Общий химический состав мышечной ткани
Наиболее важными тканями организма считают нервную, соединительную, мышечную и эпителиальную. На мышечные ткани в нашем организме приходится от 30% до 40% веса тела. У людей, занимающихся силовыми видами спорта, и особенно культуристов мышечная ткань может составлять до 70% веса тела. Сократительная функция мышц обеспечивает нам движение тела, поддержание позы в пространстве, дыхание, кровообращение, перемещение пищи при переваривании и деторождение.
Химический состав мышечной ткани. В мышечной ткани человека содержится 72-80% воды и 20-28% сухого остатка, из которого 17-22% составляет белок, остальное – небелковые компоненты. В состав небелковых компонентов входят гликоген, липиды, креатинфосфат, АТФ, молочная кислота, минеральные вещества. Мышечные белки подразделяются на саркоплазматические (составляют 35%), миофибриллярные (около 45%) и белки стромы (соединительные ткани) – 20%. Саркоплазматические белки – это ферменты гликолиза, липидного обмена, окислительного фосфорилирования и азотного обмена. К миофибриллярным белкам относятся сократительные белки: миозин, актин, тропомиозин, тропонин. Белки стромы представлены коллагеном и эластином.
Строение эукариотической клетки
В состав мышечной клетки входят органеллы обеспечивающие процессы её жизнедеятельности. Каждая мышечная клетка окружена мембраной – сарколеммой, упрочненной колагеновыми нитями, которые к концам клетки образуют сухожилия, прикрепляющие её к костям скелета. Внутренний объем клетки заполнен саркоплазмой (цитоплазмой мышечной клетки), представляющей собой вязкую жидкость, в состав которой входят вода, липиды и белки. В ней расположены органеллы (рис. 1).
Рис. 1. Строение клетки эукариот.
Органеллы, которые принимают участие в формировании сократительных структур и механизме сокращения:
Клеточное ядро состоит из оболочки, ядерного сока, ядрышка и хроматина. Ядерная оболочка ― пористая мембрана, регулирующая проход веществ между ядром и цитоплазмой. Функциональная роль ядерной оболочки заключается в обособлении генетического материала (хромосом) от цитоплазмы. Хроматин является интерфазной формой существования хромосом клетки и представлен нуклеопротеидным комплексом, состоящим из молекул ДНК и белков.
В ядре клетки человека длина всех молекул ДНК в полном растянутом виде составила бы примерно 2 метра, что составляет около 5 млрд. нуклеотидных пар. Для сохранения функционирования такого количества генетической информации при делении клетки существует 4 уровня спирализации (упаковки) нуклеопротеидного комплекса:
- Нуклеосомный уровень. Нуклеосома – это глобула (октаэдр), содержащая по 2 молекулы четырех гистонов - (Н2А, Н2В, Н3, Н4), вокруг которой двойная спираль ДНК образует 2,2 витка (200 пар нуклеотидов). Нуклеосомная нить имеет диаметр, равный 10-13 нм. Длина ДНК уменьшается в 5-7 раз (рис. 2, а);
- Супернуклеосомный уровень (соленоид). Нуклеосомная нить конденсируется, нуклеосомы «сшиваются» гистоном Н1, и образуется спираль диметром в 25 нм. Виток спирали содержит 6-10 нуклеосом. Укорочение в 6 раз (рис. 2, б);
- Хроматидный уровень. Супернуклеосомная нить спирализуется с образованием петель и изгибов, составляет основу хроматиды. Обнаруживается в профазе. Диаметр петель равен 50 нм. Нить ДНП укорачивается еще в 10-20 раз (рис. 2, в);
- Уровень метафазной хромосомы. Хроматиды образуют еще одну суперспираль и формируют эухроматиновые (слабо спирализованные) и гетерохроматиновые (сильно спирализованные) участки; происходит укорочение ДНП еще в 20 раз (рис. 2, г).
а
б
в
г
Рис. 2. Уровни спирализации (упаковки) нуклеопротеидного комплекса: а – нуклеосомный уровень; б – супернуклеосомный уровень (соленоид); в – хроматидный уровень; г - уровень метафазной хромосомы.
Общий итог конденсации – укорочение нити ДНП в 10000 раз.
Ядрышки ― сферические органеллы ядра, участвующие в образовании рибосом.
Митохондрии – органеллы, содержащие наружную и внутреннюю мембраны, разделенные межмембранным пространством. Внутреннее содержимое митохондрий - матрикс. Все вещества, поступающие в митохондрии, должны вначале проникнуть сквозь гладкую наружную, относительно пористую мембрану, а затем и сквозь внутреннюю, которая служит барьером, ограничивающим проницательность. Внутренняя мембрана является истинной функциональной мембраной митохондрий. Она содержит сложно организованную систему белков-ферментов, участвующих в биоэнергетических процессах (биологического окисления и окислительного фосфорилирования). Внутренняя мембрана митохондрий образует многочисленные, обращенные внутрь складки (кристы). Это позволяет создать максимальную площадь поверхности, на которой протекают реакции энергетического обмена. Суммарная площадь поверхности, создаваемой этими складками мембраны в клетках печени человека, в среднем превышает 10000 км2. Митохондрии обладают полной системой синтеза белков, т.е имеют свою специфическую ДНК, митохондриальную РНК, свои рибосомы и ферменты в митохондриальном матриксе. Основной функцией митохондрий является биоэнергетика. Синтез АТФ в митохондриях можно разделить на два взаимосвязанных процесса: первый протекает в матриксе – это цикл Кребса (ЦТК), в результате которого накапливается восстановленная форма НАДН2. Второй происходит на внутренней мембране митохондрии, где на ферментах-переносчиках происходит независимый перенос электронов от субстратов ЦТК на кислород. Этот процесс носит название биологического окисления. Энергия, образующаяся при окислении, идёт на реакции окислительного фосфорилирования и накапливается в виде молекул АТФ. В мышцах перенос энергии из внутренней среды митохондрий в цитоплазму осуществляется молекулами креатинфосфата. Митохондрии также осуществляют синтез специфических белков, стероидных гормонов и некоторых аминокислот (например, глутаминовой кислоты).
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) или ретикулум — это складчатая структура, которая накапливает и выделяет синтезированные в рибосомах белки. Эндоплазматический ретикулум представляет собой сеть трубочек и цистерн, пронизывающих цитоплазму и сливающихся в некоторых местах с ядром и аппаратом Гольджи. Гладкий эндоплазматический ретикулум — структура, образующая, выделяющая и переносящая липиды по всей клетке вместе с белками шероховатого ретикулума.
Эндоплазматический ретикулум выполняет разнообразные функции, такие как:
формирование четвертичной структуры белка;
обеспечивает активный транспорт различных соединений во внутримембранной фазе;
синтез мембранных липидов (гладкая ЭПС);
транспорт и накопление ионов в клетке;
синтез предшественников стероидных гормонов и других специфических соединений;
детоксикация вредных продуктов метаболизма, особенно в гепатоцитах;
служит резервуаром ионов кальция, высвобождение которого при нервном импульсе приводит к сокращению миофибрилл.
Сократительные элементы – миофибрилы. В состав миофибрилл входят белки, выполняющие различные функции в механизме сокращения. Подробно их строение и функции описаны в разделе о скелетных мышцах.
Существует три типа мышечных тканей.
скелетная (поперечно-полосатая) мускулатура;
сердечная мышца (миокард);
гладкая мускулатура, локализованная в стенках кровеносных сосудов, дыхательных путях, кишечнике, матке и мочевом пузыре;