TROPONIN: EGENSKABER, STRUKTUR, FUNKTIONER OG TEST - BIOLOGI - 2025

Troponin er det navn, der gives til et protein, der er til stede i hvirveldyrets skelet- og hjertemuskulatur, forbundet med filamenterne i muskelfibre, og som har funktioner i reguleringen af ​​kontraktil aktivitet (muskelkontraktion og afslapning).

Muskelfibre er de celler, der udgør muskelvæv, hvis sammentrækningskapacitet er baseret på samspillet mellem nogle filamenter, der er ordnet og tæt forbundet indeni, og som optager det meste af det cytoplasmatiske volumen.

Grafisk gengivelse af elementerne i et tynd filament i muskelfibre (Kilde: Raul654, via Wikimedia Commons)

Disse filamenter er kendt som myofilamenter, og der er to klasser: tyk og tynd. De tykke filamenter er sammensat af myosin II-molekyler, medens de tynde filamenter er polymerer af kugleaktin eller G-actin i forbindelse med to andre proteiner.

Både actin og myosin findes også i andre celler i den menneskelige krop og andre organismer, kun i en meget mindre andel og deltager i forskellige processer såsom cellemigration, exocytose, i cytokinesis (under celledeling) og endda i intracellulær vesikulær trafik.

Troponin og tropomyosin er de to proteiner, der er forbundet med de tynde actinfilamenter, der deltager i reguleringen af ​​sammentræknings- og afslapningsprocesserne i myofibrillerne i muskelceller eller fibre.

Mekanismerne for virkning, gennem hvilke disse to proteiner udøver deres funktion, er relateret til den intracellulære koncentration af calcium. Troponin-reguleringssystemet er et af de bedst kendte systemer inden for fysiologi og biokemi ved knoglemuskelsammentrækning.

Disse proteiner er af stor betydning for kroppen. På nuværende tidspunkt er det med sikkerhed kendt, at nogle familiære eller medfødte kardiomyopatier er et produkt af mutationer i sekvensen af ​​de gener, der koder for en af ​​de to (troponin eller tropomyosin).

egenskaber

Troponin er forbundet med actin i de tynde filamenter af muskelfibre i skelet- og hjertemuskler i et støkiometrisk forhold på 1 til 7, det vil sige et molekyle troponin for hver 7 molekyler af actin.

Som det er blevet fremhævet, findes dette protein udelukkende i filamenterne indeholdt i myofibrillerne i skelet- og hjertestribeede muskelfibre og ikke i de glatte muskelfibre, der udgør de vaskulære og viscerale muskler.

Det er udtænkt af nogle forfattere som det regulatoriske protein for tropomyosin. Som dette har det bindingssteder for interaktionen med actinmolekyler, hvilket giver det evnen til at regulere dets interaktion med myosinet i de tykke filamenter.

I myofilamenter er forholdet mellem troponin- og tropomyosinmolekyler 1 til 1, hvilket betyder, at der for hvert troponinkompleks, der findes, er et tropomyosinmolekyle forbundet med det.

Struktur

Troponin er et proteinkompleks, der består af tre forskellige kugleformede underenheder kendt som troponin I, troponin C og troponin T, der tilsammen udgør mere end mindre 78 kDa.

I den menneskelige krop findes der vævsspecifikke varianter for hver af disse underenheder, der adskiller sig fra hinanden både på genetisk og molekylært niveau (med hensyn til generne, der koder dem), og på et strukturelt niveau (med hensyn til deres aminosyresekvenser).

Repræsentation af en af ​​Troponin-underenhederne (Kilde: Jawahar Swaminathan og MSD-personale ved Det Europæiske Bioinformatikinstitut via Wikimedia Commons)

Troponin C eller TnC er den mindste af de tre underenheder og måske en af ​​de vigtigste. Det har 18 kDa molekylvægt og har steder til at binde calcium (Ca2 +).

Troponin T eller TnT er den, der har bindingsstederne til at forankre komplekset af de tre underenheder til tropomyosin og har en molekylvægt på 30 kDa; det er også kendt som T-underenhed eller tropomyosin-bindende underenhed.

Troponin I eller TnI, med lidt over 180 aminosyrerester, har den samme molekylvægt som troponin T, men i sin struktur har det specielle steder at binde til actin, hvilket blokerer interaktionen mellem sidstnævnte og myosin, som er fænomenet, der er ansvarligt for sammentrækning af muskelfibre.

Mange lærebøger omtaler denne underenhed som den hæmmende underenhed og som den molekylære "lim" mellem de tre underenheder af troponin. Dens evne til at binde til actin og dets hæmmende aktivitet forbedres af dets associering med tropomyosin, medieret af TnT-underenheden.

Det er vist, at i underenhed I er regionen med sekvensen, der er ansvarlig for inhibering, defineret af et centralt peptid med 12 aminosyrerester mellem positionerne 104 og 115; og at den C-terminale region af underenheden også har en rolle under inhibering.

Funktioner

Troponins vigtigste rolle i muskelkontraktion afhænger af dens evne til at binde calcium, da dette protein er den eneste komponent i de tynde filamenter i knoglemuskler, der har denne egenskab.

I fravær af troponin er tynde filamenter i stand til at binde til tykke filamenter og sammentrækkes, uanset den intracellulære calciumkoncentration, så funktionen af ​​troponin er at forhindre sammentrækning i fravær af calcium gennem dens tilknytning til tropomyosin.

Troponin spiller således en vigtig rolle i at opretholde muskelafslapning, når der ikke er nok intracellulært calcium, og ved muskelsammentrækning, når den elektriske nervestimulering tillader, at calcium trænger ind i muskelfiberen.

Hvordan sker det?

I skelet- og hjertestriberede muskler opstår muskelkontraktion takket være samspillet mellem tynde og tykke filamenter, der glider over hinanden.

I cellerne i disse muskler er calcium essentielt for, at actin-myosin-interaktionen (tynde og tykke filamenter) kan forekomme, da actinbindingsstederne for myosin er "skjult" ved den fælles virkning af tropomyosin og troponin, som reagerer på calcium.

Calciumioner fra det sarkoplasmatiske retikulum (den endoplasmatiske retikulum af muskelfibre) binder til C-underenheden af ​​troponin, neutraliserer troponin-medieret hæmning og udløser muskelkontraktion.

"Neutralisering" af hæmningen forårsaget af underenhed I sker efter binding af calcium til underenhed C, hvilket genererer en konformationel ændring, der spreder sig mellem de tre underenheder og tillader deres dissociation fra både actin og tropomyosin molekyler.

Denne dissociation mellem troponin, tropomyosin og actin afslører bindingsstederne for myosin på actin. Det er så, at de kugleformede hoveder på sidstnævnte kan interagere med actinfibre og indlede ATP-afhængig sammentrækning ved forskydning af det ene filament over det andet.

Troponin test

Troponin er den foretrukne biomarkør til påvisning af hjertelæsioner. Af denne grund er troponin-testen vidt brugt i den biokemiske, tidlige og / eller forebyggende diagnose af nogle hjertepatologiske tilstande, såsom akut myokardieinfarkt.

Denne test findes af mange behandlende læger til at hjælpe med at tage beslutninger om, hvad de skal gøre, og hvilken behandling der skal administreres til patienter med brystsmerter.

Det er generelt forbundet med påvisning af troponin T- og I-underenheder, da troponin C-isoformen også findes i langsomt rykkende skeletmuskler. det er, det er ikke specifikt for hjertet.

Hvad er troponin-testen baseret på?

Troponin-testen er normalt en immunologisk test, der detekterer hjerte-isoformerne af T- og I-underenhederne i troponin. Så det er baseret på de forskelle, der findes mellem begge isoformer.

Isoform af troponin I-underenheden (cTnI)

I myocardial muskelvæv er der kun en isoform af troponin I-underenhed, kendetegnet ved tilstedeværelsen af ​​en 32 aminosyre post-translationel "hale" ved dens N-terminale ende.

Denne isoform detekteres takket være udviklingen af ​​specifikke monoklonale antistoffer, som ikke genkender andre ikke-hjertemæssige isoformer, da aminosyresalen er mere eller mindre 50% forskellig fra endene af andre isoformer.

CTnI udtrykkes ikke i beskadiget væv, men er unik for voksent hjertevæv.

Isoform af troponin T-underenheden (cTnT)

Den hjerteisoform af troponin T-underenheden er kodet i tre forskellige gener, hvis mRNA'er kan gennemgå alternativ splejsning, hvilket resulterer i produktionen af ​​isoformer med variable sekvenser ved N- og C-terminalen.

Selvom den menneskelige hjertemuskulatur indeholder 4 isoformer af TnT, er kun en karakteristisk for voksent hjertevæv. Dette påvises med specifikke antistoffer designet mod den N-terminale ende af dens aminosyresekvens.

"Næste generation" -test for T-underenheden i hjertesoformen er meget opmærksom på det faktum, at noget skadet skeletmuskelvæv kan udtrykke denne isoform igen, således at der kan opnås krydsreaktion med antistoffer.

Referencer

1. Babuin, L., & Jaffe, AS (2005). Troponin: den valgte biomarkør til påvisning af hjerteskade. CMAJ, 173 (10), 1191-1202.
2. Collinson, P., Stubbs, P., & Kessler, A.-C. (2003). Multicentreevaluering af den diagnostiske værdi af hjertetroponin T, CK-MB masse og myoglobin til vurdering af patienter med mistanke om akutte koronarsyndromer i rutinemæssig klinisk praksis. Heart, 89, 280–286.
3. Farah, C., & Reinach, F. (1995). Troponinkomplekset og regulering af muskelkontraktion. FASEB, 9, 755–767.
4. Keller, T., Peetz, D., Tzikas, S., Roth, A., Czyz, E., Bickel, C.,… Blankenberg, S. (2009). Følsom troponin I-analyse ved tidlig diagnose af akut hjerteinfarkt. The New England Journal of Medicine, 361 (9), 868–877.
5. Ross, M., & Pawlina, W. (2006). Histologi. En tekst og atlas med korreleret celle- og molekylærbiologi (5. udg.). Lippincott Williams & Wilkins.
6. Wakabayashi, T. (2015). Mekanisme til calciumregulering af muskelkontraktion. I stræben efter dets strukturelle grundlag. Proc. Jpn. Acad. Serien B, 91, 321-350.