stah spouštěný Ca 2+ Ca 2+ -kalmodulin kalmodulin + Ca 2+ Ca 2+ -kalmodulin-kinasa lehkých řetězců myosinu (aktivní) Myosin (relaxovaný) ATP ADP P-Myosin (kontrahovaný) P i H 2O fosfatasa lehkých řetězců myosinu

24 SRDEČNÍ SVAL pruhovaný kardiomyocyty cca µm mnoho mitochondrií Ca 2+ z extracelulárního prostoru

25 ENERGETICKÝ METABOLISMUS SVALU regulace glykolýzy odlišná od jaterní kosterní sval camp-dependentní kinasa bez vlivu na PFK-2 srdeční sval PFK-2 aktivována fosforylací nesyntetizují se mastné kyseliny ACC-2 pouze reguluje vstup MK do mitochondrií MCD regulace obou vyvážená oxidace Glc a MK

26 KOSTERNÍ SVAL zásobní formy energie fosfokreatin nejdůležitější pohotový zdroj ATP glykogen zdroje energie mastné kyseliny ketolátky aminokyseliny Ala, Asp, Glu, Val, Leu, Ile glukosa acetát

27 VZNIK KREATINU

28 KLIDOVÝ STAV závisí na plasmatických koncentracích Glc, AK, MK VYSOKÉ HLADINY GLUKOSY glukosa glykogen rychlý metabolismus větvených AK FA Ac-CoA energie vyvážená oxidace glukosy a MK regulace monitorováním cytoplasmatické koncentrace citrátu HLADOVĚNÍ nízká koncentrace glukosy nízký insulin nízký GLUT4 nízké využívání glukosy šetří energii pro jiné tkáně (erythrocyty a nervový systém)

29 PŘEMĚNY BCAA V KOSTERNÍM SVALU

30 PŘEMĚNA BCAA NA GLUTAMIN

31 ALANINOVÝ CYKLUS

32 SVALOVÁ NÁMAHA potřeba ATP i 100 vyšší než v klidu je třeba rychá aktivace dodávky ATP glykolýza aerobní či anaerobní anaerobní glykolýza důležitá zejména na počátku námahy v rychlých glykolytických vláknech (typ IIb) při nízkých hladinách hexokinasy Glc jen z glykogenolýzy během intenzívní námahy oxidační metabolismus běží na maximum kapacity může být potřeba ještě více ATP hromadění AMP aktivace PFK-1 a glykogenolýzy dodatečné ATP anaerobně dodatečný pyruvát laktát

33 SVALOVÁ NÁMAHA mírná až středně intenzívní aktivita může být provozována delší dobu aerobní oxidace Glc a MK krevní Glc jako zdroj energie zhruba 5 g stačí na pár minut nutný stálý přísun jaterní glykogenolýza, postupně nahrazována glukoneogenezí

34 SVALOVÁ NÁMAHA dlouhodobá mírná až středně intenzívní aktivita uvolňování laktátu klesá s rostoucí oxidací Glc a FFA doplňování krevní Glc játry podobně jako u hladovění glykogenolýza a glukoneogeneze z lac., AK a glyc. obojí stimulováno adrenalinem přes camp nejvíce Glc je třeba (a je játry exportováno) při velmi intenzívní zátěži (větší podíl na anaer. metabolismus) do cca 40 minut většina Glc z jaterní glykogenolýzy delší trvání větší podíl Glc z glukoneogeneze minut výstup Glc z jater klesá využití MK (aktivované adrenalinem) příjem Glc roste s AMP ATP AMP-PK ( GLUT4) delší trvání větší podíl ATP z FFA FFA preferovaný zdroj energie (kromě postprandiálního stavu)

35 SVALOVÁ NÁMAHA preference mastných kyselin proti glukose závisí na dostupnosti MK v krvi (rychlost uvolňování pomocí HSL aktivováno insulinem, glukagonem, (nor)adrenalinem, kortisolem) produkty oxidace MK glykolýza PDH inhibována Ac-CoA, NADH, ATP AMP ATP PFK-1 transport Glc do svalových buněk GLUT4 významně vzrůstá s insulinem oxidace ketolátek během námahy závisí na rychlosti jejich tvorby (nikdy hlavní palivo přednost mají MK) pro využití MK musí být ACC-2 neaktivní AMP-PK fosforylace (inaktivace) ACC-2

36 ROZVĚTVENÉ AMINOKYSELINY max. 20 % ATP ve svalu v klidu funkce: tvorba ATP tvorba a uvolňování Gln max. rychlost oxidace BCAA při acidose vyšší poptávka po Gln (přenos NH 3 do ledvin) pufrace exkretovaných protonů jako NH + 4

37 CYKLUS PURINOVÝCH NUKLEOTIDŮ námaha zvyšuje jeho aktivitu NH 3 použit jako pufr fumarát recyklován (např. k tvorbě Gln)

38 TYPY SVALOVÝCH VLÁKEN Typ I SO (také zvaná pomalá, pomalá oxidační, odolná vůči únavě typu I nebo červená typu I) velké množství myoglobinu mnoho mitochondrií mnoho krevních vlásečnic generují ATP aerobním systémem oxidativní vlákna pomalé štěpení ATP pomalé kontrakce odolné vůči únavě hojně zastoupeny v posturálních svalech potřebné pro aerobní aktivity jako vytrvalostní běh

39 TYPY SVALOVÝCH VLÁKEN Typ IIa FOG (také zvaná rychlá typu A, rychlá oxidační glykolytická, odolná vůči únavě typu II nebo červená typu II) velké množství myoglobinu mnoho mitochondrií mnoho krevních vlásečnic vysoká kapacita oxidační fosforylace velmi rychlé štěpení ATP vysoká rychlost kontrakce odolné vůči únavě (méně než typ I) potřebné pro činnosti jako běh na střední tratě či plavání

40 TYPY SVALOVÝCH VLÁKEN Typ IIb FG (také zvaná rychlá typu B, rychlá glykolytická, unavitelná nebo bílá) nízký obsah myoglobinu málo mitochondrií málo krevních vlásečnic velká množství glykogenu velmi rychlé štěpení ATP snadná únava potřebné pro činnosti jako běh na krátké tratě (sprint)

41 KONEC KONEC Děkuji za pozornost!