БИОХИМИЯ СКЕЛЕТНЫХ МЫШЦ

Этапы мышечного соркращения

l –й этап. Мышечное сокращение начинается с нервного импульса.

Под воздействием ацетилхолина развивается возбуждение клеточной мембраны и резко повышается ее проницаемость для ионов Са2+.

Это приводит к выходу ионов Са2+ из саркоплазматического ретикулума в цитозоль. Содержание ионов Са2+ в цитозоле миофибриллы увеличивается до 10-5 моль/л.

l –й этап. Ионы Са2+ связываются с С-субъединицей тропонина, что вызывает конформационные изменения тропонина и тропомиозина.

В результате на актине открываются центры связывания головок миозина

III– й этап.

•Фиксация АТФ на головке миозина

•Гидролиз АТФ

•Продукты гидролиза (АДФ и Ф) остаются фиксированными, а

направлении к М-линии. Происходит сокращение саркомера.

Головки миозина "работают" циклично, как весла у лодки, поэтому этот процесс называется "весельным механизмом" мышечного сокращения.

Комплекс "актин-миозин«очень прочен. Он может быть разрушен только при сорбции новой молекулы АТФ.

• в отсутствии нервного импульса содержание Са2+ в саркоплазме падает ниже 10-7 моль/л вследствие его поглощения саркоплазматическим

ретикулумом;

•распад комплекса ТnС•Са2+

•изменение конформации тропонина I и тропомиозина приводит к закрытию активных центров F-актина и ингибирование дальнейшее взаимодействие миозиновой головки с F-актином

•миозиновые головки в присутствии АТФ отделяются от F-актина,

вызывая расслабление.

Не только процесс сокращения, но и процесс расслабления нуждается в АТФ, потому что если нет АТФ, то не работает Са2+-зависимая АТФаза. В

этих условиях кальций связан с тропонином "С" - вся система находится в активном состоянии, нет распада актомиозинового комплекса - мышца постоянно находится в состоянии сокращения. Такая ситуация наблюдается после смерти организма в состоянии "трупного окоченения".

В сердечной мышце основным источником ионов Са2+ для возбуждения служит внеклеточная жидкость, при отсутствии Са2+ во внеклеточной жидкости сокращения сердечной мышцы прекращаются в течение одной минуты. Скелетная мышца в таких условиях может сокращаться часами.

Сокращение гладких мышц

•Пусковой механизм в сокращении гладких мышц – повышение

[Ca2+] в клетке.

•Ca2+ связывается с кальмодулином, активирует киназу легких цепей миозина.

•Фосфорилирование легких цепей миозина

•Взаимодействие его с актином скольжение нитей, вызывает сокращение аналогично со скелетными мышцами

•Процесс сокращения в гладких мышцах происходит значительно медленнее.

Особенности обмена веществ в скелетных мышцах.

фосфата, так как в мышцах отсутствует фермент глюкозо-6фосфатаза.

Гликоген мышц является источником глюкозы только для собственных

нужд.

В скелетных мышцах высокое накопление молочной кислоты (лактата)

является следствием анаэробного гликолиза при очень интенсивной работе,

при этом внутриклеточный рН снижается до 6,3-6,5. Но даже при работе низкой и средней интенсивности в скелетной мышце всегда образуется некоторое количество лактата.

Убрать молочную кислоту можно только одним способом – превратить ее в пировиноградную кислоту. Однако сама мышечная клетка ни при работе,

ни во время отдыха не способна превратить лактат в пируват из-за особенностей изофермента лактатдегидрогеназы-5. Зато клеточная мембрана высоко проницаема для лактата и он движется по градиенту концентрации наружу. Поэтому во время и после нагрузки (при восстановлении) лактат легко удаляется из мышцы. Это происходит довольно быстро, всего через 0,5-1,5

часа в мышце лактата уже нет.

Лактат не используется скелетными мышцами.

Большая часть лактата крови захватывается гепатоцитами, окисляется в пировиноградную кислоту и вступает на путь глюконеогенеза. Глюкоза,

образованная в печени, используется самим гепатоцитом или возвращается обратно в мышцы, восстанавливая во время отдыха запасы гликогена. Также она может распределиться по другим органам.

Цикл Кори

Пути ресинтеза АТФ в мышцах

Аэробный механизм

•Окислительное фосфорилирование АДФ в митохондриях

Анаэробные механизмы

•Креатинкиназный

•Анаэробный гликолиз

•Миокиназный

Преимущества аэробных механизмов ресинтеза АТФ:

•наиболее энергетически выгодный процесс

•самый большой резерв субстратов: может использоваться

•глюкоза, ВЖК, кетоновые тела (при голодании)

Недостаток: требует повышенных количеств кислорода.

При умеренной мышечной активности АТФ образуется преимущественно путем ОФ, и в течение первых 5-10 мин главным ресурсом для этого служит гликоген.

В последующие ~30 мин доминирующими становятся субстраты,

поставляемые кровью, причем глюкоза и ВЖК участвуют примерно в одинаковой мере.

На поздних этапах сокращения преобладает утилизация ВЖК, а

глюкоза расходуется меньше.

При физической нагрузке возрастает метаболизм свободных

жирных кислот.

При гипоксии или ишемии основным энергетическим субстратом служит либо глюкоза, поступающая в клетки из вне, либо

внутриклеточный гликоген.

Анаэробные пути ресинтеза АТФ являются дополнительными способами образования АТФ в мышечных волокнах в тех случаях, когда основной путь получения АТФ – тканевое дыхание не может обеспечить мышечную деятельность необходимым количество кислорода.

•Это самый быстрый способ ресинтеза АТФ.

•Запасов креатинфосфата хватает для обеспечения мышечной работы в течение 20 секунд.

•Максимально эффективен.

•Не требует присутствия кислорода

•не дает побочных нежелательных продуктов, включается мгновенно.

Его недостаток — малый резерв субстрата (хватает только на 20

секунд работы).

Миокиназный путь

Миокиназная реакция происходит в мышцах при значительном увеличении концентрации AДФ – это аварийный механизм, когда другие пути ресинтеза АТФ невозможны.

2АДФ – АТФ +АМФ.

Реакция катализируется миокиназой (аденилаткиназой).

Главное значение этой реакции заключается в образовании АМФ

— мощного аллостерического активатора ключевых ферментов гликолиза

(фосфофруктокиназы) и гликогенолиза (гликогенфосфорилазы).

Частично АМФ путем дезаминирования превращается в ИМФ,

сдвигая миокиназную реакцию в сторону образования АТФ.

Анаэробный гликолиз

Преимущества:

• не требуют присутствия кислорода

Недостатки:

•небольшая эффективность

•накопление недоокисленных продуктов (лактат).

•начинается не сразу — только через 10–15 секунд после

начала мышечной работы.

Заболевания мышц

Миопатии ( от греч. mys, myos мышца + pathos страдание,

болезнь)- нервно-мышечные заболевания, характеризующиеся развитием первичного дистрофического или вторичного (денервационного)

атрофического процесса в скелетной мускулатуре

Признаки

•мышечная слабость

•двигательные нарушения

•снижение сухожильных рефлексов

•деформация костей и суставов

Биохимические изменения в скелетгых мышцах при патологии

Уменьшение в мышцах:

•количества миофибриллярных белков

•уровня АТФ и креатинфосфата

•активности саркоплазматических ферментов

•АТФ-азной активности миозина

Увеличение в мышцах:

•количества белков стромы и миоальбумина

•активности лизосомальных ферментов

•активности КК-3

•креатинурия

Миастения (лат. myasthenia— «мышца» и ἀσθένεια — «бессилие,

слабость») — аутоиммунное нервно-мышечное заболевание,, характеризующееся нарушением нервно-мышечной передачи и проявляющееся слабостью и патологической утомляемостью поперечнополосатых мышц.

Заболевание, в основе которого лежит повышение активности холинэстеразы, в результате чего быстро расщепляется медиатор ацетилхолин и блокируется проводимость на уровне мионеврального синапса.

Коррекция

холинэстеразы.