Сократительные и регуляторные белки скелетных мышц. Механизм мышечного сокращения и расслабления. Электромеханическое сопряжение в скелетных мышцах.

Длина нитей актина и миозина в момент соскращения не изменяется. Поэтому Хаксли и Хэнсон разработали теорию скольжения нитей. Согласно этой теории мышца укорачивается в результате движения тонких актиновых нитей в промежутки между миозиновыми. Это приводит к укорочению каждого саркомера, образующего миофибриллы. Скольжение же нитей обусловлено тем, что при переходе в активное состояние головки отростков миозина связываются с центрами актиновых нитей и вызывают их движение относительно себя.

Сокращение начинается с того, что в области концевой пластинки двигательного нерва возникает ПД. Он с большой скоростью распространяется по сарколемме и переходит с неё по системе поперечных трубочек СР на продольные трубочки и цистерны. Возникает деполяризация мембраны цистерн и из них в саркоплазму высвобождаются ионы кальция. На нитях актина расположены молекулы еще двух белков – тропонина и тропомиозина. При низкой концентрации кальция, т.е. в состоянии покоя, тропомиозин блокирует присоединение мостиков миозина к нитям актина. Когда ионы кальция начинают выходить из СР, молекула тропонина изменяет свою форму таким образом, что освобождает активные центры актина от тропомиозина. К этим центрам присоединяются головки миозина и начинается скольжение за счет ритмического прикрепления и разъединения поперечных мостиков с нитями актина. При этом головки ритмически продвигаются по нитям актина к Z-мембранам. Для полного сокращения мышцы необходимо 50 таких циклов.

Передача сигнала от возбужденной мембраны к миофибриллам называется электромеханическим сопряжением. Когда генерация ПД прекращается и мембранный потенциал возвращается к исходному уровню, начинает работать Са-насос (фермент Са-АТФаза). Ионы кальция вновь закачиваются в цистерны саркоплазматического ретикулума и их концентрация падает ниже 10-8 моль. Молекулы тропонина приобретают исходную форму и тропомиозин вновь начинает блокировать активные центры актина. Головки миозина отсоединяются от них и мышца за счет эластичности приходит в исходное расслабленное состояние.

Этапы электромеханического сопряжения:

Передача импульса через нервно-мышечный синапс.

Возникновение ВПСП. 

Возникновение ПД на околосинаптической мембране. 

Проведение ПД вдоль клеточной мембраны и вглубь волокна по трубочкам Т-систем.

Передача возбуждения с Т-трубочек на СПР.

Освобождение Са2+ из СПР и повышение его концентрации в саркоплазме на порядок (от 10-7 до 10-6 М)

Диффузия Са2+ к миофибриллам.

Взаимодействие Са2+ с тропонином С.

Скольжение актиновых и миозиновых нитей.

Сокращение мышцы.

 Понижение концентрации Са2+ в саркоплазме за счет работы Са2+-насоса, закачивающего Са2+ в СПР.

 Расслабление мышцы.

 

Главными сократительными белками мышечных клеток являются фибриллярные белки миозин, актин, тропомиозин. Миозин и актин способны образовывать прочное комплексное соединение актомиозин.

Вместе с указанными главными сократительными белками обнаруживаются в незначительных количествах так называемые «минорные белки» — тропонин, α-актин, β-актин, Δ-белок, которые, по-видимому, являются регуляторными белками.

Сократительные белки в мышечных клетках организованы в протофибриллы, а в некоторых из них и в более сложные структуры — миофибриллы.

Актин и миозин расположены в мышечных волокнах и между собой их связывает поперечный мостик.

Все молекулы белка миозина имеют в своём строении головку и хвост. Когда мышечные волокна начинают перемещаться поперёк, одна к другой, тогда и мышцы сокращаются.

Актин может существовать в виде мономера (G-актин, «глобулярный актин») или полимера (F-актин, «фибриллярный актин»).

 

9