Биохимические основы жизнедеятельности организма человека - Волков Н.И., Несен Э.Н. 2000

Биохимия спорта
Биохимия мыши и мышечного сокращения
Молекулярный механизм мышечного сокращения

Последовательность биохимических и механических изменений на уровне саркомера представлены на рис. 121. Нервный импульс вызывает осво­бождение ионов Са²⁺ из пузырьков саркоплазматического ретикулума:

Свободные ионы кальция, поступая к миофибриллам, связываются с тропонином (Тн) и способствуют открытию блокированных актиновых цен­тров взаимодействия с миозином, т. е. активируют актин (А):

Ионы кальция активируют также АТФ-азу миозина (М), которая в при­сутствии Са²⁺ расщепляет комплекс Mg-АТФ^2- до АДФ и Ф_н, что создает возможность соединения актина с головками миозина:

Процесс присоединения актина к головкам миозина сопровождается отделением продуктов АТФ-азной реакции и высвобождением химической энергии, которая преобразуется в механическую энергию напряжения актомиозиновых спаек движения (скольжения) тонких нитей к центру сарко­мера (см. рис. 120):

При скольжении тонких нитей вдоль толстых степень напряжения сни­жается и головки миозиновых молекул легко соединяются со свободными молекулами АТФ, что приводит к разрыву актомиозиновых спаек (см. рис. 121):

Если возбуждение мышцы не прекращается, то цикл описанных выше реакций повторяется, но уже с соседним активным центром тонкой нити. При прекращении нервной стимуляции мышцы ацетилхолин быстро рас­щепляется ацетилхолинэстеразой и восстанавливается исходное поляри­зованное состояние сарколеммы. Свободные ионы Са²⁺ из саркоплазмы поглощаются саркоплазматическим ретикулумом обратно с участием АТФ- зависимого Са²⁺-насоса. При гидролизе одной молекулы АТФ переносят­ся два иона кальция:

Удаление ионов Са²⁺ от сократительных белков приводит к началу рас­слабления. При расслаблении концентрация кальция в саркоплазме снижается от 10^-5 до 10^-7 моль ⋅ л^-1. Это приводит к потере активности АТФ-азы миозина. Головки миозиновых нитей связывают АТФ, но не рас­щепляют их. Тропонин при отсутствии кальция снова блокирует активные центры тонких нитей. Все это приводит к разрыву актомиозиновых ком­плексов и расхождению актиновых и миозиновых нитей. Под действием упругих сил белков стромы мышца возвращается в исходное состояние.

Рис. 121 Биохимия механизма сокращения и расслабления мышц

Таким образом, в процессе сокращения и расслабления мышц АТФ выполняет следующую роль:

✵ в покоящейся мышце — препятствует соединению актиновых нитей с миозиновыми;

✵ в процессе сокращения мышцы — поставляет необходимую энергию для движения тонких нитей относительно толстых, что приводит к укоро­чению мышцы или развитию напряжения;

✵ в процессе расслабления — обеспечивает энергией активный тран­спорт Са²⁺ в ретикулум.

Для поддержания сократительной функции мышцы концентрация АТФ в ней должна находиться на постоянном уровне в пределах от 2 до 5 ммоль ⋅ кг^-1. Поэтому при мышечной деятельности АТФ должна восста­навливаться со скоростью, с которой расщепляется в процессе сокраще­ния, что осуществляется отдельными биохимическими механизмами ее ресинтеза.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите типы мышечной ткани и их различия.

2. Охарактеризуйте типы мышечных волокон и их вовлечение в мышечную деятельность.

3. Какое соотношение отдельных типов волокон характерно для нетрени­рованного человека, спринтера и марафонца?

4. Возможно ли изменение соотношения типов мышечных волокон в мышцах?

5. Что понимают под рекруитированием мышечных волокон?

6. Как происходит восстановление разрушенного мышечного волокна?

7. Назовите структурные и сократительные элементы мышечного волокна и их функциональное назначение.

8. Что понимают под двигательной единицей мышцы?

9. Назовите белки мышц. Какова их функциональная роль?

10. Каковы особенности строения и свойств сократительных белков, их ло­кализация в мышечном волокне?

11. Какие азотистые и безазотистые вещества имеются в мышцах, какова их роль?

12. Какими макроэргическими веществами располагает мышечное волокно?

13. Дайте характеристику биохимического механизма мышечного сокра­щения.

14. Какова роль ацетилхолина, ионов кальция, тропонина и тропомиозина в мышечном сокращении и расслаблении?

15. Как происходит процесс расслабления мышц?

16. Какова роль АТФ в процессах сокращения и расслабления мышц?