Биохимия мышц и мышечного сокращения Мышечная ткань

Биохимия мышц и мышечного сокращения

Мышечная ткань • На долю мышц приходится 40 -50% от массы тела (у взрослого). • Процентное содержание мышечной ткани с возрастом увеличивается (у новорожденных приблизительно 22% от массы тела). • Функция: выполнение механической работы + генератор тепла.

Химический состав мышечной ткани • • • Вода ~ 75%, Белки ~ 17 -18% Углеводы ~ 1, 5 -3%, Липиды ~2 -3% Минеральные вещества ~ 1%. Примерно 1% приходится на долю веществ, не попавших ни в одну из указанных групп.

Белки мышечной ткани • Более 50% приходится на долю сократительных белков. Важнейшие из них актин и миозин. • Высокое содержание коллагена. Это фибриллярный белок, обладающий высокой прочностью и эластичностью. Входит в состав оболочки мышечных волокон, связок, сухожилий. • Белки – ферменты. • Миоглобин. Это основные группы белков!

Мышечные волокна • Мышечные волокна могут существенно различаться по размерам. Толщина составляет 0, 1 -0, 2 мм; длина варьирует от нескольких мм до 10 и более см. • Увеличение объема мышечной ткани под влиянием систематической тренировки происходит за счет увеличения толщины мышечных волокон, а не их числа.

Строение мышечного волокна

Структурные элементы волокна • Оболочка (сарколемма) характеризуется очень высокой прочностью и эластичностью. Эти свойства связаны с высоким содержанием коллагена. Другие свойства мало отличаются от свойств оболочек других клеток. • В мышечном волокне много митохондрий. В них происходят процессы аэробного окисления и окисление жирных кислот.

Структурные элементы 2 • Миофибриллы – длинные тонкие нити расположенные вдоль волокна. Их количество варьирует от нескольких десятков до полутора и более тысяч. • Количество миофибрилл может существенно увеличиваться под влиянием систематической тренировки, особенно скоростно – силового характера.

Структурные элементы 3 • Мышечное волокно – многоядерная клетка. Ядра расположены по периметру волокна. • В ядрах находится ДНК – носитель наследственной информации. • К каждому волокну подходит нервное окончание. Зона прикрепления называется нервно-мышечный синапс. • От оболочки внутрь волокна уходит система трубочек, возле которых располагаются пузырьки с ионами кальция.

Строение миофибрилл • Тонкие нити – миофибриллы состоят из двух типов еще более тонких нитей – миофиламентов: - более толстые состоят из белка миозина, более тонкие – из белка актина. • На миозиновых нитях имеются отросточки, расположенные шестью продольными рядами.

Схема строения миофибрилл

Строение миофибрилл

Строение миофибрилл 2 • Актиновые нити соединены между собой мембраной – линией Z. • Расстояние между двумя линиями Z называется саркомером. • Каждая миозиновая нить окружена шестью актиновыми, которые расположены напротив продольных рядов отростков миозиновых нитей.

Механизм мышечного сокращения • При мышечном сокращении укорачивается длина саркомеров. • Длина актиновых и миозиновых нитей практически не меняется. • Саркомер укорачивается за счет взаимного перемещения актиновых и миозиновых нитей.

Укорочение саркомера • Взаимное перемещение актиновых и миозиновых нитей обеспечивается колебательными движениями отросточков на миозиновых нитях. • При этом они «цепляются» за активные центры на актиновых нитях и меняют свой наклон, перемещая эти нити. • Однократное такое движение отростков по всей длине мышечного волокна обеспечит незначительное его укорочение. Полное сокращение – многократные повторные движения.

Химизм мышечного сокращения • Для начала мышечного сокращения необходимо поступление в мышечное волокно двигательного импульса. • Это приводит к освобождению в нервномышечном синапсе ацетил-холина, под влиянием которого изменяется проницаемость оболочки волокна для ионов натрия.

Химизм мышечного сокращения 2 • В состоянии покоя ионы натрия располагаются на внешней поверхности оболочки и создают положительный заряд. • На внутренней поверхности оболочки локализованы ионы хлора, создающие отрицательный заряд.

Химизм мышечного сокращения 3 • Проникая внутрь мышечного волокна положительно заряженные ионы натрия нейтрализуют отрицательный заряд, создаваемый ионами хлора. • В результате изменяется разность потенциалов между оболочкой и внутренними участками волокна и возникает волна возбуждения, которая распространяется внутрь волокна по системе трубочек.

Химизм мышечного сокращения 4 • Под влиянием волны возбуждения из пузырьков, примыкающих к трубочкам, освобождаются ионы кальция. • В присутствии ионов кальция отросточки миозиновых нитей проявляют свою ферментативную активность и расщемляют находящиеся радом с ними молекулы АТФ.

Химизм мышечного сокращения 5 • За счет освободившейся энергии совершается работа – отростки миозиновых нитей совершают колебательные движения и перемещают актиновые нити. • Выполнив указанную работу отростки отпускают актиновые нити и повторяют свои движения. • Такая работа продолжается пока поступают двигательные импульсы и сохраняется разность потенциалов между оболочкой и внутренними участками волокна.

Химизм мышечного сокращения 6 • При прекращении поступления двигательных импульсов ионы натрия возвращаются на наружную поверхность волокна, восстанавливается разность потенциалов, иона кальция возвращаются в пузырьки, отростки миозиновых нитей отпускают актиновые нити. Мышца расслабляется. • С приходом новой серии импульсов все повторяется.

Условие расслабления • Для расслабления мышцы необходимо присутствие АТФ. • Ионы кальция выходят из пузырьков без затрат энергии, а для их возвращения в пузырьки требуется затрачивать АТФ. • Отростки миозина отпускают актиновые нити только в присутствии АТФ. • Т. е. в отсутствии АТФ мышца не может расслабиться.

Строение миофибрилл и двигательные характеристики • Многие двигательные характеристики мышц четко связаны с особенностями строения миофибрилл. • Например: зависимость развиваемого усилия от степени укорочения мышцы и от скорости сокращения (чем выше скорость сокращения – тем меньшее усилие может развить мышца).

Расход АТФ • АТФ – непосредственный источник энергии. АТФ АДФ + Н 3 РО 4 + энергия • При мышечном сокращении АТФ расходуется на работу отростков миозиновых нитей, на перемещение ионов натрия и кальция (работу натриевого и кольциевого насосов). • Содержание АТФ в мышечном волокне составляет 0, 4 -0, 5%. Этого количества АТФ хватит на 2 -3 секунды напряженной работы мышцы. • Но мышца не может потратить всю АТФ. Уже при концентрации 0, 15 -0, 2% она может перестать отвечать на поступающие импульсы.

АТФ и мышечная работа • Систематическая тренировка не приводит к повышению содержания АТФ в мышечной ткани. • А если бы и повысилось (например на 20%) это бы ничего не дало. • Под влиянием систематической тренировки совершенствуются процессы ресинтеза АТФ. • При мышечной работе АТФ должна ресинтезироваться с той же скоростью, с которой тратится.