TROPONIN: EGENSKAPER, STRUKTUR, FUNKTIONER OCH TEST - BIOLOGI - 2025

Troponin är det namn som ges till ett protein som finns i ryggradsskelettens hjärta och hjärtmuskel, förknippat med filamenten i muskelfibrer och som har funktioner i regleringen av kontraktil aktivitet (muskelsammandragning och avslappning).

Muskelfibrer är de celler som utgör muskelvävnad, vars sammandragningsförmåga är baserad på samverkan mellan filament som är ordnade och nära kopplade inuti och som upptar det mesta av den cytoplasmiska volymen.

Grafisk representation av elementen i en tunn filament i muskelfibrer (Källa: Raul654, via Wikimedia Commons)

Dessa filament är kända som myofilament och det finns två klasser: tjock och tunn. De tjocka filamenten består av myosin II-molekyler, medan de tunna filamenten är polymerer av kulaaktin eller G-aktin i förening med två andra proteiner.

Både aktin och myosin finns också i andra celler i människokroppen och andra organismer, bara i en mycket mindre andel och deltar i olika processer som cellmigration, exocytos, i cytokinesis (under celldelning) och till och med i intracellulär vesikulär trafik.

Troponin och tropomyosin är de två proteinerna förknippade med de tunna aktinfilamenten som deltar i regleringen av kontraktions- och relaxationsprocesserna i myofibrillerna i muskelceller eller fibrer.

Verkningsmekanismerna genom vilka dessa två proteiner utövar sin funktion är relaterade till den intracellulära koncentrationen av kalcium. Troponinregleringssystemet är ett av de mest kända systemen inom fysiologi och biokemi för skelettmuskelkontraktion.

Dessa proteiner är av stor betydelse för kroppen. För närvarande är det säkert känt att vissa familjära eller medfödda kardiomyopatier är produkten av mutationer i sekvensen av generna som kodar för någon av de två (troponin eller tropomyosin).

egenskaper

Troponin är associerat med aktin i de tunna filamenten av muskelfibrer i skelett- och hjärtmuskeln i ett stökiometriskt förhållande av 1 till 7, det vill säga en molekyl troponin för varje 7 molekyler av aktin.

Detta protein, som har framhävts, finns exklusivt i filamenten innehållande myofibrillerna i skelett- och hjärtstrippade muskelfibrer, och inte i de glatta muskelfibrerna som utgör de vaskulära och viscerala musklerna.

Det är tänkt av vissa författare som ett regulatorprotein för tropomyosin. På samma sätt har den bindningsställen för interaktionen med aktinmolekyler, vilket ger det förmågan att reglera dess interaktion med myosinet i de tjocka filamenten.

I myofilament är förhållandet mellan troponin- och tropomyosinmolekyler 1 till 1, vilket innebär att för varje troponinkomplex som finns finns en tropomyosinmolekyl associerad med den.

Strukturera

Troponin är ett proteinkomplex som består av tre olika globulära subenheter kända som troponin I, troponin C och troponin T, som tillsammans ger upp till mer eller mindre 78 kDa.

I människokroppen finns vävnadsspecifika varianter för var och en av dessa underenheter, som skiljer sig från varandra både på en genetisk och molekylär nivå (med avseende på generna som kodar dem), och på en strukturell nivå (med avseende på deras aminosyrasekvenser).

Representation av en av Troponin-subenheterna (Källa: Jawahar Swaminathan och MSD-personal vid European Bioinformatics Institute via Wikimedia Commons)

Troponin C eller TnC är den minsta av de tre underenheterna och kanske en av de viktigaste. Den har 18 kDa molekylvikt och har platser för att binda kalcium (Ca2 +).

Troponin T eller TnT är den som har bindningsställena för att förankra komplexet av de tre underenheterna till tropomyosin och har en molekylvikt av 30 kDa; det är också känt som T-subenhet eller tropomyosinbindande underenhet.

Troponin I eller TnI, med lite mer än 180 aminosyrarester, har samma molekylvikt som troponin T, men i sin struktur har det speciella platser att binda till aktin, vilket blockerar interaktionen mellan det senare och myosin, vilket är fenomenet som ansvarar för sammandragningen av muskelfibrer.

Många läroböcker hänvisar till denna underenhet som den hämmande underenheten och som den molekylära "limen" mellan de tre subenheterna av troponin. Dess förmåga att binda till aktin och dess hämmande aktivitet förbättras av dess associering med tropomyosin, medierad av TnT-subenheten.

Det har visats att i underenhet I definieras regionen för sekvensen som är ansvarig för inhiberingen av en central peptid med 12 aminosyrarester mellan positionerna 104 och 115; och att den C-terminala regionen i underenheten också har en roll under hämning.

Funktioner

Troponins huvudroll i muskelkontraktion beror på dess förmåga att binda kalcium, eftersom detta protein är den enda komponenten i de tunna filamenten i skelettmuskeln som har denna egenskap.

I frånvaro av troponin kan tunna filament binda till tjocka filament och sammandras, oavsett den intracellulära kalciumkoncentrationen, så funktionen av troponin är att förhindra sammandragning i frånvaro av kalcium genom dess associering med tropomyosin.

Troponin spelar sålunda en viktig roll för att upprätthålla muskelavslappning när det inte finns tillräckligt med intracellulärt kalcium, och vid muskelsammandragning när den elektriska nervstimulören tillåter kalcium att komma in i muskelfibrerna.

Hur händer detta?

I skelett- och hjärtstrippade muskler uppträder muskelkontraktion på grund av samspelet mellan tunna och tjocka filament som glider över varandra.

I cellerna i dessa muskler är kalcium viktigt för att aktin-myosininteraktion (tunna och tjocka filament) kan uppstå, eftersom aktinbindningsställena för myosin "döljs" av den gemensamma verkan av tropomyosin och troponin, som är den som svarar på kalcium.

Kalciumjoner från sarkoplasmatisk retikulum (muskelfibrernas endoplasmatiska retikulum) binder till C-underenheten av troponin, neutraliserar troponin-medierad hämning och utlöser muskelsammandragning.

"Neutralisering" av hämningen orsakad av underenhet I sker efter bindning av kalcium till underenhet C, vilket genererar en konformationell förändring som sprider sig mellan de tre underenheterna och tillåter deras dissociation från både aktin- och tropomyosinmolekyler .

Denna dissociation mellan troponin, tropomyosin och aktin avslöjar bindningsställena för myosin på aktin. Det är då de kulahuvuden på det senare kan interagera med aktinfibrer och initiera ATP-beroende sammandragning genom förskjutning av det ena filamentet över det andra.

Troponintest

Troponin är den föredragna biomarkören för detektion av hjärtskador. Av detta skäl används troponintestet i stor utsträckning i den biokemiska, tidiga och / eller förebyggande diagnosen av vissa hjärtpatologiska tillstånd, såsom akut hjärtinfarkt.

Detta test hittas av många behandlande läkare för att fatta beslut om vad de ska göra och vilken behandling som ska administreras till patienter med bröstsmärta.

Det är vanligtvis förknippat med detektion av troponin T- och I-subenheter, eftersom troponin C-isoformen också finns i långsamma muskler; det är, det är inte specifikt för hjärtat.

Vad är troponintestet baserat på?

Troponintestet är vanligtvis ett immunologiskt test som detekterar hjärtaisoformerna i T- och I-subenheterna i troponin. Så det är baserat på skillnaderna som finns mellan båda isoformerna.

Isoform av troponin I-subenheten (cTnI)

I myokard muskelvävnad finns det bara en isoform av troponin I-subenhet, kännetecknad av närvaron av en 32 aminosyra post-translationell "svans" vid dess N-terminala ände.

Denna isoform upptäcks tack vare utvecklingen av specifika monoklonala antikroppar som inte känner igen andra icke-hjärtformade isoformer, eftersom aminosyrasvansen är mer eller mindre 50% annorlunda än andra isoformers ändar.

CTnI uttrycks inte i skadade vävnader utan är unik för vuxen hjärtvävnad.

Isoform av troponin T-subenheten (cTnT)

Den hjärtaisoformen av troponin T-subenheten kodas i tre olika gener, vars mRNA kan genomgå alternativ skarvning vilket resulterar i produktion av isoformer med variabla sekvenser vid N- och C-terminalen.

Även om den mänskliga hjärtmuskeln innehåller 4 isoformer av TnT, är endast en karaktäristisk för vuxen hjärtvävnad. Detta detekteras med specifika antikroppar utformade mot den N-terminala änden av dess aminosyrasekvens.

"Nästa generation" -tester för T-underenheten i hjärtaisoformen ägnar stor uppmärksamhet åt det faktum att en del skadade skelettmuskelvävnad kan återuttrycka denna isoform, så att korsreaktion med antikroppar kan erhållas.

referenser

1. Babuin, L., & Jaffe, AS (2005). Troponin: den biomarkör som valts för upptäckt av hjärtskada. CMAJ, 173 (10), 1191-1202.
2. Collinson, P., Stubbs, P., & Kessler, A.-C. (2003). Multicenters utvärdering av det diagnostiska värdet av hjärt troponin T, CK-MB-massa och myoglobin för bedömning av patienter med misstänkt akut koronarsyndrom i rutinmässig klinisk praxis. Hjärta, 89, 280–286.
3. Farah, C., & Reinach, F. (1995). Troponinkomplexet och reglering av muskelkontraktion. FASEB, 9, 755–767.
4. Keller, T., Peetz, D., Tzikas, S., Roth, A., Czyz, E., Bickel, C., … Blankenberg, S. (2009). Känslig troponin I-analys vid tidig diagnos av akut hjärtinfarkt. The New England Journal of Medicine, 361 (9), 868–877.
5. Ross, M., & Pawlina, W. (2006). Histologi. En text och atlas med korrelerad cell- och molekylärbiologi (femte upplagan). Lippincott Williams & Wilkins.
6. Wakabayashi, T. (2015). Mekanism för kalciumreglering av muskelkontraktion. I strävan efter dess strukturella grund. Proc. Jpn. Acad. Serien B, 91, 321-350.