Целевые обучающие задания

1. Назовите пути непрерывного ресинтеза АТФ в процессе мышечной деятельности.
2. Охарактеризуйте перенос энергии и митохондрий в цитоплазму мышечной клетки.
3. Осветите пути использования энергии работающей мышцей с учетом интенсивности нагрузки.
4. Осветите особенности энергетического обмена в сердечной мышце.
5. Осветите последовательностьэлементарных актов лежащих в основе мышечного сокращения.
6. Осветите механизм мышечного расслабления.

Эталоны ответов к решению целевых обучающих заданий:

І.

1. Для любой ткани, в том числе и мышечной, известно два фундаментальных биохимических процесса, в ходе которых регенерируются богатые энергией фосфорные соединения. Один из этих процессов - гликолиз, другой – тканевое дыхание. Наиболее важным и эффективным из них является тканевое дыхание.
2. Ресинтез АТФ в процес се мышечной деятельности обеспечивается трансфосфорилированием АДФ с креатин фосфатом.
3. Некоторое количество АТФ может ресинтезироваться в ходе аденилаткиназной (миокиназной) реакции:

2АДФ ↔АТФ + АМФ

↑

Аденилаткиназа

ІІ.

1. Синтезированный в матриксе митохондрий АТФ переносится через внутреннюю мембрану с участием специфической АТФ-АДФ- транслоказы на активный центр митохондриального изофермента креатинкиназы, который расположен на внешней стороне внутренней мембраны; в межмембранном пространстве (в присутствии ионов магния) при наличии в среде креатина образуется равновестный ферментсубстратный комплекс креатин-креатинкиназа –АТФ – Мg^2+, который затем распадается с образованием креатинфосфата и АДФ - Мg²⁺. Креатинфосфат диффундирует в цитоплазму, где используется в миофибриллярной креатинкиназной реакции для рефосфорилирования АДФ образовавшегося при сокращении. Высказывается предположение, что не только в сердечной мышце, но и в скелетной мускулатуре имеет место подобный путь транспорта энергии из митохондрий в миофибриллы.

ІІІ.

1. При работе умеренной интенсивности мышца может покрывать свои энергетические затраты за счет аэробного метаболизма. Однако при больших нагрузках когда возможность снабжения кислородом отстает от потребности в нем, мышца вынуждена использовать гликолитический путь снабжения энергией. При интенсивной мышечной работе скорость расщепления гликолиза или глюкозы с образованием молочной кислоты увеличивается в сотни раз. В печени молочная кислота ресинтезируется в глюкозу, гликоген (гликонеогенез). При работе более длительной, а следовательно, и менее интенсивной, все большее значение приобретает аэробный путь ресинтеза АТФ.

ІУ.

1. Содержание АТФ и креатинфосфата в сердечной мышце ниже, чем в скелетной мускулатуре, а расход АТФ велик, потому ре синтез АТФ в миокарде должен проходить намного интенсивнее, чем в скелетной мускулатуре.
2. Для сердечной мышцы теплокровных животных и человека основным путем образования богатых энергией фосфорных соединений является путь окислительного фосфорилирования, связанных с поглощением кислорода. Гликолиз в сердце человека практического значения не имеет.
3. Характерной особенностью обмена сердечной мышцы, по сравнению со скелетной мускулатурой, является также то, что аэробное окисление веществ не углеродной природы для работы сердечной мышцы имеет большее значение, чем при сокращении скелетной мышцы.
4. В сердечной мышце только 30-35% кислорода расходуется на окисление углеродов и продуктов их превращения. Главным субстратом дыхания в сердечной мышце являются жирные кислоты. Окисление неуглеродных веществ обеспечивает около 65-70% потребности миокарда энергии. Из свободных жирных кислот из сердечной мышцы особенно легко подвергается окислению олеиновая кислота.

У.

1. Мышечное сокращение осуществляется путем скольжения тонких нитей саркомера вдоль толстых нитей, так что уменьшается расстояние между пластинками (они сближаются и происходит укорочение всей миофибриллы, а, следовательно, и всей мышечной клетки (мышечного волокна).

2. В продвижении активных нитей вдоль миозиновых важную роль играют временно замыкающиеся между нитями конкретные мостики, которые являются головками миозиновых молекул.

3. Когда мышца находится в состоянии покоя, головки миозина содержат АТФ. После поступления в мышцу первого нервного импульса по саркоплазматической сети проходит волна возбуждения, Са²⁺ освобождается и в это время срабатывает мостиковый механизм, миозиновая головка присоединяется к соответствующему центру активной нити (нити ф-актина) под углом 90˚. Это происходит за счет энергии АТФ. Затем наступает спонтанный поворот головки на 45˚ развивается натяжение и происходит cспонтанный поворот головки на 45˚ развивается натяжение и происходит продвижение активной нити. В дальнейшем в результате присоединения новой порции АТФ к полученному мостику наблюдается диссоциация актомиозина, т.е. разъединение миозиновых активных нитей и одновременно начинается новый акт зарядки свободного миозина путем взаимодействия его с АТФ в присутствии ионов Мğ. Повидимому, чем больше число мостиков прикреплено в данный момент к активным нитям, тем больше сила мышечного сокращения.

УІ.

1. Расслабление мышцы (возврат к исходной длине, т.е. в состояние покоя) происходит благодаря такому же скольжению нитей саркомера относительно друг друга, но в обратном направлении.

2. Если возбуждение прекращается, содержание ионов калия в саркоплазме снижается («калиевый насос»), т.к. циклы прикрепления – освобождения прекращаются, и головки миозиновых нитей перестают прикрепляться к активным нитям. При этом в присутствии АТФ мышца расслабляется и ее длина достигает исходной.