Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow БИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Посмотреть оригинал

ИЕРАРХИЯ СТРУКТУР И СОСТОЯНИЙ БИООБЪЕКТОВ

Системный анализ биообъектов следует начинать с низших иерархических уровней, например с уровня белковых молекул, входящих в миоциты - клеточную популяцию, из которой состоит мышечная ткань. В данной главе рассмотрена структура и основные закономерности функционирования мышцы как системы, включающей в себя молекулярный, клеточный и популяционный уровни.

От саркомера к мышце

В основе движения высших живых организмов лежит сарко- мер - мономерная единица мышечного двигателя (от лат. сарк - мясо).

Системный анализ позволяет последовательно рассмотреть устройство и функции мышц. Наиболее известный метод анализа биообъектов - анатомия (от греч. анатоми - рассечение), наука о строении организма.

Согласно анатомии, тело человека содержит приблизительно 500 скелетных мышц. Кроме них различают кардиомышцы, которые устроены так же, как скелетные, и гладкие мышцы.

В терминологии системного анализа разделение скелетной мышцы (рис. 3.1, а) на элементы (подсистемы) - это операция декомпозиции. Подсистемы более низкого уровня - фрагменты мышцы, которые представляют собой связку мышечных клеток - миоцитов (от лат. мио - мышца) (рис. 3.1, б).

Вследствие особенностей строения миоцит также называют мышечным волокном. Это волокно представляет собой синтиций - сросшуюся цепочку из сотен клеток, ядра которых видны под микроскопом.

Скелетные мышцы

Рис. 3.1. Скелетные мышцы:

а - двухглавая мышца плеча; б - миоцит и миофибрилла; в - саркомер; г - пространственная структура миозин-активного комплекса; ДА - АМФ-Дезаминаза; ФФК - фосфофруктокиназа; ММ-КК - креатинкиназа; 1 - плазматическая мембрана; 2 - ядро; 3 - мышечное волокно; 4 - миофибрилла; диаметр саркомера - около 1 мкм, длина - 1,5...3,5 мкм

В свою очередь, миоциты состоят из миофибрилл. Каждая миофибрилла представляет собой цепь субклеточных структур - сар- комеров (рис. 3.1, в). Саркомер - образование, наблюдаемое под оптическим микроскопом между Z-линиями (см. рис. 3.1, б). Сар- комеры формируют длинную цепь, соединяясь через Z-диски.

Данные оптической микроскопии ограничиваются уровнем миофибрилл. Более тонкая пространственная структура - изображение саркомера - может быть получена только с помощью электронного микроскопа.

Установлено существование тонких нитей, которые являются белком актином. Также имеются толстые нити, по виду напоминающие двухсторонние щетки - ерши, которые используют при мытье посуды (рис. 3.1, г). Впоследствии выяснилось, что такие нити состоят из белка - миозина (мышечного белка). Щетинки, выступающие из миозина, могут цепляться за актин, что создает так называемые саркомерные мостики (саркомостики).

Миозин включает в себя сборку большого числа отдельных белковых молекул, а точнее, двойных скрученных белковых молекул. Одна сборка образует характерную структуру, напоминающую цветок с двумя лепестками (ножки - щетинки). При сложении этих структур образуются своеобразные букеты, направленные в разные стороны (см. рис. 3.1, г).

Рассмотренные выше основные фрагменты мышц формируют иерархическую структуру (см. § 1.4). Мышцы - корень иерархического дерева, белки (актин и миозин) - элементы молекулярного уровня (табл. 3.1).

Таблица 3.1. Иерархическая структура скелетной мышцы

Детали молекулярного уровня мышечной системы определяют с помощью методов биохимического анализа. Актин и миозин получают путем гидролиза мышечной ткани. Если мышечный препарат - выделенную смесь актина и миозина - растворить в воде, добавить в полученный раствор аденозинтрифосфат (АТР) и соль кальция, то образовавшаяся в растворе гелеобразная масса уплотняется. При этом протекает биохимическая реакция, моделирующая сокращение мышцы. Эта функция реализуется при движении различных частей организма. Так, методами биохимического анализа устанавливают механизмы работы поперечно-полосатой мышцы.

Основные физиологические состояния мышцы - напряжение под нагрузкой, расслабление и окоченение.

Если в мышечный препарат ввести АТР, то в растворе можно наблюдать расширение образовавшейся массы. Добавление кальция приводит к состоянию напряжения, при этом мышцы становятся работоспособными.

Окоченение - одно из наиболее известных состояний мышцы, которое соответствует полному сжатию саркомеров. Это наиболее плотное состояние мышцы, достигаемое при наименьшем объеме. Установлено, что для окоченения характерен недостаток кальция и АТР.

Из комбинации перечисленных состояний формируется механизм работы поперечно-полосатой мышцы.

Миозин можно представить в виде многоножки с головой посередине и ножками по концам. Эти ножки-щетинки являются саркомерными мостиками (см. рис. 3.1). На нити актина имеются впадины. Щетинки, цепляясь за актин, продвигаются по нему. В результате миозин начинает двигаться и подтягивать за собой остальную часть. Когда такая «многоножка» доползет до конца саркомера, произойдет полное сокращение мышцы.

Актин представляет собой цепочку из G-актина (глобулина), который состоит из шариков, соединенных в длинные цепочки, длина которых составляет примерно 0,75 мкм. Можно подсчитать количество шариков (глобул G-актина), формирующих одну тонкую нить актина, учитывая, что максимальная длина саркомера в растянутом состоянии равна приблизительно 3,5 мкм (по данным электронной микрофотографии). Минимальная длина цепочки составляет 1,5 мкм.

Таким образом, общее сокращение мышцы - это результат сокращения многочисленных саркомеров, образующих эту мышцу. Работа мышцы определяется наличием АТР или кальция, а их отсутствие вызывает прекращение работы мышцы.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы