12. Строение саркомера (электронная микроскопия). Молекулярная организация миозиновых миофиламентов.

Саркомер (миомер) представляет собой участок миофибриллы, расположенный между двумя телофрагмами (Z-линиями) и включаю­щий A- диск и две половины I-дисков - по одной половине с каждой стороны. В расслабленной мышце длина саркомера составляет около 2-3 мкм, а ширина его участков выражается соот­ношением Н : А : I = 1 : 3 : 2; при сокращении мышцы саркомер уко­рачивается до 1.5 мкм. Миофибрилла типичного мышечного волокна человека длиной около 5 см насчитывает порядка 20 тыс. последова­тельно расположенных саркомеров.

Под электронным микроскопом в области саркомера были идентифицированы продольные нити, или микрофламенты, двух типов - тонкие и толстые. Толстые микрофиламенты локализуются в средней части саркомера (в его А-полосе), построены они из белка миозина. Тонкие микрофиламенты расположены в И-полосе и частично заходят между толстыми микрофиламентов в А-диске зоны Н. Одним концом они прикрепляются к телофрагме, а другой конец у них свободный, в то время как в толстых филаментов оба конца свободны. Тонкие микрофиламенты построены из белка актина, а также тропомиозином и тропонина. Диаметр тонких микрофиламентов 5 нм, длина -1 мкм. Толстые миозиновые микрофиламенты имеют диаметр 10-15 нм и длину 1,5 мкм. Количественное отношение миозинових нитей к актиновых 1:2 (т.е. на один миозиновои микрофиламенты приходится два актиновых).

Толстые нити (миофиламенты) образованы упорядоченно упако­ванными молекулами фибриллярного белка миозина, на который прихо­дится около 54% всех белков миофибриллы. Молекула миозина имеет вид нити длиной 150 нм и толщиной 2 нм. На одном из концов эта мо­лекула содержит две округлые головки длиной около 20 нм и шириной около 4 нм. Протеолитическими ферментами миозин рас­щепляется на две фракции - легкий меромиозин ("стержень" молекулы миозина) и тяжелый меромиозин (участей головок и шейки, связы­вающие их со стержневой частью). Молекула миозина может сгибаться, как на шарнирах, в месте соединения тяжелого меромиозина с легким и в области прикрепления головки. Стержневые части молекул миозина собраны в пучки (численностью до 200 и более). Такие пучки, соединенные зеркально концами друг с другом в облает М-линии, формиру­ют толстые нити с центральной гладкой частью длиной около 0.2 мкм и двумя периферическими участками, в которых от центрального стер­жня отходят миозиновые головки (около 500). Миозин головок обладает АТФазной активностью (способностью осуществлять гидролиз АТФ), однако в отсутствие его взаимодействия с актином скорость гидролиза АТФ ничтожно мала.

13. Саркотубулярная система. Саркотубулярная сеть и т-трубочки. Особенности строения и функциональное значение.

Аппарат передачи возбуждения (саркотубулярная си­стема) необходим для того, чтобы распространяющаяся по сарколем­ме волна деполяризации могла вызвать срабатывание сократительного аппарата миофибрилл. В мышечном волокне связь между возбуждением и сокращением выполняют две специализированные мембранные систе­мы - саркоплазматическая сеть и поперечные (Т-) трубочки, образующие функционально единую саркотубулярную систему.

Саркоплазматическая сеть - система уплощенных, вытянутых и анастомозирующих мембранных трубочек и мешочков, которая окру­жает каждый саркомер миофибриллы наподобие муфты. В области на­ружных отделов А- и I-дисков трубочки сливаются, образуя пары плос­ких терминальных цистерн (на каждый саркомер приходится по две та­кие пары). Саркоплазматическая сеть обладает выраженной способнос­тью депонировать и выделять ионы кальция. Ее мембрана содержит высокие концентрации интегральных белков, являющихся кальциевыми насосами, а на внутренней поверхности находится белок кальсеквестрин, связывающий ионы Са²⁺.

Поперечные (Т-) трубочки представляют собой впячивания сар­колеммы, отходящие от нее под прямым утлом к оси волокна и распо­ложенные у млекопитающих вблизи границы I- и А- дисков. Ветви соседних Т-трубочек опоясывают каждый саркомер и анастомозируют друг с другом. Конечные учасзки Т-трубочек проникают в промежуток между двумя терминальными цистернами саркоплазматической сети, формируя вместе с ними особые структуры - триады. В об­ласти триады между параллельно лежащими мембранами Т-трубочки и терминальных цистерн, разделенными узкой щелью, имеются специа­лизированные контакты, которые образованы рядами плотных частиц (ножек), предположительно служащие каналами выделения кальция.

Выделение кальция происходит после того, как волна деполяриза­ции с поверхности сарколеммы по Т-трубочкам распространяется вглубь волокна. В области триад возбуждение передается на мембрану саркоплазматической сети и вызывает повышение ее проницаемости. Это приводит к быстрому выделению из ее элементов ионов кальция (главным образом, в области терминальных цистерн). Выделившийся Са²⁺ диффундирует в миофибриллы, где он, присоединяясь к тропонину, запускает механизм взаимодействия актина и миозина.

Активный обратный транспорт кальция в саркоплазматическую сеть (секвестрация кальция) происходит наряду с его выбросом, которьй представляет собой кратковременный процесс. Обратный транспорт Са²⁺ осуществляется благодаря деятельности кальциевых насосов (Са-зависимой АТФазы) в мембране саркоплазматической сети. Паде­ние концентрации Са²⁺ вследствие его секвестрации приводит к возвра­щению тропонина в первоначальное конформационное состояние, прек­ращению взаимодействия миозиновых мостиков с актином и расслаб­лению мышечного волокна.