ІЄРАРХІЯ СТРУКТУР І СТАНІВ БІООБ'ЄКТІВ

Системний аналіз біооб'єктів слід починати з нижчих ієрархічних рівнів, наприклад з рівня білкових молекул, що входять в міоцити - клітинну популяцію, з якої складається м'язова тканина. У цьому розділі розглянуто структуру та основні закономірності функціонування м'язи як системи, що включає в себе молекулярний, клітинний і популяційний рівні.

Від саркомера до м'язів

В основі руху вищих живих організмів лежить сарко- заходів - мономерна одиниця м'язового двигуна (від лат. Сарк - м'ясо).

Системний аналіз дозволяє послідовно розглянути пристрій і функції м'язів. Найбільш відомий метод аналізу біооб'єктів - анатомія (від грец. Анатомія - розсічення), наука про будову організму.

Згідно анатомії, тіло людини містить приблизно 500 скелетних м'язів. Крім них розрізняють кардіомишци, які влаштовані так само, як скелетні, і гладкі м'язи.

У термінології системного аналізу поділ скелетного м'яза (рис. 3.1, а) на елементи (підсистеми) - це операція декомпозиції. Підсистеми нижчого рівня - фрагменти м'язи, які представляють собою в'язку м'язових клітин - міоцитів (від лат. Міо - м'яз) (рис. 3.1, б).

Внаслідок особливостей будови миоцит також називають м'язовим волокном. Це волокно являє собою сінтіцій - зрослися ланцюжок з сотень клітин, ядра яких видно під мікроскопом.

Скелетні м'язи

Мал. 3.1. Скелетні м'язи:

а - двухглавая м'яз плеча; б - миоцит і миофибрилла; в - саркомер; г - просторова структура міозин-активного комплексу; ТАК - АМФ-дезамінази; ФФК - фосфофруктокінази; ММ-КК - креатинкиназа; 1 - плазматична мембрана; 2 - ядро; 3 - м'язове волокно; 4 - миофибрилла; діаметр саркомера - близько 1 мкм, довжина - 1,5 ... 3,5 мкм

У свою чергу, міоцити складаються з міофібрил. Кожна миофибрилла представляє собою ланцюг субклітинних структур - сар- Комер (рис. 3.1, в). Саркомер - освіту, що спостерігається під оптичним мікроскопом між Z-лініями (див. Рис. 3.1, б). Сар- Комер формують довгий ланцюг, з'єднуючись через Z-диски.

Дані оптичної мікроскопії обмежуються рівнем міофібрил. Більш тонка просторова структура - зображення саркомера - може бути отримана тільки за допомогою електронного мікроскопа.

Встановлено існування тонких ниток, які є білком актином. Також є товсті нитки, з вигляду нагадують двосторонні щітки - йоржі, які використовують при митті посуду (рис. 3.1, г). Згодом з'ясувалося, що такі нитки складаються з білка - міозину (м'язового білка). Щетинки, які виступають з міозину, можуть чіплятися за актину, що створює так звані саркомерние містки (саркомостікі).

Міозин включає в себе збірку великого числа окремих білкових молекул, а точніше, подвійних скручених білкових молекул. Одна збірка утворює характерну структуру, що нагадує квітку з двома пелюстками (ніжки - щетинки). При складанні цих структур утворюються своєрідні букети, спрямовані в різні боки (див. Рис. 3.1, г).

Розглянуті вище основні фрагменти м'язів формують ієрархічну структуру (див. § 1.4). М'язи - корінь ієрархічного дерева, білки (актин і міозин) - елементи молекулярного рівня (табл. 3.1).

Таблиця 3.1. Ієрархічна структура скелетного м'яза

Деталі молекулярного рівня м'язової системи визначають за допомогою методів біохімічного аналізу. Актин і міозин отримують шляхом гідролізу м'язової тканини. Якщо м'язовий препарат - виділену суміш актину і міозину - розчинити у воді, додати в отриманий розчин аденозинтрифосфат (АТР) і сіль кальцію, то утворилася в розчині гелеобразная маса ущільнюється. При цьому протікає біохімічна реакція, що моделює скорочення м'язи. Ця функція реалізується при русі різних частин організму. Так, методами біохімічного аналізу встановлюють механізми роботи поперечно-смугастої м'язи.

Основні фізіологічні стану м'язи - напруга під навантаженням, розслаблення і задубіння.

Якщо в м'язовий препарат ввести АТР, то в розчині можна спостерігати розширення утворилася маси. Додавання кальцію призводить до стану напруги, при цьому м'язи стають працездатними.

Задубіння - одне з найбільш відомих станів м'язи, яке відповідає повному стиску саркомерів. Це найбільш щільне стан м'язи, що досягається при мінімальному обсязі. Встановлено, що для окоченения характерний недолік кальцію і АТР.

З комбінації перерахованих станів формується механізм роботи поперечно-смугастої м'язи.

Міозин можна представити у вигляді багатоніжки з головою посередині і ніжками по кінцях. Ці ніжки-щетинки є саркомернимі містками (див. Рис. 3.1). На нитки актину є западини. Щетинки, чіпляючись за актину, просуваються по ньому. В результаті миозин починає рухатися і підтягувати за собою решту. Коли така «багатоніжка» доповзе до кінця саркомера, відбудеться повне скорочення м'язи.

Актин є ланцюжком з G-актину (глобуліну), який складається з кульок, з'єднаних в довгі ланцюжки, довжина яких становить приблизно 0,75 мкм. Можна підрахувати кількість кульок (глобул G-актину), які формують одну тонку нитку актину, враховуючи, що максимальна довжина саркомера в розтягнутому стані дорівнює приблизно 3,5 мкм (за даними електронної мікрофотографії). Мінімальна довжина ланцюжка складає 1,5 мкм.

Таким чином, загальне скорочення м'язи - це результат скорочення численних саркомерів, що утворюють цей м'яз. Робота м'язи визначається наявністю АТР або кальцію, а їх відсутність викликає припинення роботи м'язи.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >