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-АТФ2- до АДФ и Фн, 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?