Как сокращается мышечное волокно
Image поста

Двигательный импульс

Каждое мышечное волокно иинервируется отдельным двигательным нервом, оканчивающимся у средней части волокна. Отдельный двигательный нерв и все волокна, которые он иннервирует, имеют собирательное название — двигательная единица. Синапс между двигательным нервом и мышечным волокном называется нервно-мышечным синапсом. Именно в нем осуществляется связь между нервной и мышечной системами. Рассмотрим их подробней.

Импульсное движение

Явления, вызывающие сокращение мышеч­ного волокна, весьма сложны. Процесс,  начинается вследствие воз­буждения двигательного нерва. Нервный им­пульс поступает к нервным окончаниям аксонов, которые находятся вблизи сарколеммы. При по­ступлении импульса эти нервные окончания выделяют нейромедиатор — ацетилхолин (Ацх), который “привязывается” к рецепторам сарко­леммы. При достаточном его ко­личестве на рецепторах электрический заряд пе­редается по всей длине волокна. Этот процесс называется развитием потенциала действия. Раз­витие потенциала действия в мышечной клетке должно произойти прежде, чем она сможет со­кратится.

1

Роль кальция

Кроме деполяризации мембраны волокна, электрический импульс проходит через всю сеть трубочек волокна (Т-трубочки и саркоплазматический ретикулум) во внутреннюю часть клетки. Поступление электрического импульса приводит к выделению значительного количества ионов кальция из саркоплазматического ретикулума в саркоплазму .

Полагают, что в состоянии покоя молекулы тропомиозина находятся над активными участка­ми актиновых филаментов, предотвращая “при­вязывание” миозиновых головок. После освобож­дения ионов кальция из саркоплазматического ретикулума они связываются с тропонином на актиновых филаментах. Считают, что тропонин, имеющий выраженное сродство к ионам кальция, начинает затем процесс сокращения, “поднимая” молекулы тропомиозина с активных участков ак­тиновых филаментов. Поскольку тропомиозин обычно “скрывает” активные участки, он блокирует взаимодействие поперечных мости­ков миозина с актиновым филаментом. Однако как только тропонин и кальций “поднимают” тропомиозин с активных участков, головки миозина начинают прикрепляться к активным участкам актиновых филаментов.

Теория скольжения филаментов

Как сокращаются мышечные волокна? Это яв­ление объясняет так называемая теория скольже­ния филаментов. Когда поперечный мостик мио­зина прикрепляется к актиновому филаменту, оба филамента скользят относительно друг друга. Считают, что миозиновые головки и поперечные мос­тики в момент прикрепления к активным участкам актиновых филаментов подвергаются структурным изменениям. Между ветвью поперечного мостика и миозиновой головкой возникает значительное межмолекулярное взаимодействие, в результате ко­торого головка наклоняется к ветви и тянет актиновый и миозиновый филаменты в противополож­ные стороны. Этот наклон головки назы­вают энергетическим, или силовым, ударом.

Сразу же после наклона миозиновая головка отрывается от активного участка, возвращается в исходное положение и прикрепляется к новому активному участку дальше вдоль актинового фи­ламента. Повторяющиеся прикрепления и откреп­ления (разрывы) вынуждают филаменты сколь­зить относительно друг друга, что послужило основанием появлению теории скольжения.

Процесс продолжается до тех пор, пока оконча­ния миозиновых филаментов не достигнут Z-линий. Во время скольжения (сокращения) актиновые филаменты еще больше сближаются, выходят в H-зону и в конце концов перекрывают ее. Когда это происходит, H-зона оказывается невидимой.

222-765x1024

Энергетика мышечного сокращения

Мышечное сокращение — активный процесс, для которого нужна энергия. Кроме связываю­щего участка для актина миозиновая головка содержит такой же участок для аденозинтрифос- фата (АТФ). Чтобы возникло мышечное сокра­щение, молекула миозина должна соединиться с АТФ, поскольку последний обеспечивает не­обходимую энергию.

Фермент АТФаза, расположенный на головке миозина, расщепляет АТФ, образуя аденозинди- фосфат (АДФ), неорганический фосфор (Рн) и энергию. Освобождающаяся вследствие расщеп­ления АТФ энергия используется для прикрепле­ния головки миозина к актиновому филаменту. Таким образом, АТФ — химический источник энергии для мышечного сокращения.

Завершение мышечного сокращения

Мышечное сокращение продолжается до тех пор, пока не истощатся запасы кальция. Затем кальций “перекачивается” назад в СР, где на­ходится до тех пор, пока новый нервный им­пульс не достигнет мембраны мышечного во­локна. Возвращение кальция в СР осуществля­ет активная система “кальциевого насоса”. Это еще один процесс, для осуществления которого необходима энергия, источником которой опять- таки является АТФ. Таким образом, энергия тре­буется для фазы как сокращения, так и расслаб­ления.

Выводы:

  1.  Потенциал действия распространяется по сарколемме, системе трубочек и вызывает осво­бождение кальция из СР;

  2.  Кальций связывается с тропонином, кото­рый затем поднимает молекулы тропомиозина с активных участков актинового филамента, откры­вая их для связывания с миозиновой головкой;

  3.  После связывания с активным актиновым участком миозиновая головка наклоняется и тя­нет актиновый филамент, в результате чего фила­менты скользят относительно друг друга. Наклон миозиновой головки получил название энергети­ческого, или силового, удара;

  4.  Потребность в энергии возникает до мышеч­ного сокращения. Миозиновая головка связыва­ется с АТФ, а АТФаза расщепляет АТФ на АДФ и Рн, выделяя энергию для сокращения;

  5. Мышечное сокращение завершается тогда, когда кальций активно выкачивается из саркоп­лазмы назад в СР для хранения. Этому процессу, ведущему к расслаблению, также необходима энергия, источником которой является АТФ;

  6. Мышечное сокращение вызывается импуль­сом двигательного нерва. Двигательный нерв освобождает Ацх, который открывает ионные кана­лы в мембране мышечной клетки, тем самым обес­печивая поступление натрия в мышечную клетку (деполяризация). При достаточной деполяризации клетки возникает потенциал действия и происхо­дит мышечное сокращение.

  • При удалении кальция тропонин и тропомиозин инактивируются. при этом происходит разрыв связи поперечных мостиков миозина с актиновыми филаментами и прекращается использование АТФ. Вследствии этого миозиновые и актиновые филаменты возвращаются в свое первоначальное расслабленное состояние.

Автор: Александр Орлов

Предыдущая статья
Строение скелетной мышцы(+видео)
Сдедующая статья
Вероника Кэмпбелл-Браун получила предупреждение