Сполучення збудження і скорочення

Розглянемо процес трансформації потенціалу дії в скороченні кардіоміоцитів або процес сполучення збудження та скорочення. У його основі лежить перехід хімічної енергії у вигляді макроергічних фосфатів в механічну енергію скорочень кардіоміоцитів.

Існує кілька білків, відповідальних за скорочення клітин міокарда (мал. 1.17). Два з них - актин і міозин - є головними скоротливими елементами. Два інших - тропомиозин і тропонин - виконують регуляторну функцію.

Міозин утворений товстими филаментами, кожен филамент складається приблизно з 300 поздовжньо розташованих молекул. Филамент міозину має кулясті головки, які рівномірно розподілені по його довжині і містять міозіновий АТФазу - фермент, необхідний для скорочення. Актин, більш дрібна молекула, представлена тонкими филаментами, що утворюють альфа-спіраль, два ланцюги якої розташовані між товстими филаментами міозину (мал. 1.8). Титинія (також називається коннектін), нещодавно виявлений білок, сприяє прикріпленню міозину до Z-лінії саркомера, а також впливає на еластичність скорочення.

Тропоміозин - подвійна спіраль, яка лежить в поглибленні між филаментами актину і в стані спокою перешкоджає взаємодії між міозіновими головками і актином, попереджаючи тим самим скорочення. Тропонін рівномірно розподілений вздовж Актинових ниток і складається з трьох субодиниць. Субодиниця тропонин С (ТН-С) відповідальна за зв'язування іонів кальцію і тим самим - за процес скорочення. Тропонін I (TH-I) - субодиниця, що гальмує активність АТФази, яка здійснює зв'язок актин-міозин. Тропонін Т (ТН-Т) - субодиниця, що зв'язує тропоніновий комплекс з актином і молекулами тропоміозина.

Під час фази 2 потенціалу дії, Са + + проникає в міоцити через кальцієві канали сарколеми і Т-канали. Відносно мала кількість кальцію, що надійшла в клітину, не здатня викликати скорочення міофібрил, однак вона стимулює масивний вихід Са + + з саркоплазматичного ретикулума (мал. 1.18). У результаті цього концентрація кальцію в клітині збільшується в 10 разів.

Коли іони кальцію пов'язані з ТН-С, гальмується активність ТН-Т; це обумовлює зміну будови тропоміозина. У результаті стає можливим взаємодія між актином і міозином, що приводить до скорочення.

М'язове скорочення розвивається внаслідок зв'язування головок міозину з Актиновими филаментами і згинання головок. У результаті цього тонкі і товсті філаменти рухаються один вздовж одного за рахунок енергії АТФ (мал. 1.19). Першим етапом у цьому процесі є активація головки міозину при гідролізі АТФ, після чого головка міозину зв'язується з актином, утворюючи поперечний місток. Взаємодія головки міозину з актином призводить до структурних змін в голівці, що викликає її згинання. Цей згинальний рух викликає зсув актинового филамента вздовж миозинового.

Поки головка міозину все ще пов'язана з актином, додаткова молекула АТФ зв'язується з голівкою міозину і витісняє АДФ, що утворився при попередньому гідролізі АТФ. Зв'язування нового АТФ з голівкою міозину призводить до вивільнення филамента актину, а гідроліз АТФ повертає голівку міозину в розігнутий стан, готуючи її до наступного циклу.

Утворення і розрив зв'язків актину і міозину призводить до вкорочення м'язового волокна за рахунок збільшення ступеня перекривання товстих і тонких філаментів всередині кожного саркомера. У присутності АТФ цей процес може тривати до тих пір, поки концентрація кальцію буде достатньою, щоб перешкоджати блокуючий дії комплексу тропонін-тропоміозин.

На завершення фази 2 потенціалу дії, Са + + канали закриваються, кальцій перестає надходити в саркоплазму. У цей час кальцій видаляється в саркоплазматичний ретикулум або виходить з клітки (мал. 1.18). Розрив зв'язку іонів кальцію з тропонином С призводить до того, що тропоміозин блокує зв'язок актину з міозином, приводячи до розслаблення клітин. З початком наступного потенціалу дії цикл скорочення і розслаблення може знову повторитися.

Доведено, що концентрація Са + + всередині клітини є головним фактором, що визначає силу серцевого скорочення. Механізми, які сприяють підвищенню концентрації внутрішньоклітинного кальцію, збільшують силу скорочення, в той час як чинники, що знижують концентрацію кальцію - зменшують силу скорочення.