Мышца: почему она сокращается

Скелетные мышцы отличаются своим строением от сердечной мышцы и гладкой мускулатуры кровеносных сосудов и внутренних органов.

Скелетные мышцы состоят из мышечных пучков, покрытых соединительно-тканной оболочкой, каждый из пучков внутри мышцы имеет свою оболочку, пучок состоит из тысяч мышечных волокон, окутанных и изолированных друг от друга пленками. Группы мышечных волокон обслуживаются веточками нерва, отходящими от двигательного нейрона (нервной клетки) спинного мозга. Такая группа волокон снабжается нервными окончаниями отростка спинального нейрона (нервной клетки спинного мозга), от которого возбуждение передается на мышечные волокна. Последние вместе с нейроном составляют самостоятельную (как ее называют) двигательную единицу.

Каждое мышечное волокно представляет собой отдельную клетку. Ее длина варьирует от нескольких микрон до двух-трех десятков сантиметров. Отличительной особенностью мышечной клетки скелетных мышц является особое расположение содержащихся в ней мышечных волоконец толщиной 1 - 3 мкм. Это сократительный аппарат мышцы. Поперечная полосатость скелетных мышц объясняется особым расположением этих тончайших волоконец в мышечных клетках. Миофибриллы расположены параллельными рядами. Часть их представлена наиболее плотными и наиболее толстыми нитями, образованными белком миозином (составляющим 50 % миофибриллы). Это нити одинаковой длины. Они занимают А-зону мышечного волокна. Нити обладают большой оптической плотностью и на электронно-микроскопических снимках они выглядят темными. В светлой первой зоне находятся тонкие нити, состоящие из молекул белка актина (25 % миофибриллы). Часть этих нитей заходит в А-зону, в которой они располагаются между более толстыми нитями миозина, нити обладают меньшей оптической плотностью и на снимках зона кажется светлой. Зоны А и составляют единицу мышцы - они располагаются последовательно. Чередование темных и светлых зон делает мышечные волокна поперечно-исчерченными.

Изменение в длине (укорочение мышцы и возвращение ее в прежнее состояние) происходит благодаря взаимодействию молекул актина с молекулами миозина. Во время сокращения А-полоса остается такой же, первая полоса укорачивается, потому что нити, проскальзывая между нитями, заполняют А-полосу. Белковые нити обладают головками - мостиками, обращенными к актину. Головки цепляют актин и продвигают его вдоль миозина. Это продвижение происходит циклически, так как головки миозина то выдвигаются, то убираются внутрь молекулы. Сами по себе оба белка не обладают сократимостью, но актомиозин, их комплекс, способен сокращаться.

Образование комплекса актин-миозин происходит благодаря тому, что АТФ отдает одну свою богатую энергией фосфорную связь миозину: миозин + АТФ. Затем обогащенный фосфорной связью миозин взаимодействует с актином, образуя актомиозин, фосфат и выделяя энергию: миозин Ф + т-Ф + ЭН. Эта энергия, благодаря сцеплению головок миозина с актином, продвигает актин внутрь мембраны, т. е. совершает механическую работу. Обязательным условием для сокращения является присутствие АТФ, ионов Са2+ и Mg2 + - Разрыв мостиков между актином и миозином, напротив, происходит только в отсутствии ионов Са2 - при наличии фактора Марсиа (фактора расслабления), АТФ и ионов Mg2r. АТФ обогащает фосфатной связью фактор расслабления: фактор расслабления - АТФ фактор расслабления ТФ - АДФ. При контакте фактора расслабления с актомиозином от него отщепляется фосфатная связь, выделяется энергия, между миозином и актином разрываются, актомиозин превращается в актин и миозин, актин возвращается на свою исходную позицию. Ионы кальция угнетают активность фактора расслабления. Поэтому расслабление не может происходить в присутствии ионов Са2. Они должны быть убраны в канальцы сети. Таким образом, система АТФ-АДФ (в присутствии фермента) обеспечивает энергией сократительную машину. Как уже говорилось, запасы АТФ в мышцах ограничены, наиболее эффективный ее синтез в присутствии кислорода.