БІОХІМІЯ М’ЯЗІВ І М’ЯЗОВОГО СКОРОЧЕННЯ

Лекція № 1

ПЛАН

1. Типи м’язових волокон.

2. Структурна організація м’язових волокон.

3. Хімічний склад м’язових тканин.

4. Структурні і біохімічні зміни в м’язах при скороченні і розслабленні.

5. Молекулярний механізм м’язового скорочення.

М’язи є молекулярною системою, в якій відбувається трансформація хімічної енергії АТФ у механічну енергію скорочення та руху.

На м’язи припадає 40-45% маси тіла. За своїми властивостями м’язи характеризуються великою еластичністю, пластичністю та скоротливістю. Це єдина унікальна природна система, наділена здатністю перетворювати безпосередньо хімічну енергію в механічну з високим коефіцієнтом корисної дії.

Морфологічно м’язи у хребетних тварин поділяють на поперечносмугасті, або скелетні, гладенькі та серцевий м’яз (міокард). Перші під мікроскопом мають вигляд довгих волокон, в яких регулярно чергуються світлі й темні смуги. Другі складаються з коротких волокон, що не містять смуг (рис. 1) міокард є перехідною формою. Вони відрізняються морфологічними, біохімічними і функціональними особливостями, а також шляхами розвитку.

Скорочення гладеньких м’язів ініціюється нервовими імпульсами, певними гормонами і не залежить від волі людини, так як їїх тонус не контролюється нашою свідомістю.

Серцевий м’яз скорочується ритмічно з послідовно змінюючимися циклами скорочення (систола) і розслаблення (діастола) незалежно від волі людини його сокрочення регулюється гормонами, наприклад катехоламінами.

Скелетні м’язи прикріплені в основному до кісток, що зумовило їх назву. Скорочення скелетних м’язів ініціюється нервовими імпульсами і керується свідомістю людини.

Відповідно до певних ультраструктурних і метаболічних особливостей, скелетні м’язи поділяють на два типи:

- червоні (повільні) скелетні м’язи;

- білі (швидкі) скелетні м’язи.

Червоні м’язи — тип м’язів, що добре забезпечуються кров’ю та містять багато міоглобіну — (О₂-зв’язуючого білка який утворює резерви кисню в м’язових клітинах. В червоних м’язах багато мітохондрій, і вони мають високу здатність до окислювальних процесів, використовуючи як субстрат глюкозу, жирні кислоти, кетонові тіла. Швидкість скорочення складає більш ніж 110 мс. Цей тип м’язів найбільш пристосований до довготривалої фізичної роботи, але включення енергетичних резервів у них відбувається повільно.

Білі м’язи—тип м’язів, що містять невелику кількість мітохондрій; завдяки високій активності гліколітичних ферментів (глікогенфосфорилаз) вони в більшій мірі пристосовані до отримання енергії при анаеробному розщепленні глікогену. За рахунок анаеробного глікогенолізу та гліколізу білі м’язи більш швидко (50 мс), ніж червоні, переходять до максимальної активності з високою частотою скорочень, але швидше втомлюються.

М’язова тканина тварин і людини містить від 73 до 78 % води. Приблизно 22-27 % від маси м’яза припадає на частку сухого залишку, переважно білків. Крім білків, у м’язах знаходяться глікоген та інші вуглеводи, різні ліпіди, екстрактивні речовини та мінеральні солі.

Таблиця 1.Хімічний склад поперечносмугастих м’язів

Речовина	Вміст (% на сиру масу)
Вода	73-78
Сухий залишок	22-27
У тому числі:
Білки	17-21
Глікоген	0,5-3,0
Фосфоліпіди	0,02-1,0
Холестерин	0,02-0,23
Креатинін	0,003-0,005
АТФ	0,25-0,40
Креатин+креатинфосфат	0,2-0,55
Карпозин	0,2-0,3
Молочна кислота	0,01-0,02
Неорганічні речовини	1,0-1,5

В м’язах розрізняють 3 види білків: білки саркоплазми, білки міофібрил і білки строми.

У саркоплазмі м’язів містяться білки, що розчиняються у воді або сольових розчинах. Донедавна в цих білках розрізняли міогенну, альбумінову, глобулінову та міоглобінову фракції. Але ці фракції не однорідні. Так, міогенна фракція включає в себе ряд ферментів гліколізу, Неоднорідними є й інші білки саркоплазми. Зокрема тут виявлено білки-ферменти, що знаходяться в мітохондріях і відповідають за тканинне дихання. Міоальбумін саркоплазми за хімічними властивостями нагадує альбумін плазми крові, Міоглобін м’язів - типовий хромопротеїн, що, як і гемоглобін, з’єднується з киснем і забезпечує процес дихання м’язів. Червоний колір м’язів зумовлений великим вмістом у них міоглобіну. Міоглобін має в 5 разів більшу спорідненість із киснем, ніж гемоглобін. Це сприяє забезпеченню значного резерву кисню в м’язовій тканині при його нестачі.

Білки міофібрил. До складу міофібрил входять такі білки: міозин (56-60 %), актин (20-25%), тропоміозин (10-15 %) і тропоніновий комплекс (4-6 %).

Білки строми в поперечносмугастих м’язах представлені переважно колагеном, нейрокератином, еластином тощо. Ці білки входять до складу сполучнотканинних елементів стінок судин, нервів та сарколеми.

Ліпіди. У м’язах знаходяться нейтральні жири, стериди, фосфоліліди. Нейтральні жири входять у простір між структурами м’язових волокон і відіграють роль резервного жиру. Їх вміст дуже непостійний.

Холестерин і фосфоліпіди є обов’язковими складовими компонентами всіх м’язів і входять до складу клітинних мембран. Вміст фосфоліпідів і холестерину в м’язах збільшується під час тренування.

Екстрактивні речовини м’язів. Скелетні м’язи містять ряд важливих екстрактивних речовин: нуклеотиди (АТФ, АДФ, АМФ, ТТФ, УТФ, ЦТФ, інозинмонофосфат), креатинфосфат, креатинін, карнозин, ансерин, карнітин тощо.

Серед них креатин та креатинфосфат мають пряме відношення до скорочення м’язів. В їх синтезі беруть участь 3 амінокислоти: аргінін, гліцин, метіонін. Утворення їх починається в нирках, а завершується в печінці і м’язах.

З амінокислот у м’язах найбільше глутамінової кислоти та глутаміну.

Безазотисті екстрактивні речовини м’язів представлені переважно вуглеводами та продуктами їх обміну. Найбільше в м’язах глікогену. У людини вміст глікогену в м’язах знаходиться в межах 0,4-0,8 %, але під впливом тренування він може збільшуватися до 1,5-3%. Втомлені м’язи містять незначну кількість глікогену.

Під час роботи глікоген м’язів розпадається на глюкозу, тріозо-фосфорні ефіри та інші проміжні продукти гліколізу, в тому числі молочну кислоту.

Мінеральні речовини. Загальний вміст мінеральних речовин в м’язах на сиру масу становить 1,0-1,5 %. Із катіонів у м’язах переважають К⁺, Na⁺, Са²⁺, Мд²⁺, є також мідь, марганець, цинк; з аніонів - найбільше фосфатів та сульфатів. За рахунок іонів у м’язах підтримуються сталість рН і осмотична рівновага та здійснюється специфічний вплив на їх збудливість та скоротливість. Зниження концентрації солей у м’язах призводить до зменшення їх збудливості.

Структурною одиницею скелетного м’яза є багатоядерна клітина—міоцит— м’язове волокно, довжина якого у людини може досягати 10-12 см, а діаметр — 0,01-0,1 мм.

Міоцити оточені електрично збудливою плазматичною мембраною, що отримала назву сарколеми, містять у собі цитозольну частину —саркоплазму, скорочувальні елементи — міофібрили, високодиференційовану ендоплазматичну сітку — саркоплазматичний ретикулум, розвинену систему мітохондрій — саркосом (рис. 1).

В активно функціонуючих скелетних м’язах людини мітохондрії дуже чисельні; вони розміщуються впродовж міофібрил, у безпосередній близькості від них, що забезпечує мінімальну відстань для дифузії макроергічних фосфатів до скорочувальних елементів.

Скелетні м’язи мають розвинену систему мембран і канальців саркоплазматичного ретикулуму (СР), які відіграють роль головного резервуара внутрішньоклітинного Са²⁺ контролюючи активну концентрацію іонів кальцію в цитозолі. Зміни концентрації цитозольного Са²⁺ є біохімічним регулятором включення процесу м’язового скорочення. З елементами СР контактує система поперечних трубочок — Т-система, упродовж елементів якої відбувається поширення електричного потенціалу від сарколеми до мембран СР, спричиняючи вивільнення з СР іонів кальцію.

Значну частину об’єму м’язових клітин займають скорочувальні елементи — міофібрили, що спаковані в паралельні пучки. Молекулярною основою міофібрил є організовані у вигляді ниток (філаментів) скорочувальні білки —актин -міозин.

Саркомери — структурно-функціональні елементи скорочувального апарату скелетних м’язів. Саркомери утворені пучками міофібрил, які відокремлені один від одного перпендикулярними смугами — Z-лініями.

Електронно-мікроскопічне вивчення саркомерів дозволило виявити в них упорядковані елементи, які створюють характерну для скелетних м’язів поперечну смугастість (рис. 1.), а саме:

І-диски (ізотропні), що утворені "тонкими" філаментами (діаметром близько 6 нм) міофібрил;

А-диски (анізотропні), що утворені "товстими" філаментами (діаметром 15 17 нм) міофібрил, які перекриваються з "тонкими" філаментами;

Н-зона — частина А-диска, в якій "товсті" філаменти не перекриваються з "тонкими".

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
	\|

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.