Сдвояване на възбуждане и свиване

Разгледайте процеса на трансформация на потенциала за действие в свиване на кардиомиоцитите или процеса на конюгация на възбуждане и свиване. Той се основава на прехода на химическата енергия под формата на високоенергийни фосфати в механична енергия на кардиомиоцитни контракции.

Има няколко протеина, отговорни за свиването на миокардните клетки (фиг. 1.17). Две от тях - актин и миозин - са основните съкратителни елементи. Другите два, тропомиозин и тропонин, имат регулаторна функция.

Миозинът се образува от дебели нишки, всяка нишка се състои от приблизително 300 надлъжно разположени молекули. Миозиновата нишка има сферични глави, които са равномерно разпределени по дължината й и съдържат миозин АТФаза, ензим, необходим за свиване. Актинът, по-малка молекула, е представен от тънки нишки, които образуват алфа-спирала, две вериги от които са разположени между дебели миозинови нишки (фиг. 1.8). Титин (наричан още свързан), новооткрит протеин, насърчава прикрепването на миозин към Z-линията на саркомера и също влияе върху еластичността на свиването.

Тропомиозинът е двойна спирала, която лежи в депресията между актиновите нишки и в покой предотвратява взаимодействието между миозиновите глави и актина, като по този начин предотвратява свиването. Тропонинът се разпределя равномерно по актиновите нишки и се състои от три субединици. Субединицата тропонин С (TH-C) е отговорна за свързването на калциевите йони и по този начин за процеса на свиване. Тропонин I (TH-I) е субединица, която инхибира активността на АТФазата, която осъществява връзката актин-миозин. Тропонин Т (TH-T) е субединица, която свързва тропониновия комплекс с молекули на актин и тро-помиозин.

По време на фаза 2 на потенциала за действие Са ++ влиза в миоцитите през калциевите канали на сарколемата и Т-каналите. Относително малко количество калций, постъпващо в клетката, не е в състояние да предизвика свиване на миофибрилите, но стимулира масивно освобождаване на Са ++ от саркоплазматичния ретикулум (фиг. 1.18). В резултат на това концентрацията на калций в клетката се увеличава 10 пъти.

Когато калциевите йони са свързани с TH-C, активността на TH-T се инхибира; това причинява промяна в структурата на тропомиозина. В резултат на това става възможно взаимодействие между актин и миозин, което води до намаляване.

Мускулното съкращение се развива поради свързването на миозиновите глави към актиновите нишки и огъването на главите. В резултат на това тънките и дебели нишки се движат един по друг поради енергията на АТФ (фиг. 1.19). Първата стъпка в този процес е активирането на миозиновата глава по време на хидролизата на АТФ, след което миозиновата глава се свързва с актина, образувайки напречен мост. Взаимодействието на главата на миозина с актина води до структурни промени в главата, причинявайки нейното огъване.

Докато главата на миозина все още е свързана с актин, допълнителна молекула АТФ се свързва с главата на миозина и измества АДФ, образуван по време на предходната АТФ хидролиза. Свързването на нов АТФ с миозиновата глава води до освобождаване на актиновата нишка и хидролизата на АТФ връща миозиновата глава в разгънато състояние, подготвяйки я за следващия цикъл.

Образуването и разкъсването на връзките между актина и миозина води до скъсяване на мускулното влакно поради увеличаване на степента на припокриване на дебели и тънки нишки във всеки саркомер. В присъствието на АТФ, този процес може да продължи, докато концентрацията на калций е достатъчна, за да инхибира блокиращото действие на тропонин-тропомиозиновия комплекс.

В края на фаза 2 на потенциала за действие Ca ++ каналите са затворени, калцият престава да навлиза в саркоплазмата. По това време калцият се отстранява в саркоплазмения ретикулум или напуска клетката (фиг. 1.18). Разрушаването на връзката на калциевите йони с тропонин С води до факта, че тропомиозинът блокира връзката на актина с миозина, което води до релаксация на клетките. С началото на следващия потенциал за действие цикълът на свиване и отпускане може да се повтори отново.

Доказано е, че концентрацията на Са ++ в клетката е основният фактор, който определя силата на сърдечната контракция. Механизмите, които увеличават концентрацията на вътреклетъчен калций, увеличават силата на свиване, докато факторите, които намаляват концентрацията на калций, намаляват силата на свиване.