От нервного сигнала к поперечному мостику

Каждый рабочий ход головки миозина перемещает тонкую нить примерно на 10 нанометров; в каждом цикле используется АТФ.

Приходит сигнал

Решение двигаться начинается в головном мозге, но приказ к скелетному мышечному волокну поступает от двигательного нейрона. Тела большинства этих нейронов находятся в спинном мозге, а их аксоны могут тянуться примерно на 90 см до мышцы. Место встречи окончания аксона и волокна называется нервно-мышечным синапсом. Здесь окончание выделяет химический посредник, ацетилхолин (АХ). Он пересекает крошечный промежуток, синаптическую щель, и связывается с рецепторами мембраны волокна на двигательной концевой пластинке. Рецепторы являются каналами: при связывании АХ они открываются и положительно заряженные ионы входят внутрь, делая заряд внутри волокна менее отрицательным.

Это изменение открывает потенциалзависимые натриевые каналы, натрий устремляется внутрь и потенциал действия проходит по всей мембране. Тем временем фермент ацетилхолинэстераза расщепляет оставшийся в щели АХ, чтобы тот не возбуждал волокно снова и снова.

От мембраны к кальцию

Толщина мышечного волокна может достигать 100 микрометров: поверхностный сигнал не может быстро достичь середины на таком расстоянии. Поэтому мембрана уходит внутрь клетки узкими трубочками, называемыми T-трубочками (T означает «поперечный»), которые проводят потенциал действия в глубину. Каждая T-трубочка проходит между двумя расширенными мешочками саркоплазматического ретикулума, хранилища кальция; вместе они образуют триаду. При прохождении потенциала действия каналы саркоплазматического ретикулума открываются и ионы кальция (Ca2+) поступают в саркоплазму. Эту связь электрического сигнала с механической тягой называют электромеханическим сопряжением.

Пять шагов цикла поперечного мостика

В покое нить тропомиозина лежит вдоль актина и закрывает участки, к которым мог бы присоединиться миозин; тропонин удерживает её на месте. Шаг 1: Ca2+ связывается с тропонином, который сдвигает тропомиозин с участков связывания. Шаг 2: головка миозина, уже взведённая и всё ещё удерживающая АДФ и фосфат от предыдущего цикла, связывается с актином. Это соединение является поперечным мостиком. Шаг 3, рабочий ход: фосфат высвобождается, головка крепче захватывает актин и поворачивается к линии M, сдвигая тонкую нить примерно на 10 нанометров. Затем отделяется АДФ, но головка остаётся прикреплённой. Шаг 4: новая молекула АТФ связывается с головкой, заставляя её отпустить актин. Шаг 5: головка расщепляет АТФ на АДФ и фосфат и за счёт этой энергии возвращается во взведённое положение, готовая снова связаться дальше по нити.

Выбирай каждый этап в списке «Шаг» на модели и следи за оранжевой головкой. Затем нажми «Пуск». Множество головок работают в разные моменты, поэтому одни всегда удерживают нить, пока другие тянутся вперёд, немного напоминая команду, перехватывающую канат руками.

Почему АТФ нужна дважды

АТФ нужна в двух точках цикла. Она заставляет головку отпустить актин, а энергия её расщепления снова взводит головку. АТФ также питает насосы, возвращающие кальций в саркоплазматический ретикулум. Без АТФ головки миозина остаются сцепленными с актином. Это причина трупного окоченения, затвердевания мышц вскоре после смерти: новая АТФ не образуется, поэтому поперечные мостики не размыкаются. Выключи АТФ на модели, и все головки, способные достать до актина, останутся прикреплёнными.

Выключение

Сокращение прекращается, когда двигательный нейрон перестаёт выделять АХ. Мембрана возвращается в состояние покоя, кальциевые каналы закрываются, а насосы переносят Ca2+ обратно в саркоплазматический ретикулум. Тропонин отпускает кальций, тропомиозин снова закрывает участки связывания, и без новых поперечных мостиков волокно расслабляется. Гладкая мышца тоже использует кальций, но иначе. У неё нет тропонина, поэтому кальций связывается с белком кальмодулином, который включает фермент, активирующий головки миозина.

Один сигнал, одиночное сокращение

Один потенциал действия вызывает одно краткое, одиночное сокращение, которое длится от нескольких миллисекунд до примерно 100 миллисекунд в зависимости от мышцы. Сигналы, приходящие до расслабления волокна, суммируются и усиливают тягу; при достаточно высокой частоте отдельные сокращения сливаются в одно плавное длительное сокращение, называемое тетанусом. Нервная система также регулирует силу числом задействованных двигательных единиц. Двигательная единица — один двигательный нейрон и все волокна, которые он иннервирует. В мышцах, двигающих глаз, один нейрон иннервирует лишь около шести волокон, что позволяет очень точно управлять движением. В крупных мышцах бедра и спины один нейрон может иннервировать тысячи волокон.

Это учебный материал о строении и работе тела. Это не медицинская консультация, и он не предназначен для диагностики или лечения.