TROPONIN: EIGENSCHAFTEN, STRUKTUR, FUNKTIONEN UND TEST - BIOLOGIE - 2025

Troponin ist die Bezeichnung für ein Protein, das im Skelett- und Herzmuskel von Wirbeltieren vorhanden ist, mit den Filamenten in Muskelfasern assoziiert ist und Funktionen bei der Regulierung der kontraktilen Aktivität (Muskelkontraktion und -entspannung) hat.

Muskelfasern sind die Zellen, aus denen das Muskelgewebe besteht, dessen Kontraktionskapazität auf der Wechselwirkung zwischen geordneten und eng miteinander verbundenen Filamenten beruht, die den größten Teil des zytoplasmatischen Volumens einnehmen.

Grafische Darstellung der Elemente eines dünnen Filaments in Muskelfasern (Quelle: Raul654, via Wikimedia Commons)

Diese Filamente sind als Myofilamente bekannt und es gibt zwei Klassen: dick und dünn. Die dicken Filamente bestehen aus Myosin-II-Molekülen, während die dünnen Filamente Polymere aus globulärem Actin oder G-Actin in Verbindung mit zwei anderen Proteinen sind.

Sowohl Actin als auch Myosin kommen auch in anderen Zellen des menschlichen Körpers und anderen Organismen vor, nur in einem viel geringeren Anteil, und sind an verschiedenen Prozessen wie Zellmigration, Exozytose, Zytokinese (während der Zellteilung) und sogar in beteiligt intrazellulärer vesikulärer Verkehr.

Troponin und Tropomyosin sind die beiden Proteine, die mit den dünnen Aktinfilamenten assoziiert sind und an der Regulierung der Kontraktions- und Relaxationsprozesse der Myofibrillen von Muskelzellen oder -fasern beteiligt sind.

Die Wirkmechanismen, über die diese beiden Proteine ​​ihre Funktion ausüben, hängen mit der intrazellulären Calciumkonzentration zusammen. Das Troponin-Regulationssystem ist eines der bekanntesten Systeme in der Physiologie und Biochemie der Skelettmuskelkontraktion.

Diese Proteine ​​sind für den Körper von großer Bedeutung. Gegenwärtig ist mit Sicherheit bekannt, dass einige familiäre oder angeborene Kardiomyopathien das Produkt von Mutationen in der Sequenz von Genen sind, die für eines der beiden kodieren (Troponin oder Tropomyosin).

Eigenschaften

Troponin ist mit Actin in den dünnen Filamenten der Muskelfasern im Skelett- und Herzmuskel in einem stöchiometrischen Verhältnis von 1 zu 7 assoziiert, dh ein Troponinmolekül pro 7 Actinmoleküle.

Dieses Protein kommt, wie hervorgehoben wurde, ausschließlich in den Filamenten vor, die in den Myofibrillen der gestreiften Muskelfasern des Skeletts und des Herzens enthalten sind, und nicht in den glatten Muskelfasern, aus denen die Gefäß- und Viszeralmuskeln bestehen.

Es wird von einigen Autoren als Regulatorprotein von Tropomyosin konzipiert. Auf diese Weise verfügt es über Bindungsstellen für die Wechselwirkung mit Aktinmolekülen, wodurch es die Möglichkeit erhält, seine Wechselwirkung mit dem Myosin der dicken Filamente zu regulieren.

Bei Myofilamenten beträgt das Verhältnis zwischen Troponin- und Tropomyosinmolekülen 1 zu 1, was bedeutet, dass für jeden vorhandenen Troponinkomplex ein Tropomyosinmolekül assoziiert ist.

Struktur

Troponin ist ein Proteinkomplex, der aus drei verschiedenen globulären Untereinheiten besteht, die als Troponin I, Troponin C und Troponin T bekannt sind und zusammen mehr oder weniger 78 kDa ergeben.

Im menschlichen Körper gibt es für jede dieser Untereinheiten gewebespezifische Varianten, die sich sowohl auf genetischer als auch auf molekularer Ebene (in Bezug auf die Gene, die sie codieren) und auf struktureller Ebene (in Bezug auf ihre Aminosäuresequenzen) voneinander unterscheiden.

Vertretung einer der Troponin-Untereinheiten (Quelle: Jawahar Swaminathan und MSD-Mitarbeiter am European Bioinformatics Institute via Wikimedia Commons)

Troponin C oder TnC ist die kleinste der drei Untereinheiten und vielleicht eine der wichtigsten. Es hat ein Molekulargewicht von 18 kDa und Stellen, an denen Calcium (Ca2 +) gebunden werden kann.

Troponin T oder TnT ist dasjenige, das die Bindungsstellen zur Verankerung des Komplexes der drei Untereinheiten an Tropomyosin aufweist und ein Molekulargewicht von 30 kDa aufweist; Es ist auch als T-Untereinheit oder Tropomyosin-Bindungsuntereinheit bekannt.

Troponin I oder TnI mit etwas mehr als 180 Aminosäureresten hat das gleiche Molekulargewicht wie Troponin T, hat jedoch in seiner Struktur die speziellen Stellen, an denen Actin gebunden wird, wodurch die Wechselwirkung zwischen letzterem und Myosin blockiert wird das Phänomen, das für die Kontraktion der Muskelfasern verantwortlich ist.

Viele Lehrbücher bezeichnen diese Untereinheit als hemmende Untereinheit und als molekularen "Klebstoff" zwischen den drei Untereinheiten von Troponin. Seine Fähigkeit, an Actin zu binden, und seine inhibitorische Aktivität werden durch seine Assoziation mit Tropomyosin, vermittelt durch die TnT-Untereinheit, verstärkt.

Es wurde gezeigt, dass in Untereinheit I die Region der Sequenz, die für die Hemmung verantwortlich ist, durch ein zentrales Peptid von 12 Aminosäureresten zwischen den Positionen 104 und 115 definiert ist; und dass die C-terminale Region der Untereinheit auch während der Hemmung eine Rolle spielt.

Eigenschaften

Troponins Hauptrolle bei der Muskelkontraktion hängt von seiner Fähigkeit ab, Kalzium zu binden, da dieses Protein der einzige Bestandteil der dünnen Filamente im Skelettmuskel ist, der diese Eigenschaft besitzt.

In Abwesenheit von Troponin können sich dünne Filamente unabhängig von der intrazellulären Calciumkonzentration an dicke Filamente binden und zusammenziehen. Daher besteht die Funktion von Troponin darin, eine Kontraktion in Abwesenheit von Calcium durch seine Assoziation mit Tropomyosin zu verhindern.

Daher spielt Troponin eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Muskelentspannung, wenn nicht genügend intrazelluläres Kalzium vorhanden ist, und bei der Muskelkontraktion, wenn der elektrische Nervenreiz den Eintritt von Kalzium in die Muskelfaser ermöglicht.

Wie kommt es dazu?

In gestreiften Skelett- und Herzmuskeln tritt eine Muskelkontraktion dank der Wechselwirkung zwischen dünnen und dicken Filamenten auf, die übereinander gleiten.

In den Zellen dieser Muskeln ist Calcium für das Auftreten der Actin-Myosin-Wechselwirkung (dünne und dicke Filamente) essentiell, da die Actin-Bindungsstellen für Myosin durch die gemeinsame Wirkung von Tropomyosin und "versteckt" werden Troponin, das auf Kalzium reagiert.

Calciumionen aus dem sarkoplasmatischen Retikulum (dem endoplasmatischen Retikulum von Muskelfasern) binden an die C-Untereinheit von Troponin, neutralisieren die durch Troponin vermittelte Hemmung und lösen eine Muskelkontraktion aus.

Die "Neutralisation" der durch die Untereinheit I verursachten Hemmung erfolgt nach der Bindung von Calcium an die Untereinheit C, was eine Konformationsänderung erzeugt, die sich zwischen den drei Untereinheiten ausbreitet und deren Dissoziation sowohl von Aktin- als auch von Tropomyosinmolekülen ermöglicht .

Diese Dissoziation zwischen Troponin, Tropomyosin und Actin zeigt die Bindungsstellen für Myosin auf Actin. Dann können die Kugelköpfe der letzteren mit Aktinfasern interagieren und eine ATP-abhängige Kontraktion durch Verschiebung eines Filaments über das andere initiieren.

Troponin-Test

Troponin ist der bevorzugte Biomarker zum Nachweis von Herzläsionen. Aus diesem Grund wird der Troponin-Test häufig in der biochemischen, frühen und / oder präventiven Diagnose einiger kardialer pathologischer Zustände wie akutem Myokardinfarkt eingesetzt.

Dieser Test wird von vielen behandelnden Ärzten gefunden, um Entscheidungen darüber zu treffen, was zu tun ist und welche Behandlung Patienten mit Brustschmerzen zu verabreichen ist.

Es ist im Allgemeinen mit dem Nachweis von Troponin T- und I-Untereinheiten verbunden, da die Troponin C-Isoform auch in langsam zuckenden Skelettmuskeln gefunden wird; das heißt, es ist nicht spezifisch für das Herz.

Worauf basiert der Troponin-Test?

Der Troponin-Test ist normalerweise ein immunologischer Test, der die Herzisoformen der T- und I-Untereinheiten von Troponin nachweist. Es basiert also auf den Unterschieden, die zwischen beiden Isoformen bestehen.

Isoform der Troponin I-Untereinheit (cTnI)

Im Myokardmuskelgewebe gibt es nur eine Isoform der Troponin I-Untereinheit, die durch das Vorhandensein eines posttranslationalen "Schwanzes" mit 32 Aminosäuren an seinem N-terminalen Ende gekennzeichnet ist.

Diese Isoform wird dank der Entwicklung spezifischer monoklonaler Antikörper nachgewiesen, die andere nicht kardiale Isoformen nicht erkennen, da sich der Aminosäureschwanz mehr oder weniger zu 50% von den Enden anderer Isoformen unterscheidet.

CTnI wird nicht in geschädigten Geweben exprimiert, sondern ist nur in adulten Herzgeweben zu finden.

Isoform der Troponin T-Untereinheit (cTnT)

Die Herzisoform der Troponin-T-Untereinheit wird in drei verschiedenen Genen codiert, deren mRNAs alternativ gespleißt werden können, was zur Produktion von Isoformen mit variablen Sequenzen an den N- und C-Termini führt.

Obwohl der menschliche Herzmuskel 4 Isoformen von TnT enthält, ist nur eine für erwachsenes Herzgewebe charakteristisch. Dies wird mit spezifischen Antikörpern nachgewiesen, die gegen das N-terminale Ende seiner Aminosäuresequenz konstruiert sind.

Tests der "nächsten Generation" für die T-Untereinheit der Herzisoform berücksichtigen genau die Tatsache, dass einige verletzte Skelettmuskelgewebe diese Isoform erneut exprimieren können, so dass eine Kreuzreaktion mit Antikörpern erhalten werden kann.

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