Молекулярные механизмы мышечного сокращения

Для осуществления сокращения мышечного волокна требуется ряд условий:

1. Развитие потенциала действия на сарколемме.

2. Повышение внутриклеточной концентрации ионов кальция выше 0,1 мкМ.

3. Наличие в цитозоле молекул АТФ.

Потенциал действия (ПД) скелетного волокна имеет Na⁺,K⁺-ю природу (Рис.).

Его амплитуда достигает 120-130 мВ, овершут +30-+50 мВ, продолжительность 3-5 мс. Особенностью является длительная следовая деполяризация (около 10 мс), обусловленная аккумуляцией ионов K⁺ в Т-трубочках. Их разрушение при действии глицерина удаляет не только следовый потенциал, но и делает невозможным развитие сокращение на фоне ПД.

Повышение внутриклеточной концентрации ионов кальция происходит в результате его высвобождения из концевых цистерн СПР после развития ПД.

Взаимодействие электрических процессов на сарколемме (ПД) и непосредственно сократительных белков осуществляется с помощью процесса электромеханического сопряжения (ЭМС). В настоящее время существует несколько гипотез развития ЭМС:

1.Морфологическая, которая предполагает наличие структур, связывающих Т-систему и СПР.

2.Электрическая, которая предполагает перераспределение электрического поля с Т-системы на СПР.

3. Химическая, которая предполагает, что в процессе развития ПД внутрь волокна выделяется вещество-посредник запуска сокращения, например, инозитолтрифосфат.

После повышения внутриклеточного уровня выше критического (0,1 мкМ) ионы кальция соединяются с TrС, в результате чего весь тропониновый комплекс изменяет конформацию и снимается ингибиторное влияние TrI на молекулу актина. К открывающимся на молекуле актина участкам прикрепляются легкие цепи головки миозина. Формирующийся актин-миозиновый комплекс в присутствии АТФ осуществляет перемещение тонких и толстых миофиламентов относительно друг друга - теория скользящих нитей Хилла.

АТФ-азная активность миозина не подчиняется простой кинетике ферментативного катализа (Энгельгард В.А.,1939), так как протекает через ряд стадий, скорость которых зависит от структурных перестроек молекулы в присутствии актина и ионов кальция.

Лимитирующей стадией процесса становится распад фосфорилированной формы миозина в отсутствии актина (диссоциация актин-миозинового комплекса). Наоборот, после взаимодействия актина с миозином фосфорилированный миозин распадается очень быстро (скорость реакции увеличивается на несколько порядков). В результате распада молекула миозина становится свободной для очередного фосфорилирования, необходимого для перемещения нитей актина относительно миозина – собственно процесса сокращения.

Процесс расслабления начинается со снижения уровня внеклеточного кальция за счет работы системы активного транспорта СПР – Mg²⁺зависмойCa²⁺-АТФазы. Считается что этот процесс закачки внутрь СПР, в большей мере, происходит в его продольных трубочках.