< krisa > 

<previous> <на главную> <next>

<01> Механизм мышечного сокращения:

  В основе сокращения мышцы лежит укорочение отдельных её клеток - миоцитов [видеозапись сокращений изолированных мышечных клеток, 503 Kb]. Миоциты, в свою очередь, сокращаются в результате укорочения саркомеров миофибрилл (внутриклеточных нитеподобных белковых структур), которое обусловлено скольжением тонких актиновых филаментов вдоль толстых миозиновых по направлению к центру саркомера. Ниже показан механизм такого скольжения - специфический контакт одной из множества "головок" миозина с актиновой нитью и последующий "гребок". В результате одного такого движения саркомер укорачивается лишь на 20 нм (т.е. на 1% своей длины). Поэтому для достижения эффекта движения на макроуровне (например, поднятия предплечья при сгибании руки) необходима целая серия последовательных "гребков", как это показано на схеме.

  Схема, демонстрирующая молекулярные механизмы мышечного сокращения с точки зрения теории "скользящих нитей": показан контакт головки миозина с актином (образование "поперечного мостика") и "гребок", продвигающий актиновую нить к середине саркомера (Источник: San Diego State University College of Sciences [www.sci.sdsu.edu] ).

  Миозиновые нити несут множество таких "головок", которые представляют собой биполярно расположенные выступы длиной около 20 нм, состоящие примерно из 150 молекул миозина. Как видно из рисунка, в данной реакции кроме актина и миозина принимают участие ещё несколько компонентов. В первую очередь это тропомиозиновые нити, лежащие в желобках, образованных спирально скрученной парой актиновых нитей. Считается, что в состоянии покоя тропомиозин расположен так, что препятствует контакту головки миозина с актином. Для того, чтобы в случае необходимости "открыть доступ", существует так называемый "кальциевый переключатель": через регулярные промежутки (около 40 нм) актиновые нити несут на себе молекулы тропонина. При связывании с Са(2+) они деформируются таким образом, что смещают тропомиозиновую нить вглубь желобка между актиновыми мономерами, в результате чего контакт миозина с актином становится возможным.
  Как известно, активация миоцита начинается с деполяризации его мембраны. В результате этого из цистерн Т-системы (специфических элементов эндоплазматического ретикулума) в саркоплазму начинают выходить ионы Са(2+). Примерно за 20 мс концентрация Са(2+) возрастает с 10(-7) М до 10(-5) М. Кстати, взаимосвязь между резким увеличением концентрации Са(2+) и сокращением была продемонстрирована Блинксом и соавторами (Blinks J.R. etc., J. Physiol., 1978, 277, P. 291-323) весьма оригинальным способом. Они выделили из светящихся медуз белок экворин, который при взаимодействии с Са(2+) люминесцирует, и показали, что после инъекции этого белка в изолированное мышечное волокно вспышка света предшествует каждому его сокращению [видео с демонстрацией этого эксперимента: calcium_imaging1.avi (153 Кб) и calcium_imaging2.avi (279 Kb)].
  Итак, при возбуждении мышечного волокна в его цитоплазме появляется большое количество ионов Са(2+). Они, в свою очередь, взаимодействуют с тропонином, который смещает тропомиозин вглубь актиновой спирали. Благодаря этому образуется актомиозиновый комплекс, который иногда называют "поперечным мостиком". 
  Донором энергии для перемещения этого мостика (и, соответственно, самого сокращения) является АТФ. Причем каталитический центр расщепления АТФ - АТФаза - располагается непосредственно на миозиновой головке, однако активируется он актином в присутствии ионов Mg(2+) (см. схему). Стоит отметить, что в отсутствие актина АТФ всё равно образуется, но не высвобождается, а на несколько секунд блокирует каталитический центр и, соответственно, активность поперечного мостика.
  К сожалению, на данный момент трудно сказать, на каком именно этапе используется энергия АТФ. Предполагается, что АТФ расщепляется миозином уже после гребка, давая таки образом энергию для разделения актомиозинового комплекса (собственно, именно эта гипотеза отражена на приведенной схеме). В пользу этой точки зрения говорит существование так называемого трупного окоченения (rigor mortis): после смерти организма содержание АТФ в клетках резко снижается, и поперечные мостики долгое время остаются прикреплёнными к актиновой нити - до тех пор, пока не произойдет автолизис. Кроме того, если удалить из клетки весь эндогенный АТФ, то также можно наблюдать подобную ригидность, которая прекращается после введения АТФ.