Механизм электромеханического сопряжения (теория мышечного сокращения).

В покоящейся мышце места связывания для миозина на актине замаскированы, и миозин находится в высокоэнергетическом конформационном состоянии (М^*). Энергия гидролиза АТФ необходима, чтобы перевести миозин из низкоэнергетического (М) в высокоэнергетическое состояние. Это иллюстрирует уравнение 1:

(М-АТФ)  (М^*-АДФ-Ф_н) Уравнение 1

Когда в цитозоле увеличивается концентрация кальция, и места связывания миозина на актине демаскируются, - формируется актомиозиновый комплекс. Впоследствии от комплекса последовательно отщепляются Ф_ни АДФ, а миозин переходит в низкоэнергетическое состояние (уравнение 2,3). При этом происходит перемещение соответствующей тонкой нити к М-линии саркомера.

(М^*-АДФ-Ф_н) + А  (М^*-АДФ-А) + Ф_н Уравнение 2

(М^*-АДФ-А)  (М-А) + АДФ Уравнение 3

Этапы, приведенные в уравнениях 2 и 3, составляют молекулярный механизм движущей силы мышечного сокращения. Ещё раз подчеркнем, что источником энергии для этой движущей силы является АТФ. Гидролиз нуклеотида опосредует превращение низкоэнергетического конформационного состояния миозина в высокоэнергетическое. Актомиозиновый комплекс существует до тех пор, пока не происходит связывание АТФ. Присоединение АТФ к миозину - это экзергоническая реакция, результатом которой является отход головки миозина от актина (уравнение 4). То есть, АТФ необходим для мышечного расслабления, а в расслабленной мышце миозин находится в высокоэнергетическом конформационном состоянии. То, что конечный продукт уравнения 4 (М-АТФ) является первым участником уравнения 1, свидетельствует о том, что именно в этом месте завершается цикл сокращения.

(МА) + АТФ  (М-АТФ) + А Уравнение 4

Схематическое изображение реакций, приведенных в уравнениях 1-4, в том виде, в котором они происходят в мышцах, показано на рис.7.11.

Рис. 17.11.Гидролиз АТФ управляет работой цикла ассоциации-диссоциации актина и миозина

Регуляция саркоплазматического кальция

Стимуляция мышечной активности за счет роста саркоплазматического кальция начинается с передачи нервного возбуждения на уровне нервно-мышечных синапсов. Возбуждение вызывает деполяризацию сарколеммы, распространяющуюся на ассоциированную Т-тубулярную систему и глубоко внутрь мышечного волокна. В свою очередь, деполяризация Т-тубулы распространяется на саркоплазматический ретикулум (СР), в результате в мембранах СР открываются потенциало-зависимые ворота кальциевых каналов. Из них кальций устремляется в саркоплазму, близко к миофибриллам. Присутствие кальция в непосредственной близости к тропонину С (одной из субъединиц тропонина) приводит к перемещению миозина. Такое явление сохраняется до тех пор, пока концентрация кальция в этом месте превышает 1 микромоль.

Мышечное расслаблениеМеханизм расслабления. Роль атф-аз, атф.

В норме прекращение сократительной активности и развитие состояния расслабления наступает вслед за исчезновением электрическоой активности в нервно-мышечном синапсе. Саркоплазматическая мембрана возвращается к потенциалу покоя (снаружи заряд более положительный, разница - 60 мв,). То же самое происходит во всей Т-тубулярной системе и мембране саркоплазматического ретикулума (СР). Затем саркоплазматический кальций закачивается обратно в цистерны СР посредством исключительно активного АТФ-зависимого кальциевого насоса. Са²⁺-АТФаза является одним из основных белков мембраны СР. За счет гидролиза каждой молекулы АТФ из саркоплазмы выводятся два иона кальция. Таким образом концентрация саркоплазматического кальция падает до 0,1 мкмоль и ниже, что в 50-100 раз меньше того уровня, который требуется для присоединения кальция к тропонину-С.

В мембране эндоплазматического ретикулума, в области цистерн, содержится большое количество гликопротеина - кальсеквестрина. Кальсеквестрин жадно связывает кальций, уменьшая его концентрацию в цистерне. Это благоприятствует аккумуляции кальция. Ещё одним местом накопления саркоплазматического кальция является митохондриальный матрикс. У митохондрий имеется активный кальциевый насос, работа которого зависит от хемиосмотического потенциала, формирующегося за счет транспорта электронов. В аэробных условиях этот насос использует энергию транспорта электронов для закачки кальция в митохондриальный матрикс. Этот процесс идет даже в ущерб синтезу АТФ.