Механизм мышечного сокращения и расслабления

СОКРАЩЕНИЕ И РАССЛАБЛЕНИЕ МЫШЦЫ

Предполагается, что при сокращении скелетной мышцы нити миозина и актомиозина, т. е. параллельно расположенные нити миозина и актина, начинают действовать как ферменты на распад аденозин-трифосфорной кислоты — АТФ. Эта кислота является основным источником энергии мышцы. Энергия расщепления АТФ используется при сокращении мышцы для скольжения нитей актина, проникающих между нитями миозина в мезофрагму, в которой при этом образуется актомиозин. В результате во время сокращения мышцы уменьшается высота изотропных дисков, а высота анизотропных дисков почти не изменяется. После этого прекращается расщепление АТФ. Две системы нитей актина и миозина проникают друг в друга подобно зубцам двух гребенок.

Рис. 31. Взаимное скольжение толстых и тонких протофибрилл при сокращении скелетной мышцы. Одна тонкая протофибрилла расположена между тремя толстыми

В присутствии АТФ нити актомиозина выделяют воду и сокращаются, нити миозина также сокращаются. В результате тренировки активность обоих ферментов — миозина и актомиозина — увеличивается. Чем больше при расслаблении скелетной мышцы актиновые нити выходят за пределы миозиновых, тем больше укорачивается мышца во время сокращения.

В состоянии покоя растяжимость анизотропных дисков в 2 раза больше, чем изотропных. При сокращении она становится одинаковой, так как, когда мышца сокращается без изменения ее длины (при статическом усилии), увеличивается эластичность изотропных дисков — они становятся в 2 раза длиннее анизотропных. Это предохраняет мышечное волокно от разрыва, если длина анизотропных дисков уменьшается очень быстро при статических усилиях.

Миоглобин саркоплазмы насыщается кислородом при значительно меньшем давлении этого газа, чем гемоглобин крови. Таким образом он обеспечивает снабжение мышцы кислородом и образование его запаса в мышце. При соединении с кислородом миоглобин превращается в оксимиоглобин. Особенно много миоглобина содержится в мышцах, производящих интенсивную работу. В среднем миоглобин связывает 14% кислорода от общего его запаса в организме.

Регуляция сокращения и расслабления мышц в живой клетке

Сокращение.

Мышечное сокращение начинается с нервного импульса. Под воздействием ацетилхолина развивается возбуждение клеточной мембраны и резко повышается ее проницаемость для Са²⁺.

1. Са²⁺ поступает в цитоплазму мышечной клетки (саркоплазма) из депо - цистерн цитоплазматического ретикулума. Концентрация Са²⁺ в саркоплазме мгновенно увеличивается в 100 раз (с 10-7М до 10-5М).

2. Кальций связывается с тропонином "С". Это приводит к конформационным изменениям молекулы тропонина, в результате устраняется пространственное препятствие в виде тропонина "I", в результате конформационных изменений тропонина "Т" молекула тропомиозина оттягивается в сторону и открывает на поверхности актина миозин-связывающие центры. Дальше мышечное сокращение идет по схеме.

Расслабление.

Освобождение тропонина "С" от Са²⁺ - для этого работает мембрано-связанный фермент Са²⁺-зависимая АТФаза. Этот фермент использует энергию гидролиза АТФ для переноса Са²⁺ обратно в цистерны против градиента их концентраций. Накоплению ионов кальция в цистернах помогает белок кальсеквестрин. Кальсеквестрин - связывает Са²⁺ в цистернах. Когда мышца готова к сокращению, концентрация Са²⁺ в цистернах велика.

Не только процесс сокращения, но и процесс расслабления нуждается в АТФ, потому что если нет АТФ, то не работает Са²⁺-зависимая АТФаза. В этих условиях кальций связан с тропонином "С" - вся система находится в активном состоянии, нет распада актомиозинового комплекса - мышца постоянно находится в состоянии сокращения. Такая ситуация наблюдается после смерти человека в состоянии "трупного окоченения".

Запасы АТФ в клетке значительны, но их хватает для обеспечения мышечной работы только в течение 0.1 секунды. Но в мышечной клетке идет очень быстрый ресинтез АТФ.

Особенность мышечной ткани - очень быстрые изменения концентрации АТФ (в 100 и более раз).

Поиск по сайту: