какая наука изучает механизм сокращения мышц

Биомеханика мышечного сокращения

В. Н. Селуянов, В. А. Рыбаков, М. П. Шестаков

Глава 1. Модели систем организма

1.1.5. Биомеханика мышечного сокращения

Сила — векторная величина, являющаяся мерой механического воздействия на материальную точку или тело со стороны других тел или полей (Б. М. Яворский, А. А. Детлаф, 1974). Сила полностью задана, если указаны ее численное значение, направление и точка приложения.

В теории и методике физического воспитания рассматривают физическое качество силу как способность человека напряжением мышц преодолевать механические и биомеханические силы, препятствующие действию (Зациорский В. М., 1972; Л. П. Матвеев, 1991).

Мышцы могут проявлять силу: без изменения своей длины (изометрический режим), при уменьшении длины (изотонический режим), при удлинении (эксцентрический режим), при использовании специальной аппаратуры возможно соблюдение изокинетического режима (в ходе сокращения мышц соблюдается либо постоянная скорость, либо сила).

Силовое проявление мышцы зависит от:

— интенсивности активации мотнейронного пула спинного мозга данной мышцы;

— количества активированных двигательных единиц и мышечных волокон;

— количества миофибрилл в каждом мышечном волокне;

— скорости сокращения миофибрилл, которая зависти от активности миозиновой АТФ-азы и величины внешнего сопротивления;

— законов механики мышечного сокращения (сила — длина мышцы, сила — скорость сокращения);

— начального состояния исполнительного аппарата (утомленные мышечные волокна демонстрируют меньшую силу).

Спортсмен при желании сократить какую-либо мышцу активизирует соответствующий двигательный нейрон в коре головного мозга, который посылает импульсы в спинной мозг к мотонейронному пулу, обслуживающему данную мышцу. Поскольку в мотонейронном пуле размеры мотонейронов различаются, то при низкой частоте импульсации из ЦНС могут активироваться только низкопороговые мотонейроны. Каждый мотонейрон иннервирует свои мышечные волокна. Поэтому активация мотонейрона приводит к рекрутированию или возбуждению соответствующих мышечных волокон. Каждое активное мышечное волокно под влиянием электрических импульсов выпускает из СПР ионы кальция, которые снимают ингибитор с активных центров актина. Это обеспечивает образование актин-миозиновых мостиков и начало их поворота и мышечного сокращения. На поворот мостиков и отсоединение актина от миозина тратится энергия одной молекулы АТФ. Продолжительность работы мостика составляет 1 мс. Вероятность образования мостиков зависит от взаимного расположения между собой нитей актина и миозина, отсюда возникает зависимость сила — длина активной мышца, а также от скорости взаимного перемещения (скольжения) их одной по отношению к другой, соответственно, имеем зависимость «сила-скорость».

Зависимость «сила — длина активного мышечного волокна» определяется, как правило, относительным расположением между собой головок миозина и активных центров актина. Максимальное количество мостиков возникает при некоторой средней длине мышцы. Отклонение от этой длины в большую или меньшую сторону ведет к снижению силовых проявлений мышечного волокна (мышцы). Однако, в случае растяжения некоторых мышц, еще не в активном состоянии, могут возникать значительные силы сопротивления растяжению, например, в мышцах сгибателях голеностопного или лучезапястного сустава. Эти силы связаны с растяжением соединительных тканей, например, перемезиума. В биомеханике в таком случае говорят о параллельном упругом компоненте мышцы. Упругостью обладают сухожилия, зет-пластинки саркомеров и нити миозина, к которым прикреплены головки. Такую упругость называют последовательной упругой компонентой.

Растягивание активной мышцы приводит не только к накоплению энергии упругой деформации в последовательной упругой компоненте, но и к прекращению работы мостиков, а именно, они перестают отцепляться за счет энергии молекул АТФ. Разрыв мостиков происходит благодаря действию внешней — механической силы. В итоге отрицательная работа мышц выполняется с очень высоким коэффициентов полезного действия, с минимальными затратами АТФ, а значит и кислорода.

Источник

Миология (наука о мышцах)

Миология (наука о мышцах)

В этой главе рассмотрим общие понятия о мышцах, их разновидностях и функциях, а также попытаемся определить, к какому типу относится ваше телосложение.

В человеческом организме насчитывается около 600 поперечнополосатых мышц. Они составляют от 35 % до 40 % веса взрослого человека, у женщин несколько меньше, чем у мужчин, у новорожденных до 20–22 %, у пожилых людей до 30 %, у атлетов вес мышц может составлять свыше 50 % веса тела.

Скелетные мышцы в теле человека выполняют множество функций, имеющих отношение к самым различным сторонам жизнедеятельности организма. Благодаря сокращению скелетных мышц происходит перемещение тела и его частей в пространстве, осуществляются тончайшие движения рук и пальцев, дыхательные движения, жевание, глотание, мимика, артикуляция речи. Поперечнополосатые мышцы соединяют одну кость с другой и прикрепляются одним концом к одной неподвижной кости, а другим концом — к другой, которая должна двигаться. Прикрепление обычно занимает сравнительно большую плоскость на кости, и у некоторых мышц таких точек прикрепления может быть несколько, например, две «головки» у бицепса или двуглавой мышцы.

Основная часть мышцы называется «мышечное брюшко». Прикрепляется мышца обычно сухожилием к небольшому участку кости, но может крепиться и при помощи широкой плоской полосы — апоневроза — к другим структурам, как, например, в области спины.

Мышцы в организме разделяются на антогонисты, агонисты и синергисты. В чем их различие рассмотрим далее.

Мышцы обычно собраны в пары, поэтому, когда одна мышца сокращается, другая (антагонист) медленно расслабляется, чтобы движение было гладким и управляемым. Мышцы постоянно слегка растягиваются одна относительно другой; это и есть тонус мышц. В то время как агонисты сокращаются одновременно и производят большую часть силы для любого выполнения движения. А синергисты помогают первичным мышцам агонистам, иногда участвуя в настройке направления движения.

Например, вы сгибаете руку в локтевом суставе. Это движение осуществляется благодаря сокращению плечевой и двуглавой мышцы (агонистов), а также расслаблению трехглавой мышцы плеча (антагониста). В то время как плечелучевая мышца (синергист) помогает первым сгибать сустав.

Головной мозг управляет движением скелетных мышц и координирует их действие, используя информацию, переданную ему от мышц, а также поступающую от зрительного и вестибулярного анализаторов. В мышцах, которые должны выполнять точные движения, как, например, в мышцах кисти или руки, один нерв иннервирует несколько волокон, а в тех, которые выдерживают большие нагрузки, например, в ягодичных мышцах, один нерв иннервирует большое количество волокон. Более подробно механизм нервно-мышечного сокращения будет рассмотрен в следующей главе.

Скелетные мышцы различны по форме, строению и выполняют разные функции.

Формы мышц

1 — веретенообразная мышца: а) брюшко, б) сухожилие;

2 — двуглавая мышца: а) головка, б) брюшко, в) хвост;

3 — двубрюшная мышца: а) брюшко, б) сухожильная дуга;

4 — многобрюшная мышца: а) брюшко, б) сухожильная перемычка;

5 — широкая мышца: а) брюшко, б) апоневроз;

6 — одноперистая мышца;

7 — двуперистая мышца

Функции мышц

Подробнее остановимся на изучении функций мышц, знание которых позволит максимально эффективно подобрать необходимые упражнения на те или иные участки тела, задействовав которые можно добиться оптимальных результатов в их проработке.

Мышцы спины

Мышцы спины: 1 — трапециевидная мышца; 2 — дельтовидная мышца; 3 — большая круглая мышца; 4 — широчайшая мышца спины; 5 — наружная косая мышца живота.

Трапециевидная мышца имеет форму треугольника, обращенного основанием к позвоночному столбу. Мышцы обеих сторон взятые вместе имеют форму трапеции. Функция: верхняя часть мышцы поднимает лопатку и плечевой сустав, сокращение обеих мышц поднимает оба плеча вверх (получается движение пожимания плечами), средняя часть приближает сустав к позвоночнику (распрямление грудной клетки), нижняя тянет лопатку вниз. При фиксированном плечевом поясе обе трапециевидные мышцы тянут голову назад, при одностороннем сокращении мышца наклоняет голову в соответствующую сторону.

Дельтовидная мышца треугольная покрывает плечевой сустав и отчасти мышцы плеча. Функция: поднимает руку в сторону, передние пучки тянут ее вперед, задние — назад.

Большая круглая мышца тесно примыкает к широчайшей мышце спины. Функция: поворачивает плечо вовнутрь, ведет руку назад.

Широчайшая мышца спины расположена в нижнем отделе спины. Функция: из горизонтально отведенного положения руки опускает и приводит ее в положение — руки по швам, тянет верхнюю конечность (руку) назад, поворачивая ее внутрь. Если верхняя конечность (рука) закреплена, то широчайшая мышца, сокращаясь, приближает к ней туловище (например, при подтягивании). Абсолютно все тяговые движения (с целью приблизить к себе взятый в руку предмет), выполняемые человеком, обусловлены сокращение широчайшей мышцы спины.

Мышцы живота и груди

Мышцы груди и живота: 1 — дельтавидная мышца; 2 — большая грудная мышца; 3 — передняя зубчатая мышца; 4 — наружная косая мышца живота; 5 — прямая мышца живота.

Большая грудная мышца располагается в верхней части груди. Функция: поднятую руку в сторону опускает, вращает внутрь и тянет ее вперед и внутрь, при фиксированной руке участвует в подъеме ребер (вдох).

Передняя зубчатая мышца плоская широкая, занимает переднебоковой отдел грудной стенки, верхняя ее часть покрыта большой грудной мышцей. Функция: тянет лопатку вперед, фиксирует ее. Участвует во вращении лопатки при подъеме руки до вертикального положения, при не подвижном поясе верхней конечности (руки) передняя зубчатая мышца также является вспомогательной дыхательной мышцей (при вдохе).

Наружная косая мышца широкая плоская мышца, образующая поверхностный слой боковой стенки живота. Функция: при одностороннем сокращении вращает туловище в противоположную сторону, при двустороннем сокращении тянет грудную клетку вниз, сгибая туловище вперед. Входит в состав брюшного пресса.

Прямая мышца живота плоская парная длинная мышца, расположенная в переднем отделе брюшной стенки по сторонам от белой линии живота. Функция: при сокращении наклоняет туловище вперед. Своим тонусом поддерживает внутрибрюшное давление, необходимое для удержания внутренних органов в определенном положении. Прямая мышца живота является частью брюшного пресса.

Мышцы плеча

Мышцы плеча: 1 — дельтавидная мышца; 2 — двуглавая мышца плеча; 3 — плечевая мышца; 4 — трёхглавая мышца плеча.

Двуглавая мышца плеча имеет две головки. Занимает переднюю область плеча и локтевого сгиба. Функция: сгибает предплечье, вращает его наружу (супинирует). Длинная головка участвует в отведении руки, а короткая в приведении.

Плечевая мышца широкая, лежит под двуглавой мышцей на передней поверхности нижней половины плеча. Функция: сгибает предплечье.

Трехглавая мышца плеча длинная крупная мышца, имеет три головки. Располагается на всем протяжении задней поверхности плеча. Функция: разгибает предплечье, длинная головка, сокращаясь, тянет руку к туловищу.

Мышцы предплечья

Мышцы предплечья: 1 — двуглавая мышца плеча; 2 — плечевая мышца; 3 — круглый пронатор; 4 — плечелучевая мышца; 5 — лучевой сгибатель запястья; 6 — локтевой сгибатель запястья; 7 — длинный лучевой разгибатель запястья; 8 — короткий лучевой разгибатель запястья.

Круглый пронатор толстая и самая короткая мышца поверхностного слоя. Функция: вращает предплечье внутрь (пронирует), принимает участие в его сгибании.

Плечелучевая мышца веретенообразная занимает самое наружное положение. Функция: сгибает предплечье в локтевом суставе.

Лучевой сгибатель запястья двуперстая плоская длинная мышца. Имеет наиболее наружное расположение из всех сгибателей запястья. Функция: сгибает и частично пронирует (поворачивает внутрь) кисть.

Локтевой сгибатель запястья располагается на внутренней стороне предплечья, имеет две головки. Функции: сгибает кисть и участвует в ее приведении.

Длинный лучевой разгибатель запястья. Функция: сгибает предплечье. Разгибает и отчасти отводит кисть.

Короткий лучевой разгибатель запястья. Функция: разгибает кисть.

Мышцы бедра

Мышцы таза и бедра: 1 — прямая мышца бедра; 2 — латеральная широкая мышца бедра; 3 — медиальная широкая мышца бедра; 4 — гребешковая мышца; 5 — длинная приводящая мышца; 6 — тонкая мышца; 7 — портняжная мышца; 8 — большая ягодичная мышца; 9 — двуглавая мышца бедра; 10 — полуперепончатая мышца; 11 — полусухожильная мышца.

Четырехглавая мышца бедра располагается на передней поверхности бедра и имеет четыре головки: 1) прямая мышца бедра; 2) латеральная (наружная) мышца бедра; 3) медиальная (внутренняя) широкая мышца бедра; 4) промежуточная мышца бедра (находится под прямой мышцей бедра). Функция: разгибает голень в коленном суставе, за счет прямой мышцы бедра принимает участие в сгибании бедра (т. е. движение подъем ног вверх из горизонтального или вертикального положения тела).

Гребешковая мышца плоская четырехугольной формы. Функция: сгибает (поднимает вверх) и приводит (опускает) бедро, слегка вращает его наружу.

Длинная приводящая мышца плоская, треугольной формы, располагается на передневнутренней поверхности бедра. Функция: приводит бедро (опускает вниз из отведенного в сторону положения), принимает участие в его сгибании и вращении наружу.

Тонкая мышца длинная, располагается на внутренней стороне бедра. Функция: приводит бедро, так же как и длинная приводящая мышца принимает участие в его сгибании, поворачивает бедро внутрь.

Портняжная мышца узкая веретенообразная. Функция: сгибает бедро в тазобедренном суставе (поднимает вверх) и голень, вращает бедро наружу, а голень — внутрь.

Большая ягодичная мышца достигает наибольшего развития у человека в связи с вертикальным положением тела. Это мощная крупноволокнистая плоская мышца, по форме приближающаяся к ромбу. Функция: разгибает бедро в тазобедренном суставе (из поднятого положения ноги вперед опускает ее и заводит немного назад), при стоянии фиксирует таз, а вместе с ним и туловище.

Двуглавая мышца бедра располагается по наружному (латеральному) краю задней поверхности бедра, имеет длинную и короткую головки. Функция: сгибает бедро в коленном суставе (поднимает вверх), участвует в разгибании бедра в тазобедренном суставе. Согнутую голень вращает наружу. Принимает участие в выпрямлении туловища.

Полуперепончатая мышца располагается по внутреннему (медиальному) краю задней поверхности бедра. Функция: разгибает бедро, сгибает голень. Принимает участие в выпрямлении туловища.

Полусухожильная мышца длинная, тонкая, располагается ближе к внутреннему (медиальному) краю задней поверхности бедра, между двуглавой и полуперепончатой мышцами бедра. Функция: разгибает бедро, сгибает голень, согнутую голень вращает внутрь. Принимает участие в выпрямлении туловища.

Мышцы голени

Мышцы голени: 1 — латеральная (наружная) головка икроножной мышцы; 2 — медиальная (внутренняя) головка икроножной мышцы; 3 — камбаловидная мышца; 4 — длинная малоберцовая мышца; 5 — передняя большеберцовая мышца.

Икроножная мышца имеет две головки — латеральную (наружную) и медиальную (внутреннюю). Функция: сгибает голень в коленном суставе. Сгибает стопу (осуществляется движение — подъем на носки в положении стоя).

Камбаловидная мышца располагается под икроножной. Функция: сгибает стопу, при ее фиксировании тянет голень и бедро назад.

Длинная малоберцовая мышца. Функция: сгибает стопу (вытягивает носок), отводит ее в сторону.

Передняя большеберцовая мышца. Функция: разгибает стопу (тянет носок на себя вверх).

Типы телосложения

Вес тела в определенной степени зависит от роста, возраста и типа телосложения. Тип телосложения определяется на основании ряда признаков: формы и размеров костей скелета, формы грудной клетки, соотношения продольных и поперечных размеров тела. Имеется ряд систем определения типа телосложения. В нашей стране чаще всего придерживаются классификации профессора В.М. Черноруцкого, который различал три основных типа: астенический, нормостенический и гиперстенический.

У астеников (легкокостный тип) продольные размеры преобладают над поперечными: конечности длинные и тонкие, кости легкие, шея длинная и тонкая, плечи узкие, грудная клетка длинная, плоская, узкая. Мышцы у людей, имеющих астенический тип телосложения, развиты сравнительно слабо. Они обычно имеют небольшой вес, они энергичны, и обильное питание не сразу приводит к увеличению их веса, так как они тратят энергию быстрее, чем накапливают.

Телосложение нормостеников (среднекостный тип) отличается пропорциональностью основных размеров тела, правильным их соотношением. У людей этого типа телосложения часто бывают длинные ноги, тонкая талия, красивая фигура. Многие известные спортсмены (бодибилдеры) имеют подобное телосложение.

У представителей гиперстенического (ширококостного) телосложения поперечные размеры тела значительно больше, чем у нормостеников и астеников. Их кости толстые и тяжелые, плечи широкие, грудная клетка широкая и короткая. Люди с данным типом телосложения склонны к полноте.

Встречаются люди, имеющие смешанный тип телосложения, поэтому не всегда легко определить тип своего телосложения.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

СПОРТ, ИСКУССТВО ИЛИ НАУКА?

СПОРТ, ИСКУССТВО ИЛИ НАУКА? В нашей стране и во многих других странах ответственность за развитие шахмат возложена на организации, ведающие спортом. Между тем, если заглянуть в один из энциклопедических словарей, то приходится констатировать, что важнейшая сторона

Игорь Кон Академик Российской академии образования, доктор философских наук, профессор, автор многочисленных книг Футбол – это наука

Игорь Кон Академик Российской академии образования, доктор философских наук, профессор, автор многочисленных книг Футбол – это наука Я думаю, что футбол – это прежде всего специфическая форма мужского общения, потому что одна из главных черт маскулинности вообще, в

6.1.5 Развитие возможностей механизма аэробного окисления в работающих мышцах. 6.1.5.1 Увеличение числа мышечных волокон, способных к аэробному ресинтезу АТФ.

6.1.5 Развитие возможностей механизма аэробного окисления в работающих мышцах. 6.1.5.1 Увеличение числа мышечных волокон, способных к аэробному ресинтезу АТФ. Для того чтобы сделать уборку в своей квартире, нужно сначала обзавестись квартирой. Для того чтобы в мышечных

Глава 3 Наука тренировки

Глава 3 Наука тренировки Важно не то, как много вы тренируетесь, – важно, как именно вы это делаете. Рик Найлз, тренер по триатлону Тело человека состоит из множества компонентов и систем, поведение которых можно оценить с количественной точки зрения. Современные ученые

Часть I. Наука рукопашного боя

Часть I. Наука рукопашного боя 1 Основные понятия Мы не призваны заимствовать духовную культуру у других народов или подражать им. Мы призваны творить свое и по-своему, русское по-русски. Иван

2.4.2. «Наука побеждать»

2.4.2. «Наука побеждать» В 1796-97 годах Суворов командовал Екатеринославской (Новороссийской) армией, в которую входили 19 пехотных и 13 кавалерийских полков, 3 егерских и 1 гренадерский корпус. Штаб-квартира была расположена в Тульчине на берегу Южного Буга. Суворов обучал

НАУКА О ЖИЗНЕННЫХ ЦЕНТРАХ ТЕЛА (КЫПСО)

НАУКА О ЖИЗНЕННЫХ ЦЕНТРАХ ТЕЛА (КЫПСО) Жизненные точки являются самыми чувствительными частями человеческого организма. И даже слабое воздействие на них может привести к серьезным нарушениям физиологических функций организма.В традиционной корейской медицине эти

Часть 1. Трофология — наука о питании

Часть 1. Трофология — наука о питании Глава 1. Трофология: сложная судьба В 60-х годах в России академиком Александром Михайловичем Уголевым была создана новая теория питания, получившая название трофологии. Это междисциплинарная наука, возникшая на стыке общей биологии,

Глава 11. Последовательность действий и тактика боя (II) Наука побеждать

Глава 11. Последовательность действий и тактика боя (II) Наука побеждать Тем, кто сомневается в эффективности использования силы соперника себе на пользу и принципа «начинать позже, успевать раньше», следует на собственном опыте убедиться в тактическом преимуществе

Быстрый бег как наука и бизнес

Быстрый бег как наука и бизнес Отбор в НФЛ, Национальную футбольную лигу США, – сложнейшее из испытаний.Раз в год в феврале 330 лучших футболистов из колледжей приглашаются на сборы в Индиану, на стадион Lucas Oil Stadium, где охотники за талантами и ведущие тренеры НФЛ в течение

Источник

Какая наука изучает механизм сокращения мышц

Выделяют несколько последовательных этапов запуска и осуществления мышечного сокращения.

1. Потенциал действия распространяется вдоль двигательного нервного волокна до его окончаний на мышечных волокнах.

2. Каждое нервное окончание секретирует небольшое количество нейромедиатора ацетилхолина.

3. Ацетилхолин действует на ограниченную область мембраны мышечного волокна, открывая многочисленные управляемые ацетилхолином каналы, проходящие сквозь белковые молекулы, встроенные в мембрану.

4. Открытие управляемых ацетилхолином каналов позволяет большому количеству ионов натрия диффундировать внутрь мышечного волокна, что ведет к возникновению на мембране потенциала действия.

5. Потенциал действия проводится вдоль мембраны мышечного волокна так же, как и по мембране нервного волокна.

6. Потенциал действия деполяризует мышечную мембрану, и большая часть возникающего при этом электричества течет через центр мышечного волокна. Это ведет к выделению из саркоплазматического ретикулума большого количества ионов кальция, которые в нем хранятся.

7. Ионы кальция инициируют силы сцепления между актиновыми и миозиновыми нитями, вызывающие скольжение их относительно друг друга, что и составляет основу процесса сокращения мыщц.

8. Спустя долю секунды с помощью кальциевого насоса в мембране саркоплазматического ретикулума ионы кальция закачиваются обратно и сохраняются в ретикулуме до прихода нового потенциала действия. Удаление ионов кальция от миофибрилл ведет к прекращению мышечного сокращения.

Далее мы обсудим молекулярные механизмы этого процесса.

Миофибрилла в расслабленном и сокращенном состоянии. Показано (вверху), что актиновые нити (розовые) вдвинуты в пространства между миозиновыми нитями (красные). Сближение Z-дисков друг с другом (внизу).

Молекулярные механизмы мышечного сокращения

Механизм скольжения нитей для мышечного сокращения. На рисунке показан основной механизм мышечного сокращения. Показано расслабленное состояние саркомера (вверху) и сокращенное состояние (внизу). В расслабленном состоянии концы актиновых нитей, отходящие от двух последовательных Z-дисков, лишь незначительно перекрываются. Наоборот, в сокращенном состоянии актиновые нити втягиваются внутрь между миозиновыми так сильно, что их концы максимально перекрывают друг друга. При этом Z-диски притягиваются актиновыми нитями к концам миозиновых. Таким образом, мышечное сокращение осуществляется путем механизма скольжения нитей.

Что заставляет нити актина скользить внутрь среди нитей миозина? Это связано с действием сил, генерируемых при взаимодействии поперечных мостиков, исходящих от нитей миозина, с нитями актина. В условиях покоя эти силы не проявляются, однако распространение потенциала действия вдоль мышечного волокна приводит к выделению из саркоплазматическо-го ретикулума большого количества ионов кальция, которые быстро окружают миофи-бриллы. В свою очередь, ионы кальция активируют силы взаимодействия между нитями актина и миозина, в результате начинается сокращение. Для осуществления процесса сокращения необходима энергия. Ее источником являются высокоэнергетические связи молекулы АТФ, которая разрушается до АДФ с высвобождением энергии. В следующих разделах мы приведем известные детали молекулярных процессов сокращения.

Молекулярные особенности сократительных нитей

Миозиновая нить. Она состоит из множества молекул миозина, молекулярная масса каждой составляет около 480000. На рисунке показана отдельная молекула; и также — объединение многих молекул миозина в миозиновую нить, а также взаимодействие одной стороны этой нити с концами двух актиновых нитей.

В состав молекулы миозина входят 6 полипептидных цепей: 2 тяжелые цепи с молекулярной массой около 200000 каждая и 4 легкие цепи с молекулярной массой около 20000 каждая. Две тяжелые цепи спирально закручиваются вокруг друг друга, формируя двойную спираль, которую называют миозиновым хвостом. С одного конца обе цепи изгибаются в противоположных направлениях, формируя глобулярную полипептидную структуру, называемую миозиновой головкой. Таким образом, на одном конце двойной спирали молекулы миозина образуются 2 свободные головки; 4 легкие цепи также включены в состав миозиновой головки (по 2 в каждой). Они помогают регулировать функцию головки во время мышечного сокращения.

А. Молекула миозина.
Б. Объединение многих молекул миозина в одну миозиновую нить.
Показаны также тысячи миозиновых поперечных мостиков и взаимодействие их головок с прилежащими актиновыми нитями.

Миозиновая нить состоит из 200 или более отдельных молекул миозина. Видно, что хвосты молекул миозина объединяются, формируя тело нити, а многочисленные головки молекул выдаются наружу по сторонам тела. Кроме того, наряду с головкой в сторону выступает часть хвоста каждой миозиновой молекулы, образуя плечОу которое выдвигает головку наружу от тела, как показано на рисунке. Выступающие плечи и головки вместе называют поперечными мостиками. Каждый поперечный мостик может сгибаться в двух точках, называемых шарнирами. Один из них расположен в месте, где плечо отходит от тела миозиновой нити, а другой — где головка крепится к плечу. Движение плеча позволяет головке или выдвигаться далеко наружу от тела миозиновой нити, или приближаться к телу. В свою очередь, повороты головки участвуют в процессе сокращения, что обсуждается в следующих разделах.

Общая длина каждой миозиновой нити остается постоянной и равна почти 1,6 мкм. В самом центре миозиновой нити на протяжении 0,2 мкм поперечных мостиков нет, поскольку снабженные шарнирами плечи отходят в стороны от центра.

Сама миозиновая нить сплетена таким образом, что каждая последующая пара поперечных мостиков смещена в продольном направлении относительно предыдущей на 120°, что обеспечивает распределение поперечных мостиков во всех направлениях вокруг нити.

АТФ-азная активность миозиновой головки. Есть и другая особенность миозиновой головки, необходимая для мышечного сокращения: миозиновая головка функционирует как фермент АТФ-аза. Как объясняется далее, это свойство позволяет головке расщеплять АТФ и использовать энергию расщепления высокоэнергетической связи для процесса сокращения.

Актиновая нить. Актиновая нить состоит из трех белковых компонентов: актина, тропомиозина и тропонина.

Актиновая нить, состоящая из двух спиралевидных цепочек молекул F-актина и двух цепочек молекул тропомиозина, расположенных в желобках между цепочками актина.
К одному концу каждой молекулы тропомиозина прикреплен тропониновый комплекс, который запускает сокращение.

Основой актиновой нити являются две цепи белковой молекулы F-актина. Обе цепи закручиваются в спираль так же, как и молекула миозина.

Каждая цепь двойной спирали F-актина состоит из полимеризованных молекул G-актина с молекулярной массой около 42000. К каждой молекуле G-актина прикреплена 1 молекула АДФ. Полагают, что эти молекулы АДФ являются активными участками на актиновых нитях, с которыми взаимодействуют поперечные мостики миозиновых нитей, обеспечивая мышечное сокращение. Активные участки на обеих цепях F-актина двойной спирали расположены со смещением таким образом, что вдоль всей поверхности актиновой нити встречается один активный участок примерно через каждые 2,7 нм.

Длина каждой актиновой нити — около 1 мкм. Основания актиновых нитей прочно встроены в Z-диски; концы этих нитей выступают в обоих направлениях, располагаясь в пространствах между миозиновыми молекулами.

Молекулы тропомиозина. Актиновая нить также содержит другой белок — тропомиозин. Каждая молекула тропомиозина имеет молекулярную массу 70000 и длину 40 нм. Эти молекулы спирально оплетают спираль из F-актина. В состоянии покоя молекулы тропомиозина располагаются поверх активных участков актиновых нитей, препятствуя их взаимодействию с миозиновыми нитями, лежащему в основе сокращения.

Тропонин и его роль в мышечном сокращении. По ходу молекул тропомиозина к ним периодически прикреплены другие белковые молекулы, называемые тропонином. Они представляют собой комплексы трех слабосвязанных белковых субъединиц, каждая из которых играет специфическую роль в регуляции мышечного сокращения. Одна из субъединиц (тропонин I) имеет высокое сродство к актину, другая (тропонин Т) — к тропомиозину, третья (тропонин С) — к ионам кальция. Считают, что этот комплекс прикрепляет тропомиозин к актину. Высокое сродство тропонина к ионам кальция, как полагают, инициирует процесс сокращения, о чем говорится в следующей статье.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

– Вернуться в оглавление раздела “Физиология человека.”

Источник