Биофизика мышечного сокращения

1.

Биофизика мышечного
сокращения

2.

3. Строение скелетной мышцы

Скелетная мышца состоит из отдельных
мышечных волокон (мышечных клеток).
Внутри мышечного волокна находится
большое количество миофибрилл.
Внутри миофибрилл находится большое
количество миофиламентов.
Миофиламенты – белковые молекулы,
которые участвуют в сокращении мышцы.
Два вида миофиламентов: миозин и актин.
Они расположены в определенном порядке.
Молекулы миозина занимают промежутки
между молекулами актина.

4. САРКОМЕР

5. Расположение молекул миозина и актина в саркомере

6. САРКОМЕР

Саркомеры
состоят из дисков А (темных)
и дисков І (cветлых).
Саркомеры отделены друг от друга
пластинкой (мембраной) Z.
Диски А образованы молекулами
миозина. Диски І образованы
молекулами актина.
В диске А миозин и актин частично
перекры- вают друг друга.
Молекулы миозина имеют головки для
присоединения к молекулам актина.

7. SARCOMERE

8.

9.

Т-трубочки
– каналы, направленные с
поверхности мышечной клетки в
поперечном направлении. Их стенки
образованы мембраной.
Эндоплазматическая
сеть (ретикулум) –
пузырьки и цистерны окружают
миофибриллы. Они содержат высокую
концентрацию ионов кальция.

10. Возникновение мышечного сокращения

При возбуждении мышечной клетки в ней
возникает потенциал действия.
Деполяризация с поверхности клетки по Ттрубочкам проникает вглубь клетки, к мио фибриллам.
Из эндоплазматического ретикулума
выходят ионы кальция.
Ионы кальция вызывают мышечное
сокращение.
При сокращении мышцы молекулы миозина перемещаются вдоль молекул актина
(теория «сплетенных пальцев»).

11.

ТЕОРИЯ СПЛЕТЕННЫХ
ПАЛЬ- ЦЕВ (СКОЛЬЗЯЩИХ
НИТЕЙ) Молекулы миозина связаны, формируя толстую нить. Головка
молекулы миозина имеет способность двигаться вперед и назад.
Шарнирный элемент линейного хвоста позволяет вертикальное
перемещение таким образом, что головка может связываться с
актином тонкой нити. Головка имеет два важных участка
связывания. Один из участков связывается с АТФ,
высокоэнергичной молекулой.
АТФ передает энергию головке миозина . АТФ гидролизуется в
АДФ и фосфат. Второй участок связывания на головке связан с
актином.
Актин является основным компонентом тонкой нити. В состоянии
покоя молекулы тропомиозина «закрывают» активные участки
актиновых нитей и предотвращают взаимодействие актина и
миозина.
Тропонин прикреплён к молекулам тропомиозина с интервалами
40 нм. Когда в цитоплазму поступают ионы Са2+ , они
связываются с тропонином . При этом меняется конформация
тропомиозина и открываются активные центры актина
Это приводит к образованию поперечных мостиков.
Повторяющееся образование поперечных мостиков ведет к
скольжению тонких нитей вдоль толстых нитей , и мышца
сокращается.

12. «Сплетенные пальцы»

13.

14.

15. Механизм мышечного сокращения

В актиновых миофиламентах, кроме акти на, присутствуют белки: тропомиозин и тро понин.
При сокращении мышцы ионы кальция
взаимодействуют с тропонином.
Тропонин действует на тропомиозин. Его
молекулы изменяют свою конформацию и открывают активные центры молекул актина.
Головки миозина образуют «мостики». Они
как бы «шагают» по активным центрам актина.
Происходит перемещение всей молекулы
миозина.

16.

А - исходное положение. Б –присоединение
головки миозина к активному центру актина. В –
поворот головки миозина. Г – головка миозина
отделяется от молекулы актина (потребляется
энергия АТФ).

17. МЕХАНИЗМ МЫШЕЧНОГО СОКРАЩЕНИЯ

18.

19.

20. Виды сокращений мышцы

Изотоническое - мышца
укорачивается при постоянном
напряжении.
Изометрическое – мышца не
укорачивается, но развивает
напряжение.
Ауксотоническое – мышца
укорачивается и одновременно
развивает напряжение.

21. Уравнение Хилла

(
P + a) ( V + b ) = const
Р
– напряжение мышцы
V
– скорость сокращения
мышцы

22.

Рычаг первого рода
У рычага первого рода точка опоры располагается между точками приложения
сил. Место, где череп соприкасается с позвоночником является рычагом 1го
рода. Череп нагружает плечо рычага, а мышцы шеи обеспечивают нормальное
его положение. Когда мышцы шеи расслабляются, голова наклоняется.
Сопротив
ление
(мышцы)
нагрузка
Точка
опоры

23. РЫЧАГ ВТОРОГО РОДА

У рычага второго рода нагрузка расположена между точкой опоры и
сопротивлением(как в тележке) Мышечной силы при этом необходимо
меньше, в этом и заключается преимущество такого рычага.
Примером может служить стойка на носках. Кости пальцев- опора, стопа-плечо
рычага. Нагрузка создаваемая весом тела поднимается за счет сокращения
икроножной мышцы.
нагрузка
Точка
опоры
Сопротив
ление
(мышцы)

24. Рычагом третьего рода называется одноплечий рычаг, в котором сила прикладывается между точкой опоры и грузом .Такой рычаг механически нев

Рычаг третьего рода
Рычагом третьего рода называется одноплечий рычаг, в котором сила прикладывается между
точкой опоры и грузом .Такой рычаг механически невыгоден, но есть и плюс-больший объем
движения и скорость
Примером такого рычага может служить комплекс плечо-предплечье. Точка опоры-локоть.
Сопротив
ление
(мышцы)
Точка
опоры
Copyright:
The University of Waikato
нагрузка

25.

26.

27.

28.

Цикл взаимодействия тонких и толстых нитей А - исходное положение:
головка миозина выстоит над толстой нитью (не показана). Б -происходит
поворот головки миозина. В - из головки освобождаются АДФ и Фн, а
последующая ретракция эластического компонента S2 вызывает тянущее
усилие. Затем к головке миозина присоединяется новая молекула АТФ, что
приводит к отделению головки миозина от молекулы актина (Г). Гидролиз АТФ
возвращает молекулу миозина в исходное положение (А).