4. Биохимия мышечного сокращения

4.1 Строение скелетных мышц

Одной из наиболее интересных проблем биохимии является вопрос о молекулярных основах превращения химической энергии АТФ в механическую энергию процессов сокращения и движения.

Волокна скелетных мышц представляют собой сильно вытянутые многоядерные клетки. Их плазматическая мембранна называется сарколемма. Большую часть объёма мышечных клеток занимают сократительные элементы – миофибриллы, собранные в параллельные пучки. Миофибриллы окружены внутриклеточной жидкостью мышц – саркоплазмой. В саркоплазме содержится гликоген, АТФ, креатинфосфат.

В наиболее активных аэробных мышцах митохондрии очень многочисленны и расположены упорядоченно вдоль миофибрилл. В менее активных мышцах митохондрий меньше и расположены они менее регулярно. Миофибриллы мышечных волокон представляют собой длинный тонкие нити с периодически повторяющимися в продольном направлении структурными элементами. Миофибриллы клеток скелетных мышц содержат функциональные сегменты, саркомеры, каждый из которых состоит из двух типов взаимопроникающих параллельных толстых нитей, а светлые – набор тонких нитей. При сокращении и расслаблении тонкие нити скользят вдоль толстых нитей без изменения длины тех или других. При этом поперечные мостики между тонкими и толстыми нитями быстро возникают и разрушаются.

4.2 Белковые компоненты мышечных клеток.

Толстые нити состоят из параллельных пучков белка – миозина – длинных палочковидных молекул с выступающими головами: каждая из этих молекул имеет две одинаковые длинные полипептидные цепи. Миозин обладает АТФазной активностью, которая стимулируется ионами кальция. Миозин может связывать актин – главные белковый компонент тонких нитей: Актин образует с миозином комплекс, называемый актомиозином, который проявляет АТФазную активность, стимулируемую ионами Mg²⁺, и диссоциирует в присутствии АТФ.

4.3 Источник энергии для мышечного сокращения.

Известно, что в скелетных мышцах содержится богатое энергией вещество креатинфосфат, концентрация которого в 4-5 раз превышает концентрацию АТФ. Высокоэнергетичная фосфатная группа креатинфосфата под действием креатинфосфокиназы легко передаётся АДФ. В саркоплазме равновесие реакции:

К реатинфосфат + АДФ Креатин +АТФ сильно сдвинуто вправо, т.е. потребление креатинфосфата способствует образованию АТФ. Отсюда становится понятным, почему концентрация АТФ в мышце не уменьшается при единичном сокращении: концевая фосфатная группа АТФ, отщепляемая при сокращении, сразу же вновь присоединяется от креатинфосфата. Если производить стимуляцию мышц в течении более длительного времени в отсутствии гликолиза или дыхания, то запас креатинфосфата будет истощаться и только после этого должно наблюдаться снижение концентрации АТФ. При переходе от покоя к полной активности потребление кислорода и глюкозы является следствием быстрого гидролиза АТФ при сокращении. В результате сильно возрастает концентрация АДФ. Часть АДФ, образующегося в результате мышечного сокращения, превращается в АМФ в результате реакции:

2 АДФ АТФ + АМФ