TROPONIN: EGENSKAPER, STRUKTUR, FUNKSJONER OG TEST - BIOLOGI - 2026

Troponin er navnet gitt til et protein som er til stede i skjelett- og hjertemuskelen til virveldyr, assosiert med filamentene i muskelfibre og som har funksjoner i reguleringen av kontraktil aktivitet (muskelsammentrekning og avspenning).

Muskelfibre er cellene som utgjør muskelvev, hvis sammentrekningskapasitet er basert på samspillet mellom filamenter som er ordnet og tett assosiert inne, og opptar det meste av det cytoplasmatiske volumet.

Grafisk fremstilling av elementene i et tynt filament i muskelfibre (Kilde: Raul654, via Wikimedia Commons)

Disse filamentene er kjent som myofilaments og det er to klasser: tykk og tynn. De tykke filamentene er sammensatt av myosin II-molekyler, mens de tynne filamentene er polymerer av kule aktin eller G-aktin i forbindelse med to andre proteiner.

Både aktin og myosin finnes også i andre celler i menneskekroppen og andre organismer, bare i en mye mindre andel og deltar i forskjellige prosesser som cellemigrasjon, eksocytose, i cytokinesis (under celledeling) og til og med i intracellulær vesikulær trafikk.

Troponin og tropomyosin er de to proteiner assosiert med de tynne aktinfilamentene som deltar i reguleringen av sammentreknings- og avspenningsprosessene til myofibriller i muskelceller eller fibre.

Mekanismene for virkning som disse to proteiner utøver sin funksjon er relatert til den intracellulære konsentrasjonen av kalsium. Troponin-reguleringssystemet er et av de mest kjente systemene i fysiologi og biokjemi for skjelettmuskelkontraksjon.

Disse proteinene er av stor betydning for kroppen. For tiden er det kjent med sikkerhet at noen familiære eller medfødte kardiomyopatier er et produkt av mutasjoner i sekvensen av genene som koder for en av de to (troponin eller tropomyosin).

kjennetegn

Troponin er assosiert med aktin i de tynne filamentene av muskelfibre i skjelett- og hjertemuskulaturen i et støkiometrisk forhold på 1 til 7, det vil si ett molekyl troponin for hver 7 molekyler av aktin.

Dette proteinet er, som det er blitt fremhevet, utelukkende funnet i filamentene som er inneholdt i myofibrillene til skjelett- og hjertestrivert muskelfibre, og ikke i glatte muskelfibrene som utgjør vaskulære og viscerale muskler.

Det er tenkt av noen forfattere som regulatorprotein av tropomyosin. Som dette har den bindingssteder for interaksjonen med aktinmolekyler, noe som gir den muligheten til å regulere sin interaksjon med myosinet i de tykke filamentene.

I myofilamenter er forholdet mellom troponin- og tropomyosinmolekyler 1 til 1, noe som betyr at for hvert troponinkompleks som finnes, er det et tropomyosinmolekyl tilknyttet det.

Struktur

Troponin er et proteinkompleks som består av tre forskjellige kuleformede underenheter kjent som troponin I, troponin C og troponin T, som til sammen utgjør mer eller mindre 78 kDa.

I menneskekroppen er det vevsspesifikke varianter for hver av disse underenhetene, som skiller seg fra hverandre både på genetisk og molekylært nivå (med hensyn til genene som koder dem), og på et strukturelt nivå (med hensyn til aminosyresekvensene).

Representasjon av en av Troponin-underenhetene (Kilde: Jawahar Swaminathan og MSD-ansatte ved European Bioinformatics Institute via Wikimedia Commons)

Troponin C eller TnC er den minste av de tre underenhetene og kanskje en av de viktigste. Den har 18 kDa molekylvekt og har steder å binde kalsium (Ca2 +).

Troponin T eller TnT er den som har bindingsstedene for å forankre komplekset av de tre underenhetene til tropomyosin og har en molekylvekt på 30 kDa; det er også kjent som T-underenhet eller tropomyosin-bindende underenhet.

Troponin I eller TnI, med litt mer enn 180 aminosyrerester, har samme molekylvekt som troponin T, men i sin struktur har de de spesielle stedene å binde aktin, noe som blokkerer samspillet mellom sistnevnte og myosin, som er fenomenet som er ansvarlig for sammentrekning av muskelfibre.

Mange lærebøker omtaler denne underenheten som den hemmende underenheten og som den molekylære "limen" mellom de tre underenhetene til troponin. Evnen til å binde seg til aktin og dens hemmende aktivitet forbedres av forbindelsen til tropomyosin, mediert av TnT-underenheten.

Det er vist at i underenhet I er regionen av sekvensen som er ansvarlig for inhiberingen definert av et sentralt peptid med 12 aminosyrerester mellom stillingene 104 og 115; og at den C-terminale regionen til underenheten også har en rolle under hemming.

Egenskaper

Troponins hovedrolle i muskelkontraksjon avhenger av dens evne til å binde kalsium, siden dette proteinet er den eneste komponenten i de tynne filamentene i skjelettmuskulaturen som har denne egenskapen.

I fravær av troponin er tynne filamenter i stand til å binde seg til tykke filamenter og trekke seg sammen, uavhengig av den intracellulære kalsiumkonsentrasjonen, så funksjonen til troponin er å forhindre sammentrekning i fravær av kalsium gjennom sin tilknytning til tropomyosin.

Dermed spiller troponin en viktig rolle i å opprettholde muskelavslapning når det ikke er nok intracellulært kalsium, og ved muskelsammentrekning når den elektriske nervestimulasjonen lar kalsium komme inn i muskelfibrene.

Hvordan skjer dette?

I skjelett- og hjertestrierte muskler oppstår muskelsammentrekning takket være samspillet mellom tynne og tykke filamenter som glir over hverandre.

I cellene i disse musklene er kalsium avgjørende for at actin-myosin-interaksjonen (tynne og tykke filamenter) skal oppstå, siden aktinbindingsstedene for myosin er "skjult" av leddvirkningen av tropomyosin og troponin, som er den som reagerer på kalsium.

Kalsiumioner fra sarkoplasmatisk retikulum (den endoplasmatiske retikulum av muskelfibre) binder seg til C-underenheten til troponin, nøytraliserer troponin-mediert hemming og utløser muskelsammentrekning.

"Nøytraliseringen" av hemningen forårsaket av underenhet I skjer etter binding av kalsium til underenhet C, som genererer en konformasjonsendring som sprer seg mellom de tre underenhetene og tillater deres dissosiasjon fra både actin og tropomyosin molekyler .

Denne dissosiasjonen mellom troponin, tropomyosin og actin avslører bindingsstedene for myosin på actin. Det er da kulehodene til sistnevnte kan samhandle med aktinfibre og initiere ATP-avhengig sammentrekning ved forskyvning av det ene filamentet over det andre.

Troponin test

Troponin er den foretrukne biomarkøren for påvisning av hjerteskader. Av denne grunn er troponintesten mye brukt i den tidlige og / eller forebyggende biokjemiske diagnosen av noen hjertepatologiske tilstander, så som akutt hjerteinfarkt.

Denne testen er funnet av mange behandlende leger som hjelp til å ta beslutninger om hva de skal gjøre og hvilken behandling som skal gis til pasienter med brystsmerter.

Det er vanligvis assosiert med påvisning av troponin T- og I-underenheter, siden troponin C-isoformen også finnes i langsomme rykninger i skjelettmusklene; det vil si at det ikke er spesifikt for hjertet.

Hva er troponintesten basert på?

Troponin-testen er vanligvis en immunologisk test som oppdager hjerteisoformene til T- og I-underenhetene til troponin. Så det er basert på forskjellene som finnes mellom begge isoformene.

Isoform av troponin I-underenheten (cTnI)

I myokard muskelvev er det bare en isoform av troponin I-underenhet, karakterisert ved tilstedeværelsen av en 32 aminosyre post-translasjonell "hale" i dens N-terminale ende.

Denne isoformen blir oppdaget takket være utviklingen av spesifikke monoklonale antistoffer som ikke gjenkjenner andre isoformer som ikke er hjerte, siden aminosyrestansen er mer eller mindre 50% forskjellig fra endene av andre isoformer.

CTnI kommer ikke til uttrykk i skadet vev, men er unikt for voksen hjertevev.

Isoform av troponin T-underenheten (cTnT)

Den hjerteisoformen av troponin T-underenheten er kodet i tre forskjellige gener, hvis mRNA kan gjennomgå alternativ spleising som resulterer i produksjonen av isoformer med variable sekvenser ved N- og C-terminalen.

Selv om den menneskelige hjertemuskelen inneholder 4 isoformer av TnT, er bare en karakteristisk for voksent hjertevev. Dette blir påvist med spesifikke antistoffer designet mot den N-terminale enden av dens aminosyresekvens.

"Neste generasjon" -tester for T-underenheten til hjerteisoformen følger nøye med på at noe skadet skjelettmuskelvev kan uttrykke denne isoformen på nytt, og dermed kan kryssreaksjon med antistoffer oppnås.

referanser

1. Babuin, L., & Jaffe, AS (2005). Troponin: den valgte biomarkøren for påvisning av hjerteskade. CMAJ, 173 (10), 1191-1202.
2. Collinson, P., Stubbs, P., & Kessler, A.-C. (2003). Multisenters evaluering av den diagnostiske verdien av hjerte troponin T, CK-MB masse og myoglobin for vurdering av pasienter med mistenkt akutt koronar syndrom i rutinemessig klinisk praksis. Hjertet, 89, 280–286.
3. Farah, C., & Reinach, F. (1995). Troponinkomplekset og regulering av muskelkontraksjon. FASEB, 9, 755–767.
4. Keller, T., Peetz, D., Tzikas, S., Roth, A., Czyz, E., Bickel, C., … Blankenberg, S. (2009). Sensitiv troponin I-analyse ved tidlig diagnose av akutt hjerteinfarkt. The New England Journal of Medicine, 361 (9), 868–877.
5. Ross, M., & Pawlina, W. (2006). Histologi. En tekst og atlas med korrelert celle- og molekylærbiologi (5. utg.). Lippincott Williams & Wilkins.
6. Wakabayashi, T. (2015). Mekanisme for kalsiumregulering av muskelkontraksjon. I jakten på dets strukturelle grunnlag. Proc. JPN. Acad. Ser B, 91, 321-350.