Molekularny mechanizm skurczu mięśnia
Mięśnie kręgowców dzielimy na 3 grupy ze względu na budowę i spełniane funkcje w organizmie. Są to:
Mięśnie szkieletowe poprzecznie prążkowane - na ich skurcz wpływamy aktywnie.
Mięśnie gładkie - ich skurcz jest niezależny od naszej woli
Mięsień sercowy poprzecznie prążkowany - na jego skurcz mamy wpływ jedynie pośrednio.
Dzisiejszy referat będzie dotyczył pierwszego rodzaju mięśni - mięśnia szkieletowego. Nim jednak przystąpię do omawiania jego mechanizmu skurczu, przedstawię Wam jego budowę.
Budowa mięśnia szkieletowego
Mięśnie szkieletowe są unaczynione i unerwione. Zbudowane są z tkanki mięśniowej poprzecznie prążkowanej. Podstawową jednostką strukturalną mięśnia jest włókno mięśniowe, zawierające liczne miofibryle(włókienka kurczliwe). Są one otoczone przez system oddzielonych błonami kanalików, zawierających dużo jonów wapnia, oraz licznymi mitochondriami, wytwarzającymi potrzebną do skurczu energię. Każda miofibryla składa się z jeszcze mniejszych jednostek - miofilamentów. Miofilamenty grubsze zbudowane są przede wszystkim z miozyny, a cieńsze - z aktyny oraz białek regulatorowych skurczu mięśnia: tropomiozyną i troponiny. Warstwy miofilamentów miozynowych i aktynowych tworzą sarkomer.
Rodzaje skurczu mięśnia szkieletowego (nie omawiałam, raczej mało potrzebne!)
skurcz mięśnia izotoniczny -> Mięsień zmienia swoją długość, a jego napięcie pozostaje mniej więcej stałe (wynikiem skurczu jest ruch)
skurcz mięśnia izometryczny-> Nie dochodzi do zmiany długości mięśnia, wzrasta jego napięcie. Wynikiem nie jest ruch ale utrzymanie części ciała w stałym położeniu np. odkręcanie mocno przykręconych śrub, stanie, trzymanie ciężarów). Skurcz ten nazywany jest także skurczem izotermicznym, ze względu na utrzymanie ciepłoty ciała (dreszcze)
skurcz mięśnia auksotoniczny -> Zmiana długości i napięcia mięśni (np. przy chodzeniu, bieganiu).
Skurcz mięśnia
Umowne fazy skurczu mięśnia szkieletowego:
Gdy impuls nerwowy przebiegający wzdłuż nerwu ruchowego dociera do połączenia między neuronem a włóknem komórki mięśniowej, neuron uwalnia substancję zwaną acetylocholiną. Dyfunduje ona poprzez mikroskopijną szczelinę synaptyczną pomiędzy neuronem a włóknem komórki mięśniowej i wchodzi w interakcje z receptorami na powierzchni włókna mięśniowego.
W efekcie dochodzi do depolaryzacji błony komórki mięśniowej(sarkolemma), co wyzwala potencjał czynnościowy rozprzestrzeniający się w cytoplazmie komórki mięśniowej.
Uwolnienie jonów wapnia(Ca+) z siateczki sarkoplazmatycznej z powodu otwierania się białkowych kanalików retikulum sarkoplazmatycznego dzięki rozprzestrzenianiu się potencjałowi czynnościowemu. Wiążą się one z cząsteczkami troponiny. Dochodzi do zmiany kształtu kompleksu troponiny, co pozwala cząsteczką tropomiozyną przemieścić się głębiej, między skręcone cząsteczki aktyny. Tym samym zostają odsłonięte aktywne centra wzdłuż filamentu aktyny.
Powstanie aktywnych centrów wzdłuż miofilamentu aktynowego, staje się zdolny do połączenia z miofilamentem miozynowym.
Następuje hydroliza ATP po połączeniu się z nim miozyny. Tworzenie mostków miozynowych pomiędzy filamentami. Ogólnie: Rozkład ATP do ADP i fosforanu nieorganicznego, ale uwolnienie energii dopiero w następnym etapie.
Główka miozyny po zetknięciu się z centrum aktywnym aktyny uwalnia ADP i obraca się o około 45*. Ten skręt jest właśnie siłą napędową, która ruchem ślizgowym wciąga cienkie filamenty aktynowe pomiędzy grube filamenty miozynowe.
Rozkład kolejnej cząsteczki ATP, kolejne przesunięcie miofilamentu aktynowego względem miozynowego. Zaopatrzona w nową porcję energii główka miozyny odbudowuje mostek poprzeczny sięgający do filamentu aktyny, na wysokości kolejnego centrum aktywnego.
Jony wapnia(Ca+) pompowane są ponownie do kanalików retikulum sarkoplazamtycznego, co wymaga energii w postaci ATP. Dochodzi wówczas do rozkurczu mięśnia.
Cała opisana sekwencja zdarzeń rozgrywa się w ciągu ułamku sekundy. W czasie skurczu nie zmienia się długość ani filamentów ani białek. Zmienia się natomiast długość prążków, a ściślej sarkomerów.
Nawet w czasie spoczynku mięśnie pozostają w fazie częściowego skurczu, znanego jako napięcie mięśniowe lub tonus mięśnia. Tonus mięśni jest mimowolnym stanem, który poza kontrolą świadomości utrzymuje mięśnie w stanie stałej gotowości do podjęcia normalnej aktywności. Przecięcie lub uszkodzenie nerwu ruchowego prowadzi do jego spłaszczenia i zwiotczenia.
Małgorzata Wójcik, Re1