Курсовая работа моделирование сокращения мышечной ткани
Структура и функция сократительных белков
жүктеу/скачать 1.91 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 1.4 Молекулярные механизмы мышечного сокращения
| 1.3 Структура и функция сократительных белков
Основную сократительную функцию во всех видах мышц осуществляют сократительные белки актин и миозин, состоящие из тонких и толстых нитей-миофиламентов (миофибрилл). Химическую регуляцию осуществляют тропомиозин и комплекс тропонина, состоящий из субъединиц: ингибиторный тропонин, тропонин-связывающий тропонин, и кальций-связывающий тропонин. (Рисунок 2). Рисунок 2 - Структура сократительных белков Молекула миозина состоит из 2 тяжелых и 4 легких цепей. Легкие цепи формируют головку молекулы миозина, обладающей способностью к АТФ-азной активности (щелочные цепи) и изменению конформации под воздействием ионов кальция. Толстая миофибрилла содержит около сотни молекул миозина, закрученных относительно друг друга тяжелыми цепями от центра к краям. В результате центральная область толстых нитей миозина не содержит головок легких цепей, обладающих АТФ-азной активностью.[1] 1.4 Молекулярные механизмы мышечного сокращения Сокращение мышц происходит в результате изменения длины множества саркомеров, последовательно соединенных в миофибриллах. Рассматривая структуры саркомера в сокращенном (Рисунок 3 - справа), и расслабленном состояниях (Рисунок 3 - слева), можно наблюдать изменения поперечной исчерченности и взаимного расположения нитей во время сокращения: тонкие актиновые нити скользят вдоль толстых миозиновых, двигаясь между ними к середине саркомера. Рисунок 3 – Структура саркомера в расслабленном и сокращенном состояниях: А) поперечно-полосатая структура миофибрилл, Б) организация миозиновых и актиновых нитей. В 1954г. независимо друг от друга Х.Э. Хаксли и А. Ф. Хаксли для объяснения механизма сокращения мышц предложили теорию скольжения нитей. Основное положение которой – при мышечном сокращении актиновые и миозиновые нити не меняют своей длины, то есть, сокращение саркомера, а, следовательно, и всего мышечного волокна происходит из-за активного скольжения тонких (актиновых) нитей относительно толстых (миозиновых). Когда актиновые филаменты глубоко втягиваются по направлению к центру диска, который определяет границы саркомеров, сокращение заканчивается. Данные световой микроскопии подтверждают эту теорию: ширина А-диска (1,6 мкм) при сокращении не изменяется, в то время как I–диски и Н–зоны сужаются. При расслаблении или растяжении мышцы область, где происходит перекрывание тонких и толстых филаментов, сужается. Скольжение миозиновых и актиновых филаментов друг относительно друга объясняется силами, которые генерируют поперечные мостики при взаимодействии с актиновыми филаментами. Поперечные мостики (Рисунок 4) должны последовательно прикрепляться к актиновому филаменту, развивать силу, отходить и вновь прикрепляться в другом месте. Для поддержания активного сокращения, поперечные мостики должны двигаться асинхронно, то есть в любой момент времени некоторые мостики прикреплены к актину, а другие - отсоединены. После отсоединения поперечный мостик должен опять прикрепиться к нити актина, но уже дальше, в сторону Z-пластинок, внося тем самым вклад в активное скольжение вдоль указанного направления. На Рисунке 4,А изображена модель механизма сокращения: нить миозина с поперечными мостиками, которые прикреплены к соседним нитям актина; сверху–до, снизу–после движения мостиков. На Рисунке 4,Б - механизм генерирования силы поперечным мостиком. Поперечные мостики химически соответствуют субфрагменту миозина – «тяжелому меромиозину», который состоит из двух фрагментов: головки и шейки. Этапы генерирования сокращения Стимуляция мышечного волокна Потенциал действия (возбуждение мембраны) Электромеханическое сопряжение Проведение возбуждения по Т–системе Высвобождение Ca2+ из продольной системы Действие Са2+ на миофибриллы Сокращение миофибрилл: циклическая активность поперечных мостиков а б Рисунок 4 - Функционирование поперечных мостиков. Было обнаружено, что при недостаточном количестве Са2+ скелетная мышца не сокращается ни в ответ на деполяризацию мембраны, ни при добавлении АТФ. Зависимость между концентрацией свободного Са2+ в саркоплазме и силой сокращения мышц была установлена сравнительно недавно. При концентрации кальция около10-8М значение силы становится отличным от нуля, и достигает максимума при концентрации кальция около 5*10-6 М. Данная зависимость между силой и концентрацией Са2+ аналогична зависимости между скоростью гидролиза АТФ гомогенизированных миофибрилл и концентрацией Са2+. После повышения внутриклеточного уровня выше критического (0,1 мкМ) ионы кальция соединяются с кальций-связывающим тропонин, в результате чего весь тропониновый комплекс изменяет конформацию и снимается влияние ингибиторного тропонина на молекулу актина. К открывшимся на молекуле актина участкам прикрепляются легкие цепи головки миозина. АТФ-азная активность миозина не подчиняется простой кинетике ферментативного катализа, так как протекает через ряд стадий, скорость которых зависит от структурных перестроек молекулы в присутствии актина и ионов кальция. Лимитирующей стадией процесса становится распад фосфорилированной формы миозина в отсутствии актина (диссоциация актин-миозинового комплекса). Наоборот, после взаимодействия актина с миозином фосфорилированный миозин распадается очень быстро (скорость реакции увеличивается на несколько порядков). В результате распада молекула миозина становится свободной для очередного фосфорилирования, необходимого для перемещения нитей актина относительно миозина – собственно процесса сокращения. [1] Во время расслабления мышц головки миозина отделяются от нитей актина. Так как нити актина и миозина легко скользят друг относительно друга, расслабленные мышцы обладают очень низким сопротивлением растяжению. Их можно снова и снова растягивать до начальной длины, приложив совсем небольшую силу. Отсюда следует, что удлинение мышцы в процессе расслабления носит пассивный характер. жүктеу/скачать 1.91 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|