Biologia komórki, Laboratoria, 24.11.2011 r.

„Fizjologia zwierząt” – praca zbiorowa (współautor prof. dr hab. Wiesław Skrzypczak)

Właściwości fizjologiczne włókien:
1) pobudliwość – zdolność wytwarzania potencjału czynnościowego w odpowiedzi na działanie bodźców
2) zdolność przewodzenia fali pobudzenia wzdłuż całego swojego przebiegu
3) kurczliwość – zdolność skracania się pod wpływem pobudzenia

Dzięki skurczom mięśni szkieletowych zachodzących pod wpływem impulsów nerwowych możliwe są:
1) przemieszczanie się organizmu w przestrzeni
2) zmiany ułożenia części ciała wobec siebie
3) utrzymanie postawy ciała

Sarkolema zawiera:
cienką warstwę polisacharydową
warstewkę włókien kolagenowych (leży zewnętrznie)

Kurczliwość jest czynnością miofibryli znajdujących się w sarkoplazmie.

Odcinki:
izotopowe – prążki jasne – odcinki I
anizotopowe – prążki ciemne – odcinki A

Segment, leżący między dwiema liniami Z, tworzy najmniejszą czynnościową jednostkę miofibryli, noszącą nazwę sarkomeru cały odcinek ciemny (A) + sąsiadujące z nim po obu stronach połówki odcinków jasnych.

Miofilamenty – liczne nitki białkowe.

W obrębie sarkomeru można rozróżnić grube i cienkie miofilamenty utworzone z białek kurczliwych:
- miozyna – ciemny odciek A
- aktyna – jasny odcinek I

Układ heksagonalny – każdy gruby filament otoczony jest sześcioma cienkimi, ułożonymi w rogach regularnego sześcioboku.

Mostki poprzeczne – wypustki, odchodzące od grubych nitek, ułożone spiralnie.
Każdy skręt spirali ma ich 6.
Dzięki nim może dochodzić do interakcji między gruba miozynową nitką a otaczającymi ją sześcioma cienkimi nitkami aktynowymi.

Na główce miozyny znajduje się reaktywne miejsce, którym cząsteczka miozyny może łączyć się z cząsteczką aktyny.
W główce jest też zlokalizowany układ enzymatyczny zdolny do rozkładu ATP.

3 role cząsteczek miozyny:
1) wchodzą w skład grubych nitek sarkomerów
2) mogą tworzyć kompleksy z cienkimi nitkami zbudowanymi z aktyny
3) wykazują słabą aktywność ATP-azy

Aktyna – zwiększa enzymatyczną aktywność miozynowej ATP-azy.

Kompleks aktyno-miozynowy (aktomiozyna) – aktywność pobudzana przez jony Mg²⁺.

Aktyna:
postać kulista
mają na swojej powierzchni reaktywne miejsce wykazujące zdolność do łączenia się z miozyną

Cienkie miofilamenty są zbudowane z dwu spiralnie skręconych łańcuchów utworzonych z cząsteczek aktyny.

Tropomiozyna i troponina:
zapobiegają łączeniu się cienkich nitek aktyny z poprzecznymi mostkami miozyny w stanie spoczynku (rozkurczu) mięśnia
rola naturalnych inhibitorów procesu skurczowego
inaczej białka regulujące mięśnia

Inhibicyjne działanie układu troponina-tropomiozyna znoszą wolne jony wapnia.

Układ sarkotubulinowy:
- siateczka sarkoplazmatyczna (retikulum sarkoplazmatyczne)
- kanalikowy układ poprzeczny (układ T)

Kanaliki podłużne – tworzą siateczkę sarkoplazmatyczną – wypełnione płynem pozakomórkowym.
W okolicach linii Z rozszerzają się tworząc cysterny – zawierają ziarnistości, magazynujące znaczne ilości wapnia.

Kanalik poprzeczny (kanalik T):
wąski kanalik
biegnie w poprzek każdej cysterny, wokół miofibryli
łączy się z podobnymi kanalikami
nie należy do siateczki sarkoplazmatycznej
powstaje wskutek uwypuklenia się sarkolemy do wnętrza włókna mięśniowego
zaczyna się i kończy na powierzchni sarkolemy
łączy wnętrze włókien mięśniowych z otaczającym środowiskiem
przylega ściśle do ściany cystern
styka się z podłużnymi kanalikami siateczki

Układ sarkotubularny – morfologiczne podłoże, po którym pobudzenie przekazywane jest z układu pobudliwego na układ kurczliwy.

Ślizgowa teoria skurczu:
wzrost napięcia mięśnia jest następstwem wciągania cienkich nitek aktyny pomiędzy grube nitki miozyny
ani jedne, ani drugie nitki nie zmieniają przy tym swej długości
„wślizgują się” pomiędzy siebie
dochodzi do skrócenia się sarkomeru
szerokość odcinka A (ciemnego) w czasie skurczu pozostaje niezmieniona
skracają się odcinki I (jasne) sarkomeru
w czasie maksymalnego skurczu, nitki I mogą na siebie zachodzić
przy rozciąganiu mięśnia nitki aktyny wysuwają się spomiędzy nitek miozyny
wzrasta w sarkomerze długość odcinków I

Ruch poprzeczny mostków (główek cząsteczek miozyny – ciężka merymiozyna):
dzięki temu nitki aktyny wciągane są pomiędzy nitki miozyny
zaczepiają się o nitki aktyny w strefie zachodzenia obu rodzajów nitek na siebie

W spoczynku mostki poprzeczne są wyprostowane dzięki siłom elektrostatycznym występującym pomiędzy zjonizowanym ATP związanym z ich końcami a ustalonym ładunkiem ujemnym znajdującym się u ich podstawy, gdzie łączą się one z nitką miozyny.

Jony wapnia uwolnione podczas pobudzenia z cystern siateczki sarkoplazmatycznej dyfundują do sarkoplazmy, a gdy stężenie jest wystarczająco wysokie (ok. 10^-5M) wiążą się z jednym z białek regulatorowych – troponina (C), przez co tropomiozyna traci swoje działanie hamujące i zostają odsłonięte miejsca wiązania miozyny na aktynie.

Aktyna aktywuje jednocześnie ATP-azę główki miozynowej i powoduje rozpad ATP

ATP  ADP + P_i

Gdy z kompleksu odłączy się P_i (nieorganiczny fosforan), główki miozynowe zmieniają położenie (z 90 do 50^o), co powoduje, że nitki aktyny i miozyny przesuwają się w stosunku do siebie.