Mekanisme kontraksi otot. Fungsi dan sifat dari otot rangka

kontraksi otot - adalah proses yang kompleks yang terdiri dari beberapa tahap. Komponen utama di sini adalah myosin, aktin, troponin, tropomiosin dan actomyosin, dan ion kalsium dan senyawa yang memberikan energi otot. Mempertimbangkan jenis dan mekanisme kontraksi otot. Mari kita belajar, dari mana mereka dibuat dan langkah-langkah yang diperlukan untuk proses siklus.

otot

Otot digabungkan menjadi kelompok-kelompok, yang memiliki mekanisme yang sama kontraksi otot. Dengan cara yang sama mereka dibagi menjadi 3 jenis:

• otot lurik tubuh;
• otot lurik dari atrium dan ventrikel jantung;
• organ otot polos, pembuluh darah dan kulit.

otot lurik adalah bagian dari sistem muskuloskeletal, menjadi bagian dari itu, karena selain mereka, ini termasuk tendon, ligamen, tulang. Ketika menerapkan mekanisme kontraksi otot, melakukan tugas dan fungsi sebagai berikut:

• tubuh bergerak;
• bagian tubuh dipindahkan relatif satu sama lain;
• tubuh didukung dalam ruang;
• panas yang dihasilkan;
• korteks diaktifkan oleh aferen ke bidang reseptif otot.

Dari otot polos adalah:

• aparatur motor organ internal, yang meliputi pohon bronkial, paru-paru dan tabung pencernaan;
• limfatik dan peredaran darah sistem;
• sistem organ urogenital.

sifat-sifat fisiologis

Seperti semua vertebrata dalam tubuh manusia ada tiga sifat yang paling penting dari serat otot rangka:

• kontraktilitas - mengurangi dan mengubah tegangan ketika gembira;
• konduktivitas - Kapasitas gerakan seluruh serat;
• rangsangan - menanggapi rangsangan dengan mengubah membran potensial dan ion permeabilitas.

Otot bersemangat dan mulai menurun oleh impuls saraf yang berasal dari pusat. Tetapi di bawah kondisi buatan menggunakan stimulasi listrik. otot kemudian dapat menjadi jengkel langsung (stimulasi langsung) atau melalui otot innervating saraf (stimulasi tidak langsung).

jenis pemotongan

Mekanisme kontraksi otot berarti konversi energi kimia menjadi kerja mekanik. Proses ini dapat diukur secara eksperimental dengan katak: nya beban otot betis berat badan rendah, dan kemudian mengiritasi electroimpulses cahaya. Pengurangan, di mana otot menjadi lebih pendek, yang disebut isotonik. shortening terjadi kontraksi ketika isometrik. Tendon tidak memungkinkan pengembangan kekuatan otot dipersingkat. Mekanisme auksotonichesky lain kontraksi otot melibatkan kondisi stres yang intens ketika otot lebih pendek cara minimal, dan kekuatan untuk mencapai maksimum.

Struktur dan persarafan otot rangka

Lurik otot rangka mencakup berbagai serat dalam jaringan ikat dan tetap pada tendon. Dalam beberapa serat otot disusun sejajar dengan sumbu panjang, dan di lain mereka adalah pandangan miring, yang melekat pada tendon tyazhu dan menyirip tipe sentral.

Fitur utama dari serat adalah massa sarcoplasm dari benang halus - miofibril. Mereka adalah area terang dan gelap bergantian satu sama lain, sedangkan serat lurik yang berdekatan flush - di penampang. Hal ini menyebabkan cross-banding di sekitar serat-serat otot.

Sarkomer adalah kompleks, gelap dan dua disk cahaya, dan itu dibatasi garis Z berbentuk. Sarcomeres - alat kontraktil otot. Ternyata bahwa serat otot kontraktil terdiri dari:

• aparat kontraktil (sistem myofibrils);
• aparatur trofik dengan mitokondria, Golgi kompleks dan lemah retikulum endoplasma ;
• perangkat membran;
• aparatur referensi;
• aparat gugup.

serabut otot dibagi menjadi 5 bagian dengan struktur dan fungsi mereka, dan merupakan bagian integral dari jaringan otot.

persarafan

Proses ini di serat otot lurik direalisasikan oleh serabut saraf, yaitu akson neuron motorik dari saraf tulang belakang dan batang otak. Satu motoneuron menginervasi beberapa serat otot. Kompleks dengan motoneuron dan serat otot diinervasi disebut neuromotor (HME) atau unit motor (MU). Jumlah rata-rata serat, yang innervates motoneuron sebuah, ciri otot DE, disebut kepadatan persarafan timbal balik. Yang terakhir adalah yang terbesar di otot, di mana gerakan kecil dan "tipis" (mata, jari-jari, lidah). nilainya kecil, sebaliknya, pada otot dengan gerakan "kasar" (misalnya, batang tubuh).

Persarafan dapat tunggal dan ganda. Dalam kasus pertama disadari ujung bermotor kompak. Biasanya itu adalah khas untuk neuron motor besar. serat otot (disebut dalam kasus ini, fisik, atau cepat) menghasilkan PD (potensial aksi) yang berlaku untuk mereka.

Beberapa persarafan terjadi, misalnya, pada otot mata eksternal. Hal ini tidak potensial aksi yang dihasilkan, karena membran tidak ada natrium saluran electroexcitability. Mereka didistribusikan di seluruh depolarisasi serat dari ujung sinaptik. Hal ini diperlukan untuk mengaktifkan mekanisme kontraksi otot. Proses di sini adalah tidak secepat dalam kasus pertama. Oleh karena itu, disebut lambat.

Struktur myofibrils

otot penelitian serat dilakukan hari ini atas dasar difraksi sinar-X, mikroskop elektron, dan metode histokimia.

Hal ini dihitung bahwa di setiap miofibril, diameter dari yang 1 mikron, termasuk sekitar 2.500 protofibrils, yaitu memanjang polimerisasi molekul protein (aktin dan myosin). protofibrils aktin myosin dua kali lebih tipis. Pada saat istirahat, otot-otot ini berada sehingga tips aktin filamen menembus ke dalam ruang antara protofibrils myosin.

Sebuah sempit cahaya di disk A bebas dari filamen aktin. Sebuah Z membran memegang mereka bersama-sama.

Pada myosin filamen memiliki tonjolan melintang hingga 20 nm, di kepala yang berjarak sekitar 150 molekul myosin. Mereka berangkat biopolyarno, dan masing-masing myosinic kepala menghubungkan ke filamen aktin. Ketika ada tekanan pada filamen pusat aktin myosin, aktin filamen dekat dengan pusat sarkomer tersebut. Pada akhir filamen myosin mencapai Z. garis Kemudian mereka mengambil seluruh sarkomer, dan aktin di antara mereka. Pada saat yang sama aku drive panjang berkurang, dan pada akhirnya menghilang sepenuhnya, bersama-sama dengan apa yang garis Z menjadi lebih tebal.

Jadi, menurut teori bergerak benang, karena berkurangnya panjang serat otot. Teori, yang disebut "gigi", dikembangkan oleh Huxley dan Hanson di pertengahan abad kedua puluh.

Mekanisme kontraksi serat otot

Teori utama adalah bahwa tidak ada filamen (myosin dan aktin) yang dipersingkat. panjangnya tetap tidak berubah dan ketegangan otot. Tapi bundel filamen tipis, tergelincir, pergi antara filamen tebal, menurunkan tingkat tumpang tindih, sehingga ada pengurangan.

Mekanisme molekuler dari kontraksi otot adalah sebagai berikut dengan menggeser filamen aktin. kepala myosin terhubung protofibrils dengan aktin. Dengan lereng mereka ada geser, bergerak aktin filamen ke pusat sarkomer tersebut. Karena organisasi bipolar molekul myosin di kedua sisi filamen, kondisi untuk geser dari filamen aktin dalam arah yang berbeda.

Ketika relaksasi otot kepala myosin bergerak menjauh dari filamen aktin. Dengan slip ketegangan otot rileks mudah menolak jauh lebih sedikit. Oleh karena itu, mereka secara pasif diperpanjang.

langkah-langkah pengurangan

Mekanisme kontraksi otot secara singkat dapat dibagi menjadi tahapan sebagai berikut:

1. serabut otot dirangsang ketika potensial aksi dipasok dari neuron motorik dari sinapsis.
2. Potensial aksi yang dihasilkan pada membran serat otot, dan kemudian menyebar ke miofibril.
3. Pasangan elektromekanis dicapai mewakili konversi listrik menjadi PD geser mekanis. Hal ini tentu melibatkan ion kalsium.

ion kalsium

Untuk pemahaman yang lebih baik dari proses aktivasi serat ion kalsium nyaman untuk mempertimbangkan struktur filamen aktin. panjangnya sekitar 1 mikron, ketebalan - dari 5 sampai 7 nm. Ini adalah sepasang benang bengkok, yang menyerupai monomer aktin. Kira-kira setiap 40 nm di sini adalah molekul troponin bola, dan antara rantai - tropomiozinovye.

Ketika ion kalsium yang absen, yaitu miofibril bersantai molekul tropomiozinovye panjang memblokir lampiran rantai aktin dan jembatan myosin. Tapi ketika ion kalsium diaktifkan tropomiozinovye molekul tenggelam daerah yang lebih dalam dan terbuka.

Kemudian jembatan myosin yang melekat pada filamen aktin dan perpecahan ATP dan mengembangkan kekuatan otot. Hal ini dimungkinkan karena dampak kalsium troponin. Dalam molekul ini yang terakhir ini cacat, sehingga mendorong tropomiosin tersebut.

Ketika otot santai, itu adalah 1 gram berat basah mengandung lebih dari 1 mmol kalsium. garam kalsium fasilitas penyimpanan terisolasi dan khusus. Jika tidak, otot-otot akan selalu menurun.

kalsium diendapkan sebagai berikut. Di daerah yang berbeda dari sel-sel otot diafragma dalam serat adalah tabung melalui mana ada hubungan dengan lingkungan luar sel. Ini adalah sebuah sistem tubulus transversal. Sebuah sistem tegak lurus ke ujung longitudinal yang - vesikel (terminal) tank disusun di dekat sistem diafragma melintang. Bersama-sama diperoleh triad. Itu dalam botol disimpan kalsium.

Sejak PD didistribusikan ke dalam sel, dan ada konjugasi elektromekanis. Eksitasi menembus serat masuk ke dalam sistem rilis kalsium longitudinal. Dengan demikian mekanisme pengurangan dilakukan serat otot.

3 proses dengan ATP

Dalam interaksi kedua untai di hadapan kalsium ion peran yang cukup besar untuk ATP. Ketika menerapkan mekanisme kontraksi otot otot rangka, energi ATP digunakan untuk:

• operasi natrium dan kalium pompa yang mempertahankan konsentrasi konstan ion;
• zat ini pada sisi yang berbeda dari membran;
• filamen memperpendek myofibrils geser;
• pompa kalsium pekerjaan bertindak untuk bersantai.

ATP adalah membran sel, filamen myosin dan membran retikulum sarkoplasma. Enzim memecah dan dibuang myosin.

konsumsi ATP

Hal ini diketahui bahwa kepala myosin berinteraksi dengan aktin dan mengandung unsur untuk pembelahan ATP. aktin diaktifkan terakhir dan myosin di hadapan ion magnesium. Oleh karena itu enzim pembelahan terjadi ketika melekat pada kepala myosin aktin. Semakin besar lintas-jembatan, kecepatan membelah akan lebih tinggi.

mekanisme ATP

Setelah selesai dari pergerakan molekul AFL menyediakan energi untuk pemisahan reaksi yang terlibat dalam aktin dan myosin. kepala myosin dipisahkan, ATP dibelah untuk fosfat dan ADP. Akhir baru tersambung molekul ATP dan siklus resume. Tersebut adalah mekanisme kontraksi dan relaksasi otot pada tingkat molekuler.

Kegiatan lintas-jembatan akan berlangsung hanya selama hidrolisis ATP terjadi. Jika Anda memblokir jembatan enzim tidak akan melekat lagi.

Dengan terjadinya kematian tingkat organisme dari ATP dalam sel jatuh dan jembatan tetap stabil tetap ke filamen aktin. Jadi ada tahap rigor mortis.

ATP resynthesis

Resynthesis dapat diimplementasikan dalam dua cara.

Melalui transfer enzimatik kelompok fosfat dari creatine phosphate ke ADP. Sejak saham dari creatine dalam sel jauh lebih ATP resynthesis dilaksanakan dengan sangat cepat. Pada saat yang sama, oleh oksidasi asam piruvat dan resynthesis asam laktat akan lambat.

ATP dan CP dapat menghilang sepenuhnya jika resynthesis adalah racun yang rusak. Kemudian pompa kalsium berhenti bekerja, sehingga otot ireversibel berkurang (yaitu datang kontraktur). Dengan demikian, mekanisme kontraksi otot rusak.

proses fisiologi

Singkatnya, kami mencatat bahwa pengurangan serat otot dipersingkat di setiap miofibril sarcomeres. Filamen myosin (tebal) dan aktin (tipis) ujung terhubung dalam keadaan santai. Tapi mereka mulai gerakan meluncur ke arah satu sama lain ketika diimplementasikan mekanisme kontraksi otot. Fisiologi (singkat) menjelaskan proses ketika dipengaruhi myosin dilepaskan energi yang diperlukan untuk mengkonversi ATP ke ADP. Dengan demikian aktivitas myosin akan terwujud hanya bila konten yang cukup ion kalsium menumpuk di retikulum sarkoplasma.