содержание .. 20 21 22 23 24 25 26 27 28 ..
Глава 33.
Биохимия мышечной ткани
Подвижность является характерным свойством всех форм жизни - расхождение хромосом в митотическом аппарате клеток, воздушно-винтовые движения жгутиков бактерий, крыльев птиц, точные движения человеческой руки, мощная работа мышц ног. Все это достигается работой мышц, обеспечивающих подвижность путем сокращения и последующего расслабления.
Принято различать три типа мышечной ткани:
1. скелетная мускулатура;
2. сердечная мышца;
3. гладкая мускулатура.
Существует также деление на:
1. гладкие мышцы;
2. поперечно-полосатые мышцы.
К поперечно-полосатым мышцам относятся:
1. скелетные;
2. мышцы языка и верхней трети пищевода;
3. внешние мышцы глазного яблока и некоторые другие.
Гладкая мышечная ткань входит в состав мышц внутренних органов: желудочно-кишечного тракта, бронхов, мочевыводящих путей, кровеносных сосудов.
В морфологическом отношении миокард относится к поперечно-полосатой мускулатуре, но по ряду других признаков он занимает промежуточное положение между гладкими и поперечно-полосатыми мышцами.
Белки мышечной ткани
Выделяют три группы белков:
1. миофибриллярные белки – 45 %;
2. саркоплазматические белки – 35 %;
3. белки стромы – 20 %.
Миофибриллярные белки.
К этой группе относятся:
1. миозин;
2. актин;
3. актомиозин;
а также так называемые регуляторные белки:
4. тропомиозин;
5. тропонин;
6. a - и b-актин.
Саркоплазматические белки.
Характеризуются растворимостью в солевых растворах с низкой ионной силой. К числу саркоплазматических белков относятся: дыхательный пигмент миоглобин, разнообразные белки-ферменты (гликолиза, дыхания и окислительного фосфорилирования, азотистого и липидного обмена) и др.
Белки стромы.
Представлены в основном коллагеном и эластином. Белок миостромин участвует в образовании сарколеммы и линии Z.
Экстрактивные вещества мышц:
1. адениловые нуклеотиды (АТФ, АДФ, АМФ);
2. гликоген – запасной источник энергии;
3. креатин, креатинфосфат – резервный источник ресинтеза АТФ;
4. свободные аминокислоты;
5. карнозин, ансерин – специфические азотистые вещества; увеличивают амплитуду мышечного сокращения, сниженную утомлением;
6. неорганические соли.
Биохимические механизмы сокращения и расслабления мышц
Биохимический цикл мышечного сокращения состоит из 5 стадий:
1. 1–2–3 – стадии сокращения;
2. 4–5 – стадии расслабления.
1 стадия – в стадии покоя миозиновая «головка» может гидролизовать АТФ до АДФ и Фн, но не обеспечивает освобождения продуктов гидролиза. Образуется стабильный комплекс: миозин-АДФ-Фн.
2 стадия – возбуждение двигательного нерва приводит к освобождению ионов Са2+ из саркоплазматического ритикулума мышечного волокна. Ионы Са2+ связываются тропонином С (Тн-С). В результате этого взаимодействия изменяется конформация всей молекулы тропонина, а затем – тропомиозина. Вследствие этого в актине открываются центры связывания с миозином. Миозиновая «головка» связывается с F-актином, образуя с осью фибриллы угол около 900.
3 стадия – присоединение актина к миозину обеспечивает высвобождение АДФ и Фн из актин-миозинового комплекса. Это приводит к изменению конформации этого комплекса и угол между актином и миозиновой «головкой» изменяется с 900 до 450. В результате изменения угла филаменты актина втягиваются между филаментами миозина, т. е. происходит их скольжение навстречу друг другу. Укорачиваются саркомеры, сокращаются мышечные волокна.
4 стадия – новая молекула АТФ связывается с комплексом актин-миозин.
5 стадия – комплекс миозин-АТФ обладает низким сродством к актину и поэтому происходит отделение миозиновой «головки» от F-актина. Филаменты возвращаются в исходное состояние, мышца расслабляется. Затем цикл возобновляется.
Рис. 33.1. Цикл мышечного сокращения
Движущая сила мышечного сокращения – энергия, освобождающаяся при гидролизе АТФ.
Роль ионов кальция в регуляции мышечного сокращения
Ключевая роль в регуляции мышечного сокращения принадлежит ионам кальция (Са2+). Миофибриллы обладают способностью взаимодействовать с АТФ и сокращаться лишь при наличии в среде определенных концентраций ионов кальция. В покоящейся мышце концентрация ионов Са2+ поддерживается ниже пороговой величины при участии Са2+-зависимой АТФазы. В состоянии покоя эта система активного транспорта накапливает кальций в цистернах саркоплазматического ретикулума и трубочках Т-системы.
Мышечное сокращение инициируется приходом потенциала действия на концевую пластинку двигательного нерва. В синапс выделяется ацетилхолин, который связывается с постсинаптическими рецепторами мышечного волокна. Далее потенциал действия распространяется вдоль сарколеммы к поперечным трубочкам Т-системы и происходит передача сигнала на цистерны саркоплазматического ретикулума. Последние начинают освобождать находящийся в них кальций в саркоплазму. Концентрация Са2+ увеличивается с 10–7 до 10–5 ммоль/л. Кальций связывается с Тн-С, что вызывает конформационные сдвиги, передающиеся на тропомиозин и далее - на актин. Открываются закрытые ранее центры в актине для связывания с миозином. Актин взаимодействует с миозином, что инициирует сокращение мышечного волокна.
После прекращения действия двигательного импульса кальций с помощью Са2+-зависимой АТФазы откачивается из цитоплазмы в цистерны саркоплазматического ретикулума. Уход кальция из комплекса с Тн-С приводит к смещению тропомиозина и закрытию активных центров актина. Миозиновая «головка» отсоединяется от актина. Мышца расслабляется.
Кальций является аллостерическим модулятором мышечного сокращения.
Деполяризация Т-трубочек
↓
Выброс Са2+ из цистерн
↓
саркоплазматического ретикулума
↓
Комплекс Тн-С + 4Са2+
↓
Тропонин (активный)
↓
Тропомиозин (активный)
↓
F – актин
↓
Актин – Миозин
↓
АДФ, Фн
↓
сократительный цикл
Рис. 33.2. Роль ионов кальция в мышечном сокращении
Биохимия мышечного утомления
Утомление – состояние организма, возникающее вследствие длительной мышечной нагрузки и характеризующееся временным снижением работоспособности.
Центральная роль в развитии утомления принадлежит нервной системе. В состоянии утомления в нервных клетках снижается концентрация АТФ, нарушается синтез ацетилхолина в синапсах и передача двигательных импульсов к мышце.
Биохимические изменения в работающей мышце при утомлении:
1. снижение содержания АТФ, креатинфосфата, гликогена;
2. снижение активности Са2+-актомиозиновой АТФазы, что приводит к уменьшению скорости расщепления АТФ в миофибриллах и к уменьшению мощности выполняемой работы;
3. снижение активности ферментов аэробного окисления субстратов и нарушение сопряжения реакций окисления с синтезом АТФ;
4. усиление гликолиза, сопровождающееся накоплением молочной кислоты и снижением рН крови (до 7,25 – 7,15);
5. закисление крови приводит к нарушению гомеостаза, появляются боли в мышцах, тошнота, головокружение;
6. развитие внутриклеточного метаболического ацидоза и ингибирование ключевых ферментов гликолиза.
Утомление является защитной реакцией организма, предохраняющей его от функционального истощения.
содержание .. 20 21 22 23 24 25 26 27 28 ..