Mekanismen af muskelsammentrækning. De funktioner og egenskaber af skeletmuskulatur

Muskelsammentrækning - er en kompleks proces, der består af et antal trin. Hovedbestanddelene her er myosin, actin, troponin, tropomyosin og actomyosin, og calciumioner og forbindelser, der tilvejebringer muskel energi. Overvej de typer og mekanismer muskelsammentrækning. Lad os studere, hvorfra de er lavet, og trin er nødvendige for cyklisk proces.

muskler

Muskler kombineres i grupper, som har den samme mekanisme af muskelkontraktion. Af samme grund, de er opdelt i 3 typer:

• tværstribede muskler i kroppen;
• tværstribede muskler i forkamre og hjertekamre i hjertet;
• glatte muskelceller organer, blodkar og hud.

Tværstribede muskler er en del af bevægeapparatet, at være en del af det, fordi der ud over dem, dette inkluderer sener, ledbånd, knogler. Ved gennemførelsen af mekanismen for muskelsammentrækning, udføre følgende opgaver og funktioner:

• krop bevæger;
• kropsdele bevæges i forhold til hinanden;
• legemet er understøttet i rummet;
• varmen genereres;
• cortex aktiveres ved afferent til de receptive områder muskel.

Af glatte muskulatur er:

• bevægeapparat af de indre organer, som omfatter bronkierne, lungerne og fordøjelseskanalen;
• lymfe- og kredsløbssygdomme systemer;
• systemet urogenitale organer.

fysiologiske egenskaber

Ligesom alle hvirveldyr i menneskekroppen er der tre vigtigste egenskaber ved skeletmuskelfibre:

• kontraktilitet - reducere og ændre spændingen når ophidset;
• ledningsevne - bevægelse kapacitet hele fiber;
• excitabilitet - reagerer på en stimulus ved at ændre membranpotentialet og ionpermeabilitet.

Muskler er glade og begynder at falde med nerveimpulser , der kommer fra centrum. Men under kunstige forhold ved hjælp af elektrisk stimulation. Musklen kan derefter blive irriteret direkte (direkte stimulering) eller gennem nerve innerverer musklen (indirekte stimulation).

typer af nedskæringer

Mekanismen af muskulær kontraktion betyder omdannelse af kemisk energi til mekanisk arbejde. Denne proces kan måles eksperimentelt med frø: hendes lægmuskel belastning lav vægt, og derefter irritere electroimpulses lys. Reduktionen, hvor musklen bliver kortere, kaldet isotonisk. afkortning opstår, når isometrisk kontraktion. Sener tillader ikke udviklingen af muskelstyrke forkortet. En anden auksotonichesky mekanisme muskelsammentrækning indebærer betingelser for intens stress, når musklen forkorter minimal måde, og kraften til at nå et maksimum.

Struktur og innervation af skeletmuskel

Det stribede skeletmuskulatur indeholder en række af fibre i bindevæv og fastgjort til senerne. I nogle muskelfibre er anbragt parallelt med den lange akse, og i andre er skrå visninger, er fastgjort til en central sene tyazhu og finnede type.

Den vigtigste funktion af fiberen er sarcoplasm masse af fine tråde - myofibriller. De er lyse og mørke områder veksler med hinanden, mens de tilstødende riller fibre flugter - i tværsnit. Dette resulterer i cross-banding omkring muskelfibrene.

Sarkomer er en kompleks, mørke og to lette diske, og det afgrænsede Z-formede linier. Sarkomerer - et kontraktilt apparat af muskel. Det viser sig, at den kontraktile muskelfiber består af:

• kontraktile apparat (myofibriller system)
• trofisk apparat med mitokondrier, Golgi komplekset og svag endoplasmatiske reticulum ;
• membranindretningen;
• Referenceapparatet;
• nervøs apparat.

Muskelfibrene er opdelt i 5 dele med deres strukturer og funktioner, og er en integreret del af muskelvæv.

innervation

Denne proces i tværstribede muskelfibre realiseret af nervefibre, nemlig axoner motoriske neuroner i rygmarven og hjernestammen. En motoneuron innerverer flere muskelfibre. Kompleks med en motorisk og innerverede muskelfibre kaldet neuromotorisk (HME) eller en motorenhed (MU). Gennemsnitlige antal fibre, der innerverer en motoneuron, karakteriserer DE muskel, kaldet gensidig innervationstæthed. Sidstnævnte er den største i musklerne, hvor små bevægelser og "tynd" (øjne, fingre, tunge). Dens værdi er lille, tværtimod i musklen med en "grov" bevægelse (fx torso).

Innervation kan være enkelt og multiple. I det første tilfælde er det realiseret kompakte motor endelser. Normalt er det typisk for store motoriske neuroner. Muskelfibre (kaldet i dette tilfælde, fysisk eller hurtig) generering PD (aktionspotentialer), der gælder for dem.

Multiple innervation opstår, for eksempel i de eksterne øjenmusklerne. Dette er ikke et aktionspotentiale frembringes, eftersom membranen ingen electroexcitability natriumkanaler. De er fordelt over hele fiberen depolarisering af synaptiske slutninger. Dette er nødvendigt for at aktivere den mekanisme for muskelsammentrækning. Processen her er ikke så hurtig som i det første tilfælde. Derfor kaldes det langsomt.

Strukturen af myofibrillen

muskelfibrene forskning udført i dag på grundlag af røntgendiffraktion, elektronmikroskopi, og histokemiske metoder.

Det er beregnet, at diameteren i hver myofibrillære, hvoraf er 1 mikron, omfatter cirka 2.500 protofibriller, dvs. aflange polymeriserede molekyler proteiner (actin og myosin). Actin protofibriller to gange tyndere myosin. I hvile, er disse muskler placeret således, at de endeløse actin tips trænge ind i mellemrummene mellem myosin protofibriller.

En smal stribe af lys i disken A er fri for aktin filamenter. En membran Z holder dem sammen.

På myosin filamenter har tværgående fremspring på op til 20 nm, i hovederne som er omkring 150 myosin molekyler. De afgår biopolyarno, og hvert hoved myosinic forbinder til glødetråden actin. Når der er stress på filamenter af actin centre myosin, glødetråd actin er tæt på centrum af sarkomeret. I slutningen af myosin filamenter nå den linje Z. Så de tager en hel sarkomeret, og actin er blandt dem. Samtidig jeg kører længde er reduceret, og til sidst forsvinder fuldstændigt, sammen med hvad linien Z bliver tykkere.

Således, ifølge teorien om at flytte garner, på grund af reduceret længde af muskelfibrene. Teorien, der kaldes "gear", blev udviklet af Huxley og Hanson i midten af det tyvende århundrede.

Mekanisme af muskelfiberkontraktion

Det vigtigste teori er, at ingen glødetråd (myosin og aktin) er forkortet. Deres længde er uændret og muskelspændinger. Men bundter af tynde filamenter, glider, gå mellem de tykke filamenter, falder graden af overlapning, så der er en reduktion.

Den molekylære mekanisme af muskulær kontraktion er som følger ved at skubbe actinfilamenter. Myosin hoved tilsluttet protofibriller med actin. Med deres skråninger der glider, flytte filament actin til midten af sarkomeret. På grund af den bipolære tilrettelæggelse af myosin molekyler på begge sider af filamenterne, betingelserne for glidning af actinfilamenter i forskellige retninger.

Når muskelafspænding myosin hovedet bevæger sig væk fra de actinfilamenter. Med en let slip afslappet muskelspændinger modstå meget mindre. Derfor er de passivt forlænget.

trin reduktion

Mekanismen af muskelkraft sammentrækning kan kort inddeles i følgende faser:

1. Muskelfibrene stimuleres når et aktionspotentiale tilføres fra de motoriske neuroner i synapserne.
2. Aktionspotentialet frembringes på membranen af muskelfibrene, og derefter breder sig til myofibriller.
3. Udførte elektromekanisk par repræsenterer en konvertering af elektrisk til mekanisk glidende PD. Dette indebærer nødvendigvis calciumioner.

calciumioner

For en bedre forståelse af processen med fiber aktivering af calciumioner er praktisk at overveje strukturen af filamentet actin. Dens længde er cirka 1 mikron, tykkelse - den 5.-7 nm. Dette er et par af snoede tråde, som ligner den actin monomer. Cirka hver 40 nm her er sfæriske troponin molekyle og mellem kæderne - tropomiozinovye.

Når calciumioner er fraværende, slappe dvs. myofibriller lange tropomiozinovye molekyler blokerer binding af actin kæder og myosin broer. Men når aktiverede calciumioner tropomiozinovye molekyler synke dybere og åbne områder.

Så myosin broer er knyttet til aktin filamenter og ATP splittelser og udvikler muskelstyrke. Dette er muligt på grund af virkningen af calcium troponin. I dette molekyle sidstnævnte deformeres derved skubbe tropomyosin.

Når musklen er afslappet, er 1 gram våd vægt indeholder mere end 1 mmol af calcium. Calciumsalte er isolerede og særlige lagre. Ellers ville musklerne altid faldet.

calcium deponeret som følger. I forskellige områder af membranen muskelceller i fiberen er rør, hvorigennem der er en forbindelse med miljøet uden for cellerne. Det er et system af tværgående tubuli. Et system er vinkelret på de langsgående ender - vesikler (terminal) tanke er anbragt i umiddelbar nærhed af tværgående membraner system. Sammen opnåede triade. Det var i hætteglas lagrede calcium.

Da PD fordeles ind i cellen, og der er en elektromekanisk konjugering. Excitation trænger fiberen passerer ind i en langsgående systemet frigiver calcium. Således mekanismen Reduktionen udføres muskelfibre.

3 proces med ATP

I interaktionen af begge strenge i nærværelse af calciumioner en væsentlig rolle for ATP. Ved gennemførelsen af mekanismen af muskel sammentrækning af skelet muskler, bliver energien af ATP bruges til:

• drift af natrium og kalium-pumpen, som opretholder en konstant koncentration af ioner;
• disse stoffer på forskellige sider af membranen;
• glidende filamenter afkortning myofibriller;
• Job kalciumpumpen handler for at slappe af.

ATP er cellemembranen, filamenterne af myosin og sarkoplasmiske reticulum membraner. Enzymer nedbryder og bortskaffes myosin.

forbrug af ATP

Det er kendt, at myosin hoveder interagerer med actin og indeholder elementer til ATP spaltning. Sidst aktiverede actin og myosin i nærvær af magnesiumioner. Derfor enzym spaltning finder sted, når fæstnet til actin myosin hovedet. Jo større de tværgående broer, vil opdelingen hastighed være højere.

ATP mekanisme

Efter afslutning af bevægelsen af AFL molekyle tilvejebringer energi til adskillelse af det involverede i actin og myosin reaktion. Myosin hoved adskilles, ATP spaltes til phosphat og ADP. Den nye ende er forbundet ATP molekyle og cyklussen genoptages. Sådan er den mekanisme af muskel sammentrækning og afslapning på det molekylære niveau.

Aktiviteten af cross-broer vil kun vare så længe ATP-hydrolyse forekommer. Hvis du blokerer enzymet broerne ikke bliver igen påsat.

Med udbruddet af organismens død niveau af ATP i cellerne falder og broer forbliver stabilt fastgjort til glødetråden actin. Så der er den fase af rigor mortis.

ATP resyntesen

Resyntesen kan implementeres på to måder.

Ved enzymatisk overførsel af phosphatgruppe fra creatinphosphat til ADP. Da lagre af kreatin i cellen meget mere ATP resyntesen gennemført meget hurtigt. På samme tid ved oxidationen af pyrodruesyre og mælkesyre resyntesen vil være langsom.

ATP og CP kan forsvinde helt, hvis resyntesen er brudt giftstoffer. Derefter calcium pumpestop bearbejdning, hvilket resulterer i musklen er irreversibelt reduceret (dvs. kommer kontraktur). Således brudt mekanisme af muskulær kontraktion.

fysiologi proces

Sammenfattende bemærker vi, at reduktionen af muskelfibre forkortes i hver af myofibriller sarkomerer. Filamenterne af myosin (tyk) og aktin (tynde) forbundet ender i en afslappet tilstand. Men de begynder glidende bevægelse mod hinanden, når de gennemføres mekanisme for muskelsammentrækning. Fysiologi (kortvarigt) forklarer processen når påvirket myosin frigives den nødvendige energi til at omdanne ATP til ADP. myosin aktivitet vil således blive realiseret, når et tilstrækkeligt indhold af calciumioner ophobes i reticulum.