Освобождение ионов Са2+ из саркоплазматического ретикулума скелетных мышц и миокарда Меньшикова, Елизавета Вениаминовна

Введение к работе

I. Актуальность проблемы. Важным направлением биофизики и биохимии клетки является исследование механизмов регуляции мышечного сокращения.

Цикл сокращения-расслабления мышц определяется изменениями концентрации ионов кальция в цитоплазме. Ключевая роль в регуляции концентрации внутриклеточного Са ⁺ принадлежит саркоплазмати-ческому ретикулуму - специализированной мембранной системе цистерн и трубочек, окружающих сократительный аппарат. Система мембран СР* состоит из двух отделов: терминальных цистерн, контактирующих с сарколеммой, и продольных трубочзк, сообщающихся с терминальными цистернами. В состоянии покоя практически весь Са ⁺ находится в терминальных цистернах. Деполяризация сарколеммы вызывает освобождение Са из цистерн СР в цитоплазму. При расслаблении мышцы движение Са ⁺ происходит в обратном направлении - из цитоплазмы в полости СР.

Исследования, проведенные на демембранированных волокнах и изолированных везикулах СР скелетных мышц и миокарда, показали, что освобождение Са из СР может быть индуцировано путем повышения концентрации Са ⁺ до 10 -10 М ( Endo, 1977, Martonosi 1984). Основным компонентом Са -зависимой системы освобождения Са ⁺ являются Са -каналы, активируемые Са и адениновыми нук-леотидами (Smith et al., 1986). Локализация Са -каналов в от-

^Принятые сокращения: СР-саркоплаэматический ретикулум, Са-АТЗ>а-за-Са-зависимая аденозинтрифосфатаза, ТЦ-терминальные цистерны, ПТ-продольные трубочки, ИФ₃-инозитол-1,4,5-трифосфат, ДПФХ-ди-пальмитоилфосфатидилхолин, ЭГТА-этиленгликольтетраацетат.

делах СР, контактирующих с сарколеммой, высокая проводимость (до 100 пС), а такие большая плотность в мембране, обеспечивающая освобождение Са из изолированных везикул СР с константой скорости 100 с^- , позволяет предполагать участие Са -зависимой системы освобождения Са ⁺ СР в инициации мышечного сокращения. Физиологический механизм активации Са -каналов в настоящее время не установлен. Решению этой проблемы могут способствовать исследования по поиску различных способов активации освобождения Са из СР. Известными активаторами системы освобождения Са являются кофеин, галотан ( Endo , 1977, Martonosii 1984), ионы серебра ( Salma , 1984). В качестве возможного активатора рассматривается также инозит о л-1, 4, 5-трифосфат (Berridge, Irvin, 1984).

Дальнейшие исследования в этом направлении позволят более полно охарактеризовать освобождение Са из СР скелетных мышц и миокарда, а также выявить их специфические различия. Это является необходимым не только для понимания физиологического механизма освобождения Са , но и имеет важное практическое значение для поиска путей фармакологического воздействия на сократительную активность скелетных мышц и миокарда.

2. Цель работы.

1. Сравнительное исследование действия известных активаторов йионы кальция, кофеин, ионы серебра) и блокаторов (ионы магния, рутениевый красный, тетракаин) на систему освобождения Са^⁺ в изолированных везикулах СР скелетных мышц и миокарда.

2. Поиск новых способов активации освобождения Са ⁺ из СР.

3. Сравнительное исследование действия инозитол-1,4,5-три-фосфата на транспорт Са в СР скелетных мышц, миокарда и гладких мышечных волокнах аорты.

3. Научная новизна работы. С использованием Са -электро
да, а также по флуоресценции quln 2 и хлортетрациклина прове-
депо сравнительное исследование освобождения Са ⁺ из изолирован
ных везикул СР скелетных мышц и миокарда. Показано, что концен-

трация Са ⁺, необходимая для активации освобождения Са ⁺ из СР

скелетных мышц и миокарда одинакова, и лежит в области 10 М.

На основании исследования действия активаторов и блокаторов выявлен ряд различий в системе освобождения Са ⁺ СР скелетных мышц и миокарда. Впервые показано, что полианион гепарин и разветвленный алифатический углеводород 2,2,4-триметюшентан вызывают освобождение Са из везикул терминальных цистерн СР скелетных мышц. Показано, что инозитол-1,4,5-трифосфат является

индуктором освобождения Са ⁺ из СР гладких мышечных волокон

2+ аорты, и не вызывает выхода Са из СР скелетных мышц и миокарда .

4. Практическое значение. Метод непрерывной регистрации
концентрации Са в среде по флуоресценции quia 2 может быть
использован для изучения освобождения Са ⁺ из СР скелетных мышц,
миокарда и гладких мышечных волокон аорты, а также для скринин
га различных фармакологических соединений, воздействующих на
систему освобождения Са СР мышц. Выявленные различия системы
освобождения Са СР скелетных мышц, миокарда и гладких мышеч
ных волокон аорты свидетельствуют, что Са ⁺-каналы СР скелет
ных мышц, миокарда и гладких мышечных волокон аорты, по-видимо
му, различны по физиологическим способам активации. Эти данные
могут служить основой для разработки фармакологических средств,
селективно влияющих на сократительную активность скелетных
мышц, миокарда и гладких мышечных волокон сосудов.

5. Апробация работы. Результаты исследований были представлены на XI и XII Всесоюзных совещаниях "Транспортные АТФазы" (Ташкент, 1985), (Иркутск, 1987), на У и УП Всесоюзных конференциях по биохимии мышц (Телави, 1985), (Тбилиси, 1989), на У Всесоюзном биохимическом съезде (Киев, 1986), III симпозиуме "Метаболизм, структура и функция сердечной клетки" (Баку, 1985), УІІІ симпозиуме "Биофизика и биохимия биологической подвижности" (Пущино, 1987), Международном симпозиуме "Молекулярные и клеточные аспекты регуляции сердечно-сосудистой системы" (Берлин, 1987).

6. Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 научных работ.

7. Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, изложения результатов и обсуждения. Список литературы включает 241 наименование. Работа изложена на 193 страницах, содержит 3 таблицы и 51 рисунок.