Белок в мышцах: Стали известны механизмы работы белка, который стимулирует рост мышц — Naked Science

Содержание белков в мышце во время тренировок регулируется на различных уровнях

Подготовила

Елена Клещенко

Российские ученые исследовали, как изменение активности генов влияет на содержание их белковых продуктов в скелетных мышцах человека.

Подготовила

Елена Клещенко

Регулярные аэробные упражнения низкой интенсивности (аэробная тренировка) улучшают чувствительность к инсулину, углеводно-жировой обмен и предотвращают опасные нарушения метаболизма, такие как метаболический синдром и диабет второго типа. Частично это связано с тем, что упражнения увеличивают в скелетных мышцах объем и количество митохондрий и активность митохондриальных ферментов, что увеличивает способность мышц окислять углеводы и жиры. Большой интерес представляют молекулярные механизмы, лежащие в основе этих эффектов, в частности, та роль, которую играет увеличение активности генов в увеличении содержания митохондриальных белков.

Помимо этого, скелетные мышцы человека — одна из немногих тканей, доступных для многократного взятия биопсических проб, что делает ее удобной моделью.

Сотрудники Института медико-биологических проблем РАН, факультета фундаментальной медицины МГУ, Института фундаментальной медицины и биологии КФУ из Казани и их коллеги исследовали изменения протеома и транскриптома в скелетной мышце у нетренированных мужчин после двух месяцев аэробных тренировок на велотренажере — по часу в день, пять дней в неделю. Пробы мышечной ткани из наружной головки четырехглавой мышцы бедра брали с помощью игольчатой биопсии, изменения транскриптома и протеома исследовали методами РНК-секвенирования и масс-спектрометрии.

В общей сложности было детектировано около 800 белков (14% протеома мышц, представленного в базе данных Human Protein Atlas). Главным образом это были высокопредставленные (с высокой массовой концентрацией) белки — окислительно-восстановительные ферменты, белки, связывающие нуклеиновые кислоты (преимущественно РНК), белки цитоскелета и теплового шока (шапероны), тогда как регуляторные белки — факторы транскрипции, сигнальные молекулы, рецепторы и транспортеры, были детектированы в малом количестве.

Сопоставление увеличения содержания белков, вызванное аэробными тренировками, с изменением уровня активности их генов позволило выяснить, что белки с различными функциями регулируются разными способами. Например, рост количества белков, внеклеточного матрикса сопровождается увеличением количества мРНК (активацией их генов), тогда как увеличение количества митохондриальных белков происходит без изменений количества их мРНК. Оказалось, что митохондриальные белки регулируются на другом уровне: увеличение содержания митохондриальных белков происходило на фоне увеличения содержания шаперонов — белков, ответственных за поддержание и восстановление правильной конформации других белков. Эти данные и биоинформатический анализ позволили авторам предположить, что содержание митохондриальных белков в мышцах возрастает за счет увеличения их стабильности. С точки зрения энергетических затрат, такая регуляция высокопредставленных белков значительно экономичнее, чем регуляция на уровне транскрипции: выгоднее продлевать жизнь белков с помощью шаперонов и регуляторов деградации, чем постоянно синтезировать новые белки.

Авторы также упоминают другие возможные механизмы увеличения количества белков, не связанные с увеличением экспрессии мРНК, например, кэп-независимую регуляцию трансляции, которая позволяет увеличивать синтез белка только для специфичных мРНК.

На вопросы PCR.news отвечает ведущий автор статьи Даниил Попов

(Институт медико-биологических проблем РАН, факультет фундаментальной медицины МГУ).

Эта работа имеет отношение к MUSCLE-FANTOM, о котором нам рассказывал Олег Гусев? 

Это исследование было выполнено вместе с нашими коллегами из Казанского федерального университета — Олегом Гусевым и другими, — которые активно работают над проектом MUSCLE-FANTOM. Этот проект направлен на исследование работы регуляторных элементов генома в скелетных мышцах. Для этого используется специальный метод — CAGE (кэп-анализ экспрессии генов). В настоящем исследовании изменения транскриптома оценивались с помощью метода РНК-секвенирования, т. е. полученные данные напрямую к MUSCLE-FANTOM не относятся. Однако сейчас вместе с нашими казанскими коллегами мы проводим несколько исследований (в которых используем CAGE), результаты которых войдут в MUSCLE-FANTOM.

Какие практические возможности даст информация о протеоме и транскриптоме работающих мышц?

Прежде всего, скелетная мышца человека — это очень удобная модель для изучения фундаментальных механизмов регуляции генной экспрессии и содержания белков в тканях человека. Во-первых, скелетная мышца очень пластична, то есть она относительно быстро меняет свои функциональные характеристики при увеличении или при снижении уровня двигательной активности; во-вторых, ее клетки легко «стрессировать», например, с помощью дозированной физической нагрузки. Наконец, скелетная мышца человека доступна для многократного взятия проб ткани; это относительно малотравматичная процедура, которая выполняется с помощью игольчатой биопсии. Если мы будем понимать, как в скелетной мышце регулируется генная экспрессия и содержание белков (что определяет функциональные возможности мышцы), то мы сможем найти подходы для целенаправленного влияния на эти процессы.

Это, безусловно, найдет практический выход, прежде всего, для профилактики и борьбы с различными метаболическими нарушениями, с последствиями гипокинезии, от которых страдают жители развитых стран, и т.д.

Источник

Pavel A. Makhnovskii, et al. // Regulation of Proteins in Human Skeletal Muscle: The Role of Transcription. // Scientific Reports, 2020, 10, 3514; DOI: 10.1038/s41598-020-60578-2

Секвенирование Масс-спектрометрия Геномика Экспрессия генов Протеомика

Миоглобин

Миоглобин  – белок, который связывает кислород и поставляет его скелетным мышцам. Его концентрация в крови возрастает при повреждении скелетных мышц или миокарда.

Синонимы английские

Myoglobin.

Метод исследования

Иммунотурбидиметрия.

Единицы измерения

Мкг/л (микрограмм на литр).

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Венозную кровь.

Как правильно подготовиться к исследованию?

• Детям в возрасте до 1 года не принимать пищу в течение 30-40 минут до исследования.
• Не принимать пищу в течение 2-3 часов до исследования, можно пить чистую негазированную воду.
• Исключить физическое и эмоциональное перенапряжение в течение 30 минут до исследования.
• Не курить в течение 30 минут до исследования.

Общая информация об исследовании

Миоглобин – белок, который содержится в скелетной мускулатуре и сердечной мышце – миокарде. Использование запасенного О2 в мышечной ткани начинается при выраженном снижении парциального давления кислорода в мышцах. Он способен связывать кислород в мышечных клетках, что дает им энергию для сокращения. В норме миоглобина в крови настолько мало, что он не определяется лабораторными методами. При повреждении скелетных мышц или миокарда миоглобин в больших количествах попадает в кровоток. Он не является специфичным маркером повреждения миокарда, в отличие от креатинкиназы МВ и тропонина, однако реагирует на гибель мышечных клеток сердца одним из первых – через 1-2 часа его концентрация в крови увеличивается.

Миоглобин и гемоглобин относят к гемопротеинам, они содержат порфириновое производное – гем, который обеспечивает их красный цвет и способность взаимодействовать с О2. Гемоглобин ответственен за транспорт кислорода, а миоглобин – за его депонирование. Механизм действия обоих белков обуславливается строением гема, состоящего из двухвалентного железа и порфирина. Именно молекула гема отвечает за тропность белков к кислороду. Миоглобин связывает переносимый гемоглобином кислород, создавая депо О2. Когда в организме начинается кислородное голодание (после тяжелой физической нагрузки), он освобождает связанный кислород и «передает» его окислительным системам клеток, где запускается процесс окислительного фосфорилирования, в результате которого образуется необходимая для работы мышц энергия.

Миоглобин фильтруется почками и выводится из организма с мочой. Если происходит массивное повреждение мышц, например, в результате серьезной травмы, он начинает в больших количествах поступать в кровь и может повреждать почки, вызывая острую почечную недостаточность. При отсутствии воспалений или повреждений мышечной ткани он практически не фиксируется в крови. Это его свойство используется для уточнения диагноза «инфаркт миокарда». 

Для чего используется исследование?

Анализ на миоглобин, как правило, назначается вместе с другими маркерами повреждения сердечной мышцы, такими как креатинкиназа МВ, и используется для того, чтобы подтвердить или исключить инфаркт миокарда у пациентов с острой болью в сердце или другими симптомами.

Миоглобин начинает повышаться через 1-2 часа после повреждения миокарда, достигает своего пика через 8-12 часов и к концу дня обычно приходит в норму. Тропонин – «золотой стандарт» в определении инфаркта, так как он является более специфичным, однако преимущество миоглобина состоит в том, что он реагирует максимально рано, тем самым позволяя быстрее поставить диагноз. С другой стороны, необходимо понимать, что миоглобин может повышаться и без повреждения сердечной мышцы. Таким образом, отрицательный результат анализа на миоглобин исключает инфаркт, положительный – требует подтверждения тропонином.

Иногда тест на миоглобин необходим людям с серьезными травмами для того, чтобы определить вероятность поражения почек.

Когда назначается исследование?

Анализ на миоглобин назначается при подозрении на острый инфаркт миокарда. Кровь берут сразу при поступлении пациента в стационар и потом еще несколько раз через каждые 2-3 часа.

Такой тест обычно назначается вместе с другими маркерами повреждения сердечной мышцы, такими как креатинкиназа МВ и тропонин, что позволяет более уверенно судить о наличии или, напротив, отсутствии острого повреждения сердечной мышцы.

Кроме того, это исследование может понадобиться после массивных повреждений скелетной мускулатуры, чтобы оценить риск повреждения почек и острой почечной недостаточности.

Что означают результаты?

Референсные значения

Мужской пол: 23,00 – 72,00 мкг/л.

Женский пол: 19,00 – 51,00 мкг/л.

Обычно содержание миоглобина в крови настолько несущественно, что даже не может быть измерено.

Повышение уровня миоглобина в крови говорит о недавнем повреждении скелетных или сердечной мышц. Назначение тропонина или креатинкиназы МВ позволяет уточнить причину повышения миоглобина. Если в течение 12 часов боли в грудной клетке повышения миоглобина не произошло, вероятность инфаркта миокарда крайне маловероятна.

Так как миоглобин, помимо сердца, содержится еще в скелетной мускулатуре, он может повышаться и в других ситуациях:

1. синдром длительного сдавливания (краш-синдром) возникает в результате раздавливания или размозжения мышечной ткани, а также длительного прекращения кровотока по конечности;
2. любые травмы;
3. после хирургических операций;
4. судороги любого происхождения;
5. любые заболевания, приводящие к повреждению мышц: дерматомиозит, полимиозит, мышечная дистрофия и др.

Что может влиять на результат?

• Злоупотребление амфетаминами и алкоголем повышает уровень миоглобина.
• Так как миоглобин выводится через почки, его уровень может быть повышен при почечной недостаточности.

Важные замечания

• Внутримышечные инъекции и физическая нагрузка не влияют на уровень миоглобина в крови.
• Повышенный уровень миоглобина – недостаточное основание для постановки диагноза «инфаркт миокарда». Необходима комплексная оценка состояния пациента, которую может провести только врач. При этом учитывается характер болевого синдрома, история развития заболевания, ЭКГ, результаты других лабораторных и инструментальных обследований.
• В норме миоглобин не определяется в моче, настолько его в ней мало. Если уровень миоглобина повышается так, что его становится возможным измерить, то это указывает на вероятность почечной недостаточности.

Также рекомендуется

• Тропонин I
• Креатинкиназа общая
• Креатинкиназа МВ
• Аланинаминотрансфераза (АЛТ)
• Аспартатаминотраснфераза (АСТ)
• Лактатдегидрогеназа 1, 2 (ЛДГ 1, 2 фракции)

Кто назначает исследование?

Врач общей практики, терапевт, кардиолог.

белков, мышц и энергии | Iswari

Мышцы и мышечная система: что это такое и как они работают?

Мышечная система представляет собой набор органов, обеспечивающих движение человеческого тела и поток жидкостей, которые доставляют питательные вещества в наши клетки и из них. Мышцы являются главными действующими лицами движений нашего тела благодаря сокращению мышц. Это явление зависит от реакции мышечных волокон на нервный импульс: когда мозг сообщает определенной мышце намерение движения, мышечные волокна сокращаются или расслабляются, передавая энергию сухожилиям, скрепляющимся с костями.

Мышцы нашего тела можно разделить на произвольных мышц , которые позволяют перемещаться в пространстве, и непроизвольных мышц , которые поддерживают жизненно важные функции, такие как пищеварение и дыхание. Мышечная система вместе со скелетным аппаратом образует опорно-двигательный аппарат. Мышцы являются активной частью этой системы.

Для чего нужны мышцы и как они устроены?

Мышцы выполняют различные функции:

• Обеспечивают позу, передвижение и движение

• Обеспечивают внутреннюю двигательную активность органов

• Поддерживают выражение лица

• Защищают внутренние органы

• Вырабатывают тепло

Мышцы состоят из мышечных волокон, называемых миофибриллами, которые, в свою очередь, состоят из различных типов белок . Белковая структура миофибрилл — это то, что позволяет мышцам двигаться.

Мышцы: как сохранить их здоровыми

Мышцы состоят из белка . Чтобы сохранить наши мышцы здоровыми, мы должны правильно их кормить, тренировать и давать им отдыхать. Мышцы буквально поддерживают нас, позволяют нам ходить, есть и дышать. Здоровому организму нужно здоровые , хорошо тренированные мышцы которые получают достаточное количество питательных веществ.

Ошибаются те, кто думает, что достаточно просто тренироваться, чтобы иметь здоровые мышцы. Одних физических упражнений недостаточно . Во многих случаях чрезмерное мышечное усилие приводит к разрыву мышечных волокон или запускает метаболические реакции, вредные и опасные для нашего здоровья . Прежде всего, мышцы нуждаются в правильном питании.

Каковы преимущества здоровой мышечной массы?

Здоровые мышцы дают много преимуществ:

• Защищают от травм опорно-двигательного аппарата

• Защищают от травм

• Ускоряют обмен веществ

• Предотвращают проблемы с осанкой

• Регулируют температуру тела

• Улучшение пищеварения

Мы не должны ходить в спортзал каждый день, чтобы иметь здоровые мышцы, но важно делать постоянные упражнения и обеспечивать мышцы всеми необходимыми питательными веществами.

Здоровые мышцы: что есть?

Протеин – это преимущественное питание мышц. Это необходимо для всего тела и необходимо для роста мышц. Мышцы нуждаются как в макроэлементах , таких как белок, так и в микроэлементах , таких как минеральные соли и витамины. В частности:

• Белки составляют мышечную структуру и обеспечивают энергию для роста мышечной массы

• Углеводы обеспечивают немедленную энергию для мышц

• Клетчатка и полезные жиры также должны быть частью здорового питания

• Витамины группы В полезны для наращивания мышечной массы

• Витамины А, С, D также необходимы для здоровья мышц и предотвращения мышечной усталости

• Минералы, такие как магний, калий, железо и цинк, питают мышцы и способствуют восстановлению

Как выбрать лучшие белки для мышц

Основным источником питания для наших мышц является белок . Белки являются строительными блоками нашего тела: они в то же время являются центральными элементами нашей органической структуры, и топливо для наших основных функций. Белковые молекулы, состоящие из аминокислот, незаменимы в нашем рационе. Но не все белки одинаковы: белки животного происхождения связаны с поглощением жиров и токсичных веществ, а также создают этические проблемы. Однако растительный белок часто сложен для переваривания и усвоения.

При выборе наилучшего белка для наших мышц мы должны учитывать несколько факторов, в том числе содержание аминокислот в источниках белка, степень их токсичности, усвояемость и натуральный состав источника белка. Мясо, известное как один из источников белка с высоким содержанием белка, предлагает большое потребление белка в 9 раз.0005 очень высокая цена . На самом деле, вместе с белком мы также находим много насыщенных жиров. Мало того: животные белки в целом, такие как яйца, молочные продукты, мясо и рыба, часто бывают низкого качества, содержат химические вещества, опасные для нашего организма , такие как остатки антибиотиков, используемых в животноводстве, тяжелые металлы, такие как ртуть, и гормоны.

Лучший белок для мышц

Животный белок имеет то преимущество, что он полноценный и легко усваивается по сравнению с большинством растительных белков. Однако белки животного происхождения содержат много риски для здоровья и окружающей среды . С другой стороны, источники растительного белка многочисленны. Если правда, что самые распространенные овощи не содержат полного спектра аминокислот и их нужно потреблять в больших количествах, то существует полноценных растительных белков , которые имеют огромное преимущество, заключающееся в том, что они не токсичны для нашей печени, поскольку а также легко усваивается и усваивается.

Конопляный белок, семена конопли и волокна конопли: все продукты, полученные из семян конопли, полноценный продукт питания со всеми незаменимыми аминокислотами, минералами, витаминами и идеальным соотношением между омега-3 и омега-6.

Rice Protein: полноценный белок с нейтральным вкусом и легко усваивается. Он содержит 149 % рекомендуемой суточной нормы белка.

Гороховый протеин: похож на рисовый протеин, он универсален, имеет нейтральный вкус и содержит 160 % рекомендуемой суточной нормы белка (A.R.). Рис, горох и конопля в одной смеси. Полный спектр аминокислот с природными витаминами, минералами и омега-3.

Super Green Protein: сочетание не только лучшего растительного белка, но и с добавлением зеленых суперпродуктов (спирулины, хлореллы и матча) для дополнительной порции энергии!

Белки и мышцы | НСТА

 

Плейлист NSTA

 

План урока

План урока

Контрольный список осмысления

Что такое плейлисты NSTA?

Плейлисты — это наборы ресурсов для поддержки преподавания и изучения современных естественных и естественных наук, ставящих во главу угла равенство. Эти списки воспроизведения содержат учебные материалы и/или оценочные задания для использования в классе в сочетании с профессиональными учебными ресурсами для поддержки внедрения.

  

План урока 1

Как люди наращивают мышцы, если они не едят мышечные белки?

Старшеклассники, как ученые, сталкиваются с загадочным явлением: профессиональные спортсмены с мускулистым телом, которые являются веганами. Студенты исследуют диеты этих спортсменов, чтобы ответить на вопрос: как люди наращивают мышцы, если они не потребляют мышечный белок? Студенты выясняют, что большая часть пищи, которую мы едим, содержит белки. Даже вещи, которые мы считаем углеводами, такие как пшеница и другие злаки, содержат белки, поэтому, даже если мы не едим определенные виды белков, мы потребляем другие белки.

Время:  Один 50-минутный урок

План урока 2

Что такое белки и чем белки, которые мы производим, отличаются от белков, которые мы едим?

Старшеклассники, как ученые, исследуют белки, чтобы ответить на следующий вопрос: что такое белки и чем белки, которые мы производим, отличаются от белков, которые мы едим? Студенты выясняют, что когда мы едим белки, мы расщепляем их на множество разных аминокислот, а когда наше тело производит белки, наши клетки объединяют множество разных аминокислот, используя информацию о наших генах/ДНК.

Время:  Один 50-минутный урок

План урока 3

Как клетки узнают, какие аминокислоты вместе образуют определенные белки?

Старшеклассники, как ученые, исследуют, как создаются новые белки, используя кусочки белков, которые они съели, чтобы ответить на следующий главный вопрос: как клетки узнают, какие аминокислоты используются вместе для производства определенных белков? Студенты выяснят, как гены состоят из последовательности ДНК, которая затем транскрибируется в РНК, которая определяет последовательность аминокислот, составляющих белок.

Время:  Один 50-минутный урок

План урока 4

Чем мышечные белки так отличаются от других белков в нашем организме?

Старшеклассники, как ученые, исследуют различия между белками, чтобы ответить на следующий вопрос: что делает мышечные белки такими отличными от других белков в нашем организме? Учащиеся взаимодействуют с изображениями, видео и симуляциями, чтобы обнаружить, что разные последовательности ДНК, найденные в разных генах, приводят к разным белкам, которые имеют разные структуры и функции. Это открытие может помочь объяснить, сколько различных белков (включая мышцы) может быть получено из аминокислот в пище, которую мы перевариваем.

Время:  Один 50-минутный урок

Вам также может понравиться

 

Сообщение в блоге

Министерство образования США объявляет о новых возможностях получения грантов для расширения набора учителей и поощрения разнообразия

 

Книга Глава

Идеальные уроки STEM, детский сад, расширенное издание: использование детских книг для трехмерного обучения (образец книги)

В этой недавно расширенной книге из серии Picture-Perfect Science есть что полюбить: вы можете сочетать STEM и чтение в увлекательных уроках.