Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Функціональна біохімія м’язів



17.3.1. Механізми енергозабезпечення м’язової роботи. Прийнято вважати, що процесом, безпосередньо пов’язаним із скороченням посмугованого м’язового волокна, є розпад АТФ з утворенням АДФ і неорганічного фосфату. Тож виникає запитання: яким чином м’язова клітина може забезпечити свій скорочувальний апарат достатньою кількістю енергії у формі АТФ, тобто яким чином в процесі м’язової діяльності відбувається безперервний ресинтез цієї сполуки?

Запаси АТФ у м’язовій клітині значні, але їх вистарчає для забезпечення м’язової роботи лише впродовж 0,1 сек. Існує кілька шляхів, у ході яких м’язова тканина ресинтезує енергію. До них належать:

1. Спеціальні реакції субстратного фосфорилування.

2. Гліколіз, глікогеноліз.

3. Окиснювальне фосфорилування.

1. Участь спеціальних реакцій субстратного фосфорилування в забезпеченні енергією м’язової тканини різна – це залежить від інтенсивності, тривалості та потужності м’язової роботи. Креатинфосфокіназна реакція – найшвидший спосіб ресинтезу АТФ. Цей шлях максимально ефективний, оскільки не вимагає присутності кисню, не дає побічних небажаних продуктів і включається миттєво, але його недолік полягає в тому, що запасів креатинфосфату вистарчає для забезпечення м’язової роботи лише впродовж 20 сек.

Зворотна реакція може перебігати в мітохондріях з використанням АТФ, яка утворюється в процесі окислювального фосфорилування. Мембрана мітохондрій добре проникна як для креатину, так і для креатин фосфату, а креатинфосфокіназа присутня і в саркоплазмі, і в між мембранному просторі мітохондрій.

Креатинфосфат у м’язовій тканині (зокрема, у серцевому м’язі) може виконувати не тільки роль депо макроергічних фосфатних груп, які легко мобілізуються, а й роль транспортної форми макроергічних фосфатних зв’язків, що утворюються в процесі тканинного дихання і пов’язаного з ним окисного фосфорилування (рис. 17.3).

АТФ, синтезований у матриксі мітохондрій, переноситься через внутрішню мембрану за участі специфічної АТФ-АДФ-транслокази на активний центр мітохондріального ізоферменту креатинкінази, який розташований на зовнішньому боці внутрішньої мембрани: у міжмембранному просторі (у присутності іонів Мg2+) при наявності в середовищі креатину утворюється потрійний фермент-субстратний комплекс креатин-креатинкіназа-АТФ-Мg2+, який потім розпадається з утворенням креатинфосфату й АДФ-Мg2+. Креатинфосфат дифундує в цитоплазму, де використовується в міофібрилярній креатинкіназній реакції для рефосфорилювання АДФ, що утворилась при скороченні. Висловлюються припущення, що не тільки в серцевому м’язі, але й у скелетній мускулатурі є подібний шлях транспорту енергії з мітохондрій у міофібрили.

Деяка кількість АТФ може ресинтезуватися в процесі аденілаткіназної (міокіназної) реакції:

Основне значення цієї реакції полягає в утворенні АМФ – потужного алостеричного активатора ключових ферментів гліколізу та глікогенолізу.

2. Гліколіз і глікогеноліз не вимагають присутності кисню та володіють великим резервом субстратів: використовуються як глікоген м’язів, так і глюкоза крові, яка вивільняється при розпаді глікогену печінки. Недоліками цього шляху є незначна ефективність (3 молекули АТФ на один глюкозний залишок глікогену), накопичення недоокиснених продуктів (лактату), а також те, що гліколіз розпочинається не зразу, а лише через 10 – 15 сек після початку м’язової роботи. При роботі помірної інтенсивності м’яз може покривати свої енергетичні витрати за рахунок аеробного метаболізму.

3. Окиснювальне фосфорилування – це найбільш енергетично вигідний процес (при окисненні 1 молекули глюкози синтезується 38 молекул АТФ), він має велику кількість субстратів (глюкоза, глікоген, гліцерин, кетонові тіла), а продукти його розпаду – СО2 та Н2О практично нешкідливі. Єдиний недолік цього шляху полягає в тому, що він вимагає великої кількості кисню. Важливу роль у забезпеченні м’язової клітини киснем відіграє міоглобін, спорідненість якого до кисню значно більша порівняно з гемоглобіном: при парціальному тиску 30 мм.рт.ст. міоглобін насичується киснем на 100 %, а гемоглобін – лише на 30 %.

Особливості біоенергетичних процесів у міокарді. Для серцевого м’яза теплокровних тварин і людини основним шляхом утворення багатих енергією фосфорних сполук є саме шлях окисного фосфорилування, тому серцевий м’яз дуже чутливий до нестачі кисню. Характерною особливістю обміну речовин у серцевому м’язі в порівнянні з скелетними є також те, що аеробне окиснення речовин невуглеводної природи при роботі серцевого м’яза має більше значення, ніж при скороченні скелетного м’яза. Лише 30 – 35 % кисню, що поглинається серцем у нормі, витрачається на окиснення вуглеводів і продуктів їх перетворення. Основним субстратом дихання в серцевому м’язі є жирні кислоти (здебільшого олеїнова), кетонові тіла, молочна кислота. Окиснення невуглеводних речовин забезпечує приблизно 65 – 70 % потреби міокарду в енергії.

Під час їжі чи фізичного навантаження зростає окиснення глюкози до молочної кислоти. Перетворення останньої на піровиноградну кислоту забезпечує ЛДГ1, яка є органоспецифічною для серця. Піруват зазнає окиснювального фосфорилування в мітохондріях кардіоміоцитів, а креатинфосфат переносить утворену в мітохондріях енергію до міофібрил. Механізм цього перенесення зображений на рисунку 17.3.

17.3.2. Механізм скорочення та розслаблення скелетного м’яза. М’язове скорочення розпочинається з нервового імпульсу. Під впливом ацетилхоліну виникає збудження клітинної мембрани і різко зростає проникність її для іонів Са2+. Останній поступає в саркоплазму з депо – цистерн цитоплазматичного ретикулуму. Концентрація кальцію в цитоплазмі м’язової клітини різко зростає в 100 разів (з 10-7 М до 10-5 М). він зв’язується з тропоніном С, утворюючи комплекс (Тн-С - 4 Са2+), який реагує з тТн-І та Тн-Т, впливаючи на їх взаємодію з тропоміозином, внаслідок чого останній або від’єднується, або змінює конформацію F-актину таким чином, що з’являється можливість його взаємодії з міозиновою голівкою. Розпочинається цикл м’язового скорочення, який складається з 5 основних стадій:

1) Після поступлення нервового імпульсу міозинова голівка сама по собі може гідролізувати АТФ до АДФ і Фн, але при цьому продукти гідролізу не вивільняються, тому цей процес не носить каталітичного характеру (рис. 17.4, 2).

2) Міозинова “голівка”, що містить АДФ і Фн вільно обертається під великим кутом і при досягненні потрібного положення зв’язується з F-актином, утворюючи з віссю фібрили кут 90º (рис. 17.4, 3);

3) Ця взаємодія забезпечує вивільнення АДФ і Фн з актин-міозинового комплексу (рис. 17.4, 4). Актоміозиновий зв’язок має найменшу енергію при розмірі кута 450, тому кут міозину з віссю фібрили змінюється з 90º на 45º, просуваючи при цьому актин у напрямку центра саркомера на один елементарний крок (10 – 15 нм). Чим більше міозинових голівок, тим потужніша сила м’язового скорочення.

4) нова молекула АТФ зв’язується з комплексом міозин-F-актин (рис. 17.4, 5).

5) комплекс міозин-АТФ має низьку спорідненість до актину, тому відбувається відокремлення міозинової (АТФ) “голівки” від F-актину (рис. 17.4, 5). Остання стадія і є власне розслабленням, яке залежить від зв’язування АТФ з актин-міозиновим комплексом. АТФ знову гідролізується міозиновою голівкою і цикл повторюється.

Розслаблення скелетного м’яза відбувається у випадку, коли концентрація іонів Са2+ у саркоплазмі стає нижчою за 10-7 М. При цьому комплекс Тн-С - 4 Са2+ руйнується під впливом мембрано-зв’язуючого фермента Са2+-залежної АТФази, яка використовує енергію АТФ для перенесення іонів Са2+ назад у цистерни проти градієнта їх концентрації. накопиченню іонів Са2+ у цистернах сприяє білок кальсеквестрин. Далі Тн-І, реагуючи з тропоміозином, інгібує подальшу взаємодію міозинової голівки з F-актином.

17.3.3. Механізм скорочення та розслаблення гладкого м’яза. Молекулярні структури гладких м’язів дуже схожі з відповідними структурами посмугованих, але розташування саркомерів у них не дає характерної посмугованості. Подібно до скелетних м’язів, гладкі м’язи містять молекули a-актиніну та тропоміозину, але в них відсутня тропонінова система. Окрім того, легкі ланцюги (рL-ланцюги) міозинових молекул гладких м’язів відрізняються від аналогічних ланцюгів у скелетних м’язах.

Особливості актин-міозинової взаємодії представлені в таблиці 17.2.

 

Таблиця 17.2. Актин-міозинова взаємодія в посмугованих і гладких м’язах

  Посмуговані м’язи Гладкі м’язи
Білки м’язових філаментів Актин, міозин, трпонін (С, І, Т), тропоміозин Актин, міозин, тропоміозин  
Спонтанна взаємодія F-актину з міозином Є Немає
Інгібітор взаємодії F-актину з міозином Тропонінова система Нефосфорильований рL-ланцюг міозину
Активатор скорочення Са2+ Са2+
Безпосередня дія іонів кальцію 4 Са2+ зв’язується з Тн-С. Комплекс запобігає інгібувальній дії тропоніну І на взаємодію F-актину з міозином (робить можливою активацію АТФази F-актином) 4 Са2+ зв’язується з кальмодуліном. Комплекс активує кіназу рL-ланцюгів міозину. Фосфорильований рL-ланцюг перестає інгібувати взаємодію F-актину з міозином (робить можливою активацію АТФази F-актином)

Коли міозин гладких м’язів зв’язується з F-актином, то утворюється комплекс, позбавлений помітної АТФазної активності. рL-ланцюг міозину запобігає зв’язуванню його голівок з F-актином. Для подолання цієї перешкоди необхідне фосфоритування рL-ланцюга. У саркоплазмі гладких м’язів присутня кіназа легких ланцюгів міозину, яка є Са2+-залежною. Вона активується лише у випадку зв’язування кальцію з кальмодуліном, після чого може відбуватися фосфорилування рL-ланцюга з подальшою взаємодією міозинової голівки з F-актином (рис.17.5).

Знову ж таки, розслаблення гладкого м’яза відбувається при зниженні концентрації іонів Са2+ (нижче 10-7 М) у саркоплазмі, при цьому кальцій від’єднується від кальмодуліну, який, своєю чергою, відокремлюється від кінази легкого ланцюга міозину, викликаючи його інактивацію.

Рис. 17.5. Регуляція скорочення гладкого м’яза

 

Дефосфорильований рL-ланцюг міозину інгібує зв’язування міозинових голівок з F-актином і пригнічує активність АТФази.

 




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.