Механізм м’язового розслаблення.

Для процесу розслаблення необхідна енергія у вигляді АТФ. Mg⁺²-, Ca⁺² –АТФ-аза, яка знаходиться у мембрані саркоплазматичного ретикулуму, активується під впливом карнозину та анзерину, використовуючи енергію АТФ та починає перекачувати іони кальцію із саркоплазми у порожнину цистерн. Внаслідок цього концентрація іонів кальцію знижується до 10^-8 – 10^-7 моль/л, що приводить до розпаду комплексів 1 та 2. Зміна конформації тропоніну 1 сприяє блокуванню активних центрів F-актину і розпаду актоміозину. М’яз розслаблюється та його довжина досягає початкової.

Для отримання енергії скелетні м’язи, у першу чергу, використовують лактат.

Особливості енергетичного обміну у скелетних м’язах.

Для скорочення м’язів витрачається велика кількість АТФ, тому в м’язах постійно протікає ресинтез АТФ двома основними шляхами:

1. креатинкіназний шлях:

креатинфосфокіназа

к реатинфосфат + АДФ АТФ + креатин,

2. міокіназний шлях:

аденілаткіназа

2 АДФ АТФ + АМФ.

Запаси креатинфосфату у м’язі також не великі та витрата енергії постійно відшкодовується біосинтезом АТФ у гліколізі, β-окисненні, ЦТК та окислювальному фосфорилюванні. При помірній роботі м’язів енергетичні витрати покриваються за рахунок аеробного метаболізму; при великих навантаженнях можливість постачання м’язів киснем відстає від потреби в ньому, тому м’яз змушений використовувати анаеробний шлях постачання енергії, в результаті чого йде накопичення лактату. Лактат не використовується м’язом (відсутня лактатдегідрогеназа 1), кров відносить його у печінку на глюконеогенез (цикл Корі), і глюкоза знову повертається у м’язи.

Клітинна мембрана (або плазматична мембрана) відокремлює вміст будь-якої клітини від зовнішнього середовища,забезпечуючи її цілісність. Вона регулює обмін між клітиною і середовищем. Внутрішньоклітинні мембрани поділяють клітину на спеціалізовані замкнуті відсіки - компартменти або органели, в яких підтримуються певні умови внутрішньоклітинного середовища.

Клітинна мембрана являє собою подвійний шар (бішар) молекул класу ліпідів,більшість з яких представляє собою так звані складні ліпіди - фосфоліпіди. Молекули ліпідів мають гідрофільну («голівка») і гідрофобну («хвіст») частини. При утворенні мембран гідрофобні ділянки молекул виявляються зверненими всередину, а гідрофільні - назовні. Холестерол надає мембрані жорсткість, займаючи вільний простір між гідрофобними хвостами ліпідів і не дозволяючи їм згинатися. Тому мембрани з малим вмістом холестеролу більш гнучкі, а з більшим - більш жорсткі і тендітні. Також холестерол перешкоджає переміщенню полярних молекул з клітини і в клітину. Біологічна мембрана включає і різні білки: інтегральні (пронизують мембрану наскрізь), навпілінтегральні (занурені одним кінцем в зовнішній або внутрішній ліпідний шар), поверхневі (розташовані на зовнішній або прилеглі до внутрішньої сторонам мембрани). Деякі білки є крапками контакту клітинної мембрани з цитоскелетом в середині клітини і клітинною стінкою (якщо вона є) зовні. Деякі з інтегральних білків виконують функцію іонних каналів, різних транспортерів і рецепторів.

Функції мембран:

1. бар'єрна - забезпечує регульований, виборчий, пасивний і активний обмін речовин з навколишнім середовищем. Виборча проникність означає, що проникність мембрани для різних атомів або молекул залежить від їх розмірів, електричного заряду і хімічних властивостей. Виборча проникність забезпечує відділення клітини і клітинних компартментів від навколишнього середовища і постачання їм необхідних речовин.

2. транспортна - через мембрану відбувається транспорт речовин у клітину і з клітини. Транспорт через мембрани забезпечує: доставку поживних речовин, видалення кінцевих продуктів обміну, секрецію різних речовин, створення іонних градієнтів, підтримання в клітині відповідного pH і іонної концентрації, які потрібні для роботи клітинних ферментів.

3. механічна – забезпечує автономність клітини, її внутрішньоклітинних структур, також з’єднання з іншими клітинами (в тканинах). Велику роль у забезпечення механічної функції мають клітинні стінки, а у тварин - міжклітинна речовина.

4. рецепторна - деякі білки, що знаходяться в мембрані, є рецепторами (молекулами, за допомогою яких клітина сприймає ті чи інші сигнали). Наприклад, гормони, що циркулюють у крові, діють тільки на такі клітини-мішені, у яких є відповідні цим гормонам рецептори.

5. ферментативна - мембранні білки нерідко є ферментами. Наприклад, плазматичні мембрани епітеліальних клітин кишечника містять ферменти травлення.

6. здійснення генерації та проведення біопотенціалів.

Клітинні мембрани мають виборчу проникність: через них повільно дифундують глюкоза, амінокислоти, жирні кислоти, гліцерин та іони, причому самі мембрани певною мірою активно регулюють цей процес - одні речовини пропускають, а інші ні. Існує чотири основних механізми для надходження речовин у клітину або виведення їх з клітини назовні: дифузія, осмос, активний транспорт і екзо- або ендоцитоз. Два перших процесу носять пасивний характер, тобто не вимагають витрат енергії; два останні - активні процеси, пов'язані зі споживанням енергії.

 Запитання для домашнього (письмового) виконання:

1. Замалюйте структуру м’язів на різних рівнях організації.

2. Опишіть процес скорочення м’язів. Замалюйте цей процес.

3. Опишіть процес гліколізу при м‘язовому скороченні.

4. Заповніть таблицю «Основні мембрани клітини і їх функції»:

Компонент клітинної структури	Біологічна роль
Плазматична мембрана
Ядерна мембрана
Ендоплазматичний ретикулум
Мембрана апарату Гольджі
Мітохондріальна мембрана
Мембран лізосом

5. Заповніть таблицю «Ліпіди мембран»:

Назва	Будова (формула)
Фосфоліпіди
Похідні гліцерину: Фосфатидна кислота Фосфатидилхолін Фосфатидилсерин Фосфатидилетаноламін Кардіоліпін
Похідні сфінгозину: Сфінгомієлін
Гліколіпіди
Похідні сфінгозину: Глюкоцероброзид Лактозилцерамід
Холестерин

6. Замалюйте таблицю в лабораторному зошиті і вивчить питання щодо переносу речовин крізь мембрани»:

Дифузія речовин за градієнтом концентрації, самовільний процес
Проста дифузія	Не потребує спеціальних переносників		О2, Н2О, СО2, низькомолекулярні гідрофобні молекули (стероїдні гормони)
Полегшена дифузія	Відбувається за участю спеціальних білкових структур, які полегшують дифузію гідрофільних речовин крізь гідрофобний шар мембран
	Транслоказа пропускає речовину в двох напрямках	Глют-2-транслоказа мембрани гепатоцитів переносить глюкозу в обох напрямках
	Пасивний симпорт − переміщення іонів за градієнтом концентрації в одному напрямку	Транспорт Н+ і пірувату крізь внутрішню мембрану мітохондрій в матрикс
	Пасивний антипорт − переміщення іонів за градієнтом концентрації в протилежних направленнях	Транспорт аніонів Cl- і НСО3- крізь мембрану еритроцитів
	Канали, які регулюються	Са2+-канал мембрани ендоплазматичного ретикулуму, який регулюється ІФ-3
Активний транспорт, перенос речовин проти градієнту концентрації, несамовільний процес, необхідне джерело енергії
Первинно-активний транспорт	Джерело енергії − АТФ	Na+, K+-АТФаза, Са2+-АТФаза
Вторинно-активний транспорт	Джерело енергії − градієнт концентрації однієї речовини, яка переноситься	−
Симпорт	Транслоказа переносить в клітину 2 речовини, одна з них переміщується проти градієнту концентрації за рахунок переміщення іншої речовини за градієнтом концентрації	Na+-залежний транспорт глюкози в клітини кишечнику
Антипорт	Переміщення речовин відбувається в протилежних напрямках − одне з них проти градієнту концентрації за рахунок переміщення іншої речовини за градієнтом концентрації	Са2+, Na+-активний антипорт

Мета заняття: засвоїти теоретичний матеріал з тем «Механізм м’язового скорочення», «Біологічні мембрани». Для виконання роботи необхідно вивчити такі питання теорії:

 Запитання до обговорення:

1. Будова м’язів.

2. Структурна організація поперечно-полосатих м’язів.

3. Саркомер скелетних м’язів.

4. Хімізм м’язового скорочення.

5. Скорочення в нем’язових клітинах.

6. Розслаблення м’язів.

7. Основні мембрани клітини і їх функції.

8. Структура компонентів плазматичних мембран.

9. Білки мембран. Білок-ліпідне співвідношення. Білки інтегральні, периферичні.

10. Механізми проникнення речовин крізь мембрани.

11. Трансмембранна передача сигналу: аденілатциклазна система, інозитолфосфатна система, каталітичні рецептори, передача сигналу за допомогою внутрішньоклітинних рецепторів.

12. Ушкодження мембран активними формами кисню.

13. Перекисне окиснення ліпідів: механізм, вплив на структуру і властивості мембран.

14. Захист мембран від перекисного окиснення ліпідів і репарація окислювальних ушкоджень.