Ответы не наши / gista_ / билет 22 / мышцы

Поперечная исчерченность скелетных мышечных волокон обус­ловлена чередованием темных А-дисков (анизотропных., обладающих двойным лучепреломлением в поляризованном свете) и светлых 1-дисков (изотропных, не обладающих двойным лучепреломлением). Каждый диск I рассекается надвое тонкой темной Z-линией (от немецкого Zwi-schenscheibe - промежуточный диск), называемой также телофрагмой. В середине А-диска определяется светлая зона - полоска И (от немец­кого helle - светлый), через центр которой проходит М-линия - мезо-фрагма (рис. 13-3).

Компонентами мышечного волокна являются: (1) миосимплас-тическая часть (которая занимает основной его объем и ограничена сарколеммой) и (2) миосателлитоциты - мелкие уплощенные клетки, прилежащие к поверхности миосимпласта и располагающиеся в углуб­лениях его сарколеммы. Снаружи сарколемма покрыта толстой базаль-ной мембраной, в которую вплетаются ретикулярные волокна.

Некоторые авторы сарколеммой волокна скелетной мышечной тка­ни именуют не его плазмолемму, а совокупность плазмолеммы и базаль-ной мембраны, что является отражением представлений прежних лет (до изобретения электронного микроскопа), когда эти две отдельные структуры воспринимали на светооптическом уровне, как единое обра­зование.

Миосимпластическая часть мышечного волокна вклю­чает от нескольких сотен до нескольких тысяч ядер, лежащих на пери­ферии под сарколеммой, и саркоплазму, образующую его центральную часть.

Ядра миосимпласта - сравнительно светлые, с 1-2 ядрышками, диплоидные, овальные, уплощенные, длиной 10-20 мкм. Ориентированы длинной осью вдоль волокна и располагаются на расстоянии около 5 мкм друг от друга. При резком сокращении волокон они могут укора­чиваться, деформироваться и штопорообразно скручиваться. Содержа­ние ядер несколько выше в красных волокнах по сравнению с белыми (см. ниже).

Саркоплазма миосимпласта содержит все органеллы общего значения (за исключением центриолей) и некоторые специальные орга­неллы, а также включения. Эти структуры образуют несколько функци­ональных аппаратов: 1) сократительный, 2) передачи возбуждения (с сарколеммы на сократительный аппарат), 3) опорный, 4) энергети­ческий, 5) синтетический, б) лизосомальный (аппарат внутриклеточ­ного переваривания).

Сократительный аппарат мышечного волокна представ­лен миофибрилломи - специальными органеллами, которые располага­ются продольно в центральной части саркоплазмы и отделяются друг от друга рядами вытянутых митохондрий и цистерн саркоплазматической сети. На поперечном разрезе волокна видно, что миофибриллы сим-пласта образуют особые группы - поля Конгейма (см. рис. 13-2), кото­рые, по мнению ряда авторов, являются артефактом.

Миофибриллы имеют вид нитей диаметром 1-2 мкм и длиной, сопоставимой с протяженностью волокна. Их количестве в отдельном волокне варьирует в широких пределах (от нескольких десятков до 2000 и более). Они обладают собственной поперечной исчерченностью, причем в мышечном волокне они располагаются столь упорядочение, что А- и I-диски одних миофибрилл точно совпадают с аналогичными дисками других, обусловливая поперечную исчерченность всего волок­на. Структурно-функциональной единицей миофибриллы является сар-комер (миомер).

Саркомер (миомер) представляет собой участок миофибриллы, расположенный между двумя телофрагмами (Z-линиями) и включаю­щий А-диск и две половины 1-дисков - по одной половине с каждой стороны (см. рис. 13-3 и 13-6). В расслабленной мышце длина саркоме-ра 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.

Структура саркомера представлена упорядоченной системой тол­стых и тонких белковых нитей (миофиламентов). Толстые нити (диа­метром около 10-12 нм и длиной 1.5-1.6 мкм) связаны с мезофрагмой и сосредоточены в А-диске, а тонкие (диаметром 7-8 нм и длиной 1 мкм) прикреплены к телофрагмам, образуют I-диски и частично про­никают в А-диски между толстыми нитями (более светлый участок А-диска, свободный от тонких волокон, называется полоской Я). В сарко-мере насчитывается несколько сотен толстых нитей. По сечению сарко­мера толстые и тонкие нити располагаются высокоорганизованно в уз­лах гексагональной решетки. Каждая толстая нить окружена шестью тонкими, каждая из тонких нитей частично входит в окружение трех соседних толстых (см. рис. 13-3).

Толстые нити (миофиламенты) образованы упорядочение 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 (рис. 13-4). Протеолитическими ферментами миозин рас­щепляется на две фракции - легкий меромиозин ("стержень" молекулы миозина) и тяжелый меромиозин (участки 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, соеди-

ненные зеркально концами друг с другом в области 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.

Тонкие нити (миофиламенты) содержат сократимый белок актин (на него приходится 20% белков миофибриллы) и ява регуляторных белка - тропонин (около 2%) и тропомиозин (около 7%). Последние формируют функционально единый тропонин-тропомиозиновый комп­лекс.

Актин в мономерной форме представлен полярными глобулярным* субъединицами диаметром 4-5 нм (G-актин), которые имеют активны^ центры, способные связываться с молекулами миозина. G-актин агрега рует с образованием полимерного фибриллярного актина (F-актша) молекула которого имеет вид двух скрученных нитей толщиной 7 m и вариабельной длины Тропомиозин представлен нитевидными молекулами, которые сое­диняются своими концами, образуя длинный тонкий тяж, лежащий в бо­розде, образуемой перевитыми нитями F-актина. Так как таких борозд на молекуле актина две, то и тропомиозиновых нити тоже две. Всего в состав тонкой нити входит примерно 50 молекул тропомиозина.

Тропонин представляет собой глобулярный белок, каждая его моле­кула располагается на тропомиозиновой молекуле вблизи ее конца. Тропонин состоит из трех субъединиц: ТпС - связывающей кальций, ТпТ - прикрепляющейся к тропомиозину, и Тп! - ингибирующей связы­вание миозина с актином.

Механизм мышечного сокращения описывается теорией скользящих нитей, согласно которой укорочение каждого саркомера (а, следовательно, миофибрилл и всего мышечного волокна) при сокра­щении происходит благодаря тому, что тонкие нити вдвигаются в про­межутки между толстыми без изменения их длины (рис. 13-6).

Скольжение нитей в саркомере и усилие, развиваемое мышцей, обеспечиваются благодаря циклической активности миозиновых мости­ков, которые при сокращении повторно прикрепляются к актину, обес-

печивают усилие тяги, а затем открепляются от него (рис. 13-7). В этом механизме АТФ играет двойную роль, обеспечивая энергию, необходи­мую как для осуществления сокращения, так и для открепления мости­ков.

Строгая пространственная упорядоченность взаимодействия мно­жества толстых и тонких нитей в саркомере определяется наличием сложно организованного поддерживающего аппарата (см. ниже). Его элементы на всех этапах мышечного сокращения и расслабления, дина­мично перестраиваясь, фиксируют и удерживают миофиламенты в пра­вильном положении, которое оптимальным образом обеспечивает их взаимный контакт, взаимодействие и взаимное скольжение.

В покое (при очень низкой концентрации ионов Са^⁺) в миофиб-рилле расслабленного мышечного волокна толстые и тонкие нити не соприкасаются. Миозиновые головки (с которыми связаны молекулы АТФ) не могут взаимодействовать с активными центрами (участками связывания миозина) на молекуле актина, потому что последние при­крыты тропошш-тропомиозиновым комплексом. Толстые и тонкие фи-ламенты беспрепятственно скользят друг относительно друга. При этом мышечные волокна почти не сопротивляются пассивному растяжению. Такое состояние свойственно разгибательной мышце при сокращении соответствующей сгибательной. В отсутствие тропомиозина и тропони-на (в условиях in vitro) миозин непрерывно взаимодействует с актином (пока имеется АТФ).

Мышечное сокращение вызывается резким повышением концен­трации ионов Са²⁺ в области миофиламентов и включает несколько эта­пов (см. рис. 13-7 [2-4]).

A. Связывание ионов Со²* с тропонином и освобождение актив­ных центров на молекуле актина. Ионы Са²+ связываются с ТпС-субъ-единицами тропонина на тонких филаментах. При этом тропонин изме­няет свою конформацию, смещает молекулы тропомиозина и открыва­ет активные центры (участки связывания миозина) на молекуле акти­на.

Б. Связывание миозина и актина (формирование поперечных мос­тиков). Миозиновые головки связываются с активными центрами на лолекуле актина, формируя мостики, расположенные перпендикулярно одольной оси нити. Менее чем через 1 мс после этого под влиянием гомиозинового комплекса происходит гидролиз АТФ и отщепление ' продуктов (АДФ и неорганического фосфата). При этом угол накло-яа мостика относительно продольной оси нити изменяется до 40°. Та­кой конформационный переход, происходящий в области прикрепле-головки миозиновой молекулы, обусловливает развитие усилия смещение тонких филаментов к центру саркомера. Предполагается, "рабочий ход" миозинового мостика составляет около 10 нм; таким эразом за один цикл мостик вызывает относительное перемещение энких нитей на расстояние, равное примерно 1/200 длины саркомера.

B. Размыкание мостика. Связывание новой молекулы АТФ с мос-сом вызывает его отделение от тонкого филамента. Мостик размы­кается, возвращаясь в прежнее положение относительно миозиновой

и может прийти в замыкание со следующим активным центром на энкой. Каждый цикл замыкания-размыкания сопровождается расщеп-пением молекулы АТФ. В живой мышце это осуществляется с интерва-том в несколько десятков миллисекунд после присоединения новой мо-текулы АТФ. В трупной мышце, где АТФ отсутствует, мостик не мо-кет разомкнуться, и мышца переходит в состояние трупного окочене-(rigor mortis).

При сокращении мышцы не происходит одновременного замыка-всех мостиков - их число нарастает по ходу его развития. При по-тедующем расслаблении мышцы число мостиков снижается.

Изменение длины саркомера при сокращении является результатом юсительного продольного смещения толстых и тонких нитей. При ширина А-диска не меняется; по мере проникновения в него тон-ix нитей происходит укорочение I-диска; соответственно значительно сужается Н-полоска (см. рис. 13-6).

Расслабление после мышечного сокращения происходит в ре­зультате снижения концентрации Са²⁺ в области саркомера, которое вызывает отщепление Са²"¹" от ТпС-субъединицы тропонина и возвраще­ние тропонина в первоначальное конформационное состояние. Нити тропомиозина при этом вновь закрывают активные центры на молеку­лах актина, что обусловливает прекращение циклического образования мостиков.