60. Молекулярная организация сократительного аппарата миофибрилл.

В сократительном аппарате миофибриллы выделяют тонкие и толстые нити. Тонкие нити состоят из глобулярного белка актина и проходят через Z-диски, на каждые 7 молекул актина приходится две молекулы тропомиозина, расположенных в каждой продольной борозде двойной спирали актина. Также в состав тонких нитей входит тропонин, соединённый с молекулами тропомиозина. Толстые нити состоят из фибриллярного белка миозина. Сам миозин в свою очередь состоит из лёгкого меромиозина, образующего продольную часть молекулы, и тяжёлого меромиозина, образующего головку миозина. Каждая нить миозина состоит из 180-360 молекул миозина, соединённых частями лёгкого меромиозина. Головки миозина – суперспирализованные участки тяжёлого меромиозина - выступают с определённой периодичностью на обоих концах нити и в процессе сокращения контактируют с нитями актина.

61. Мостиковая гипотеза мышечного сокращения. Рабочий цикл мостика, его этапы. Механизмы механохимического сопряжения в сократительном аппарате.

Мостиковая гипотеза мышечного сокращения заключается в том, что сокращение миофибрилл обеспечивается циклической работой головок миозина, образующих мостики с актином и продвигающих нити актина друг навстречу другу.

Рабочий цикл мостика:

1. Головка миозина соединена с нитью актина. Головка имеет высокое сродство к АТФ.

2. К головке миозина присоединяется молекула АТФ. Это приводит к изменению конформации головки и нарушению стереоспецифического соответствия между контактирующими участками актина и миозина.

3. Головка миозина теряет связь с актином и приобретает АТФ-азную активность.

4. Происходит гидролиз АТФ на свободном миозине и изменение конформации головки. Энергия гидролиза АТФ запасается в виде механической потенциальной энергии деформации головки миозина. В то же время головка приобретает сродство к актину.

5. Головка миозина присоединяется к одной из глобул актина перпендикулярно оси нити и поворачивается на угол 45°, проталкивая актиновую нить в направлении от Z-мембраны. Соединение с актиновой нитью обеспечивается сначала слабым электростатическим взаимодействием, а затем сильным стереоспецифичным взаимодействием. Изменение конформации и высвобождение накопленной потенциальной энергии происходит при отсоединении продуктов гидролиза АТФ. Система возвращается к минимуму свободной энергии.

62. Механика и энергетика мышечного сокращения.

Механика мышечного сокращения изучалась Хиллом. В процессе сокращения мышца может работать в двух режимах: Изометрический режим – мышца развивает силу при постоянной длине, Изотонический режим – мышца укорачивается при постоянной нагрузке. При изотоническом сокращении укорочение убывает с ростом груза, и его максимум достигается тем раньше, чем больше этот груз. Развитие изометрического напряжения следует той же зависимости.

Хилл эмпирически установил зависимость скорости изотонического сокращения от нагрузки.

Эта зависимость имеет гиперболическую форму и справедлива при постоянных скоростях сокращения и при физиологических длинах мышцы. P₀ зависит от длины саркомера в мышечном волокне и максимальна в области 1,7-2,5мкм, когда существует возможность образования максимального числа мостиков между актином и миозином. Работа, производимая мышцей при сокращении, будет равна, по уравнению Хилла.

Эта функция имеет колоколообразную форму от 0 до P₀ с максимумом при P≈0,31 P₀, что соответствует оптимальной нагрузке мышцы.

Одновременно с совершением работы, мышца выделяет тепло. Тепло выделяется как при изотоническом сокращении, так и при изометрическом напряжении и при растяжении мышцы под действием внешней силы. На раннем этапе сокращения выделяется теплота активации Q_a, связанная с выделением Ca²⁺ в саркоплазму, а по мере сокращения мышцы выделяется теплота сокращения Q_c в результате взаимодействия тонких и толстых нитей. Общее изменение энергии в системе таким образом равно:

Эффект Фенна: полная энергия, выделяемая мышцей при одиночном сокращении больше, чем при изометрическом сокращении. Во время сокращения происходит выделение экстратеплоты за счёт укорочения мышцы, скорость её выделения пропорциональна скорости укорочения.

Механическая эффективность мышцы определяется как отношение работы к израсходованной энергии.

Эффективность может достигать 45% у мышц лягушки и 75% для мышц человека.