Мышечное сокращение
Мышечное сокращение — это укорочение или напряжение мышцы в ответ на раздражение, вызываемое разрядом двигательных нейронов.
Механизм сокращения
Принятая модель мышечного сокращения описывает следующий процесс:
- При возбуждении мембраны мышечного волокна потенциал действия распространяется сначала по системе поперечных впячиваний (Т-трубочек), а затем по системе продольных трубочек саркоплазматического ретикулума.
- Это вызывает высвобождение ионов кальция (Ca²⁺) из цистерн ретикулума в саркоплазму.
- Ионы Ca²⁺ переводят саркомер (структурную единицу миофибриллы) в активное состояние: они связываются с регуляторными белками на тонких актиновых нитях, что позволяет миозиновым головкам (поперечным мостикам) присоединиться к актину.
- Молекулы актина и миозина, ориентированные параллельно оси мышцы, сдвигаются относительно друг друга. Это происходит благодаря цикличной работе миозиновых головок, которые, используя энергию АТФ, «гребут» вдоль актиновых нитей.
- Таким образом, длина миофибрилл в саркомере изменяется в результате скольжения актиновых нитей вдоль миозиновых, при этом сами нити не укорачиваются. Каждый саркомер может укорачиваться примерно на 20 % своей длины.
- По окончании возбуждения происходит активный транспорт ионов Ca²⁺ обратно в саркоплазматический ретикулум. Поперечные мостики разрываются, и мышечное волокно расслабляется.
Энергетика сокращения
Мышечное сокращение сопровождается потреблением энергии, которая образуется при гидролизе АТФ миозином. Быстрый ресинтез АТФ в мышце происходит благодаря:
- Креатинфосфату — у позвоночных.
- Другим гуанидиновым фосфорилированным соединениям у беспозвоночных (например, аргининфосфату у иглокожих и членистоногих).
Постоянное возмещение затрат богатых энергией связей этих соединений осуществляется в ходе процессов клеточного дыхания и гликолиза.
Типы сокращений
Различают два основных типа мышечного сокращения:
- Изометрическое — мышца развивает усилие (напряжение) без изменения своей длины. Энергия при этом расходуется.
- Изотоническое — мышца укорачивается и утолщается, а её напряжение практически не изменяется.
На практике, например, при перемещении груза, мышца часто сокращается сначала изометрически (чтобы преодолеть инерцию груза), а затем изотонически. Время одиночного сокращения для разных типов мышц колеблется от 5 до 200 мс.
См. также: Миофибриллы.