Механизм и энергетика мышечного сокращения

МЕХАНИЗМ И ЭНЕРГЕТИКА МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ

Каждая мышца состоит из множества мышечных клеток (волокон). Каждое такое волокно сокращается, если получает команды в виде импульсов от соответствующего мотонейрона. В каждом мышечном волокне находится множество миофибрилл – тонких пучков сократительных нитей. Эти нити состоят из белков: миозина и актина (схема).

Актиновые нити прикрепляются к поперечным (относительно длины мышечных волокон) перегородкам-пластинкам. Пластинки делят миофибриллы на саркомеры длиной 2,5 мкм. Укорочение мышечного волокна – результат сокращения множества саркомеров. При укорочении тонкие актиновые нити скользят вдоль толстых миозиновых нитей, двигаясь между ними к середине пучка и саркомера. Сами нити при этом не укорачиваются.

Такое перемещение обеспечивается так называемыми поперечными мостиками. Мостики – это поперечные выступы молекул миозина, которые отходят от нити биполярно. Для того чтобы мостики потянули актиновую нить, их нужно активировать. Активация обеспечивается с помощью ионов кальция. Са²⁺ снимает блокирующие действия белка тропомиозина, который без Са²⁺ препятствует прикреплению поперечных мостиков к актиновым нитям. Процесс сокращения требует затрат энергии молекул АТФ. Са²⁺ находится в продольных трубочках (цистернах), расположенных вдоль миофибрилл. Каждая трубочка располагается под саркомером, между пластинками. Под действием возбуждения Са²⁺ выходит из этих трубочек и может влиять на работу миофибрилл. Возбуждение с поверхности мышечной мембраны может проникать вглубь волокна, к продольным трубочкам с помощью систем поперечных трубочек (Т-системы), которые обычно окружают каждую миофибриллу на уровне пластинок.    

Мышечное сокращение осуществляется в такой последовательности. Нервные импульсы (для возбуждения одной мышечной клетки достаточно одного импульса) через синапс запускают механизм возбуждения мышечного волокна. Возбуждение распространяется вдоль клетки и по Т-системе достигает кальциевых резервуаров. Са²⁺ выбрасывается из трубочек, снимает блокаду миозиновых мостиков. За счет эластической тяги мостиков актиновые нити втягиваются между миозиновыми. Этот процесс обеспечивается энергией молекул АТФ. Эта энергия освобождается с помощью ферментов, основным из которых является сам миозин.