Главная страница

методичка биохимия мышечной ткани лаборат. Тема мышечная ткань


Скачать 0.67 Mb.
НазваниеТема мышечная ткань
Анкорметодичка биохимия мышечной ткани лаборат.doc
Дата01.10.2017
Размер0.67 Mb.
Формат файлаdoc
Имя файламетодичка биохимия мышечной ткани лаборат.doc
ТипДокументы
#16288
Каталогnashkho95

С этим файлом связано 32 файл(ов). Среди них: 40 хадисов имама Навави.doc, методичка Использование ДНК- технологий в медиц...doc, тесты 7 мод..docx, 3. Толстый киш. Печень. Пищев повед.ppt.ppt, Ibn_Baaz-4_pravila.pdf, лучевая диаг.самост.работа. 4 леч. 3 м.проф. и...doc, БА и АРДокумент Microsoft Office Word (4).docx, 2.ПИЩЕВАРЕНИЕ В ТОНКОМ КИШЕЧНИКЕ.ppt.ppt и ещё 22 файл(а).
Показать все связанные файлы

Биохимия обмена веществ

Тема: МЫШЕЧНАЯ ТКАНЬ

I Научно-методическое обоснование темы:

Мышечная ткань взрослого человека составляет 40–42% (у пожилых людей – 30% , у детей – 35%) от массы тела. Основная динамическая функция мышц – обеспечить подвижность путем сокращения и последующего расслабления. При сокращении мышц осуществляется работа, связанная с превращением химической энергии в механическую.

К мышечной ткани относятся (типы):

▪ скелетная мускулатура (поперечно-полосатые относятся мышцы языка и верхней трети пищевода, внешние мышцы глазного яблока и некоторые другие);

▪ сердечная мышца;

▪ гладкая мускулатура.

Отличаются они друг от друга морфологически, биохимически, функционально, а так же в зависимости от путей развития.

Морфологически миокард относится к поперечно-полосатой мускулатуре, но по ряду других признаков он занимает промежуточное положение.

МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПОПЕРЕЧНО-ПОЛОСАТОЙ МЫШЦЫ

Поперечно-полосатая мышца состоит из многочисленных удлиненных волокон, миобластов (многоядерных клеток гигантских размеров), покрытых эластичной оболочкой - сарколеммой (рис. 1). Двигательные нервы входят в различных точках в мышечное волокно и передают ему электрический импульс, вызывающий сокращение. Диаметр функционально зрелого поперечно-полосатого мышечного волокна обычно составляет от 10 до 100 мкм, а длина волокна часто соответствует длине мышцы.

Миобласты состоят из миофибрилл, функциональной единицей которых является саркомер. Миофибриллы расположены по длине волокна в полужидкой саркоплазме (толщиной менее 1 мкм), обладающих поперечной исчерченностью (зависящая от оптической неоднородности белковых веществ).

Выделяют белые и красные (с высоким содержанием миофибрилл и миоглобина, обеспечивают более быстрые мышечные сокращения, тонического характера) мышечные волокна.




Рис. 1. Структура волокна скелетной мышцы (по Гассельбаху).

I - А-диск; II - I-диск; III - Н-зона; 1 - Z-линия; 2 - Т-система; 3 - саркоплазматическая сеть;

4 - устье Т-системы; 5 - гликоген; 6 - митохондрия; 7 - сарколемма

В саркоплазме мышечных волокон обнаруживается и ряд других структур: митохондрии, микросомы, рибосомы, трубочки и цистерны саркоплазматической сети, различные вакуоли, глыбки гликогена и включения липидов, играющие роль запасных энергетических материалов, и т.д. (рис. 1).

При рассмотрении миофибриллы под электронным микроскопом видны два типа вытянутых нитей: темные и светлые полосы или диски (А и I диски).

Один тип — это толстая нить, соответствующая А диску (анизотропный диск). Центральная зона А диска (H зона) при этом кажется менее оптически плотной, чем остальная его часть. В центре диска А расположена линия М, которую можно наблюдать только в электронном микроскопе.

Второй тип — тонкая нить, расположена в I диске и проходит в А диск, не достигая Н зоны. Диск I (изотропный диск), с очень слабым двойным лучепреломлением. В фазово-контрастном микроскопе они кажутся более светлыми, чем диски А. Длина дисков I около 1 мкм. Каждый из них разделен на две равные половины Z-мембраной, или Z-линией.



Рис. 2. Строение саркомера скелетной мышцы.

а - схематическое изображение структуры саркомера; б - расположение толстых и тонких нитей (поперечное сечение).



Толстые нити состоят из белка миозина, и тонкие - как правило, из второго компонента актомиозиновой системы – белка актина. Тонкие (актиновые) нити начинаются в пределах каждого саркомера у Z-линии, тянутся через диск I, проникают в диск А и прерываются в области зоны Н (рис. 2).

Согласно модели, предложенной Э. Хаксли и Р. Нидергерке, а также X. Хаксли и Дж. Хенсон, при сокращении миофибрилл одна система нитей проникает в другую, т.е. нити начинают, как бы скользить друг по другу, что и является причиной мышечного сокращения.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОПЕРЕЧНО-ПОЛОСАТОЙ МЫШЦЫ

В мышечной ткани взрослых животных и человека содержится от 72 до 80% воды. Около 20–28% от массы мышцы приходится на долю сухого остатка, главным образом белков. Помимо белков, в состав сухого остатка входят гликоген и другие углеводы, различные липиды и др.

Таблица 1. Химический состав поперечно-полосатой мышц млекопитающих



Данилевский впервые разделил экстрагируемые из мышц белки на 3 класса: растворимые в воде, экстрагируемые 8–12 % раствором хлорида аммония и белки, извлекаемые разбавленными растворами кислот и щелочей.

Около 25 % массы мышц составляют белки. В настоящее время их делят на три основные группы:▪ миофибриллярные (сократительные) белки (35% от общего количества мышечного белка); ▪ белки саркоплазмы (45%);▪ белки стромы (20%). Эти группы белков резко отличаются друг от друга по растворимости в воде и солевых средах с различной ионной силой.

МИОФИБРИЛЛЯРНЫЕ (СОКРАТИТЕЛЬНЫЕ) БЕЛКИ

К группе миофибриллярных белков относятся миозин, актин и актомиозин – белки, растворимые в солевых средах с высокой ионной силой, и так называемые регуляторные белки: тропомиозин, тропонин, α- и β-актинин, образующие в мышце с актомиозином единый комплекс. Перечисленные миофибриллярные белки тесно связаны с сократительной функцией мышц.

1. Миозин (рис. 3) основа толстых нитей, составляет 50–55% от сухой массы миофибрилл. Молекулярная масса ≈ 500 кДа. Представление о миозине как о главном белке миофибрилл сложилось в результате работ А.Я. Данилевского, О. Фюрта, Э. Вебера и ряда других исследователей. Однако всеобщее внимание к миозину было привлечено лишь после опубликования работ В.А. Энгельгардта и М.Н. Любимовой (1939–1942). В этих работах впервые было показано, что миозин обладает АТФ-азной активностью, т.е. способностью катализировать расщепление АТФ на АДФ и Н3РО4. Химическая энергия АТФ, освобождающаяся в ходе данной ферментативной реакции, превращается в механическую энергию сокращающейся мышцы. Молекула миозина имеет вытянутую часть, состоящую из двух спиралей, накрученных одна на другую. Каждая спираль имеет на одном конце глобулярную головку и называется тяжёлой цепью. Возле головок спиралей располагается по 2 лёгких цепи. При обработке ферментами молекула миозина распадается на 2 больших фрагмента: тяжёлый меромиозин (обе головки и часть двойной спирали) и лёгкий меромиозин (остальная часть двойной спирали).






Рис. 3. Строение молекулы миозина. Объяснение в тексте.

Тяжелые цепи образуют длинную закрученную α-спираль («хвост» молекулы), конец каждой тяжелой цепи совместно с легкими цепями создает глобулу («головка» молекулы), способную соединяться с актином. Легкие цепи, находящиеся в «головке» миозиновой молекулы, принимают участие в проявлении АТФ-азной активности миозина, гетерогенны по своему составу. Количество легких цепей в молекуле миозина у различных видов животных и в разных типах мышц неодинаково.

Толстые нити (толстые миофиламенты) в саркомере образование, полученное путем соединения большого числа определенным образом ориентированных в пространстве молекул миозина (рис.4).



Рис. 4. Строение толстого миозинового филамента.

Функции миозина:

▪ структурная — около 400 молекул миозина соединяются между собой «хвост» в «хвост» и образуют толстую нить;

▪ каталитическая — головка миозина способна расщеплять АТФ;

▪ контактная — соединяется с актином своими головками, которые в таком случае называются «поперечные мостики».

2. Актин - белок тонких нитей, составляющий 20% от сухой массы миофибрилл, был открыт Ф. Штраубом в 1942 г. Молекулярная масса — 42 кДа. Известны две формы актина: глобулярный актин (G-актин, globular) и фибриллярный актин (F-актин) в виде двойной спирали. Молекула G-актина состоит из одной полипептидной цепочки (глобула), в образовании которой принимают участие 374 АМК остатка. При повышении ионной силы до физиологического уровня G-актин полимеризуется в F-актин (фибриллярная форма). На электронных микрофотографиях волокна F-актина выглядят как две нити бус, закрученных одна вокруг другой (рис. 5).




Рис. 5. Схематическое изображение F-актина

Актомиозин образуется при соединении миозина с F-актином. Актомиозин, как естественный, так и искусственный, т.е. полученный путем соединения in vitro высокоочищенных препаратов миозина и F-актина, обладает АТФ-азной активностью, которая отличается от таковой миозина, она значительно возрастает в присутствии стехиометрических количеств F-актина. Фермент актомиозин активируется ионами Mg 2+ и ингибируется этилендиаминтетраацетатом (ЭДТА) и высокой концентрацией АТФ, тогда как миозиновая АТФ-аза ингибируется ионами Mg2+, активируется ЭДТА и не ингибируется высокой концентрацией АТФ. Оптимальные значения рН для обоих ферментов также различны.

3. Тропомиозин (открыт К. Бейли в 1946 г.) - белок тонких нитей. Молекулярная масса—65 кДа. Состоит из двух α-спиралей в форме палочки. Располагается в бороздках, идущих вдоль обеих сторон актина. Каждая его молекула лежит на 7 молекулах актина. На долю тропомиозина приходится около 4–7% всех белков миофибрилл.

4. Тропонин – глобулярный белок тонких нитей, открытый С. Эбаси в 1963 г.; его мол.масса 80кДа. Состоит из 3 субъединиц: С-кальцийсвязывающий, обеспечивает связь с тропомиозином (Тн-С); I-ингибиторная (Тн-I), которая блокирует преждевременное соединение головок миозина с актином, может ингибировать АТФ-азную активность; Т-для связывания с тропомиозином (Тн-Т).

В скелетных мышцах взрослых животных и человека тропонин (Тн) составляет лишь около 2% от всех миофибриллярных белков

Тропонин, соединяясь с тропомиозином, образует комплекс, названный нативным тропомиозином. Этот комплекс прикрепляется к актиновым филаментам и придает актомиозину скелетных мышц позвоночных чувствительность к ионам Са2+ (рис. 6).





Рис. 6. Структура тонкого филамента. 1 - актин; 2 - тропомиозин; 3 - тропонин С;

4 - тропонин I; 5 - тропонин Т.

Установлено, что тропонин (его субъединицы Тн-Т и Тн-I) способен фосфорилироваться при участии цАМФ-зависимых протеинкиназ. Вопрос о том, имеет ли отношение фосфорилирование тропонина in vitro к регуляции мышечного сокращения, остается пока открытым.

5. α-актинин. Входит в Z-линию и фиксирует там тонкие нити. 6. β-актинин. Регулирует длину тонких нитей.7. М-белок. Входит в М-линию и фиксирует там толстые нити. 8. С-белок. Регулирует длину толстых нитей. 9. Десмин. Содержится между Z-линиями соседних миофибрилл, обеспечивая совпадение границ всех их саркомеров.

Белки саркоплазмы - протеины, растворимые в солевых средах с низкой ионной силой. Глобулин X представляет собой смесь различных белковых веществ со свойствами глобулинов. В состав белков группы миогена входит ряд протеинов, наделенных ферментативной активностью: например, ферменты гликолиза. Дыхательный пигмент миоглобин и разнообразные белки-ферменты, локализованные главным образом в митохондриях и катализирующие процессы тканевого дыхания, окислительного фосфорилирования, а также многие стороны азотистого и липидного обмена. Парвальбумины (кальмодулин и кальсеквестрин и др.), которые способны связывать ионы Са2+.

Таким образом, к белкам саркоплазмы можно отнести: миоглобин, ферменты гликолиза, кальмодулин и кальсеквестрин, способные обратимо связываться с ионами Са2+.

Белки стромы. Это коллаген и эластин. Известно, что строма скелетных мышц, остающаяся после исчерпывающей экстракции мышечной кашицы солевыми растворами с высокой ионной силой, состоит в значительной мере из соединительнотканных элементов стенок сосудов и нервов, а также сарколеммы и некоторых других структур.

Небелковые азотистые экстрактивные вещества

В скелетных мышцах содержится ряд важных азотистых экстрактивных веществ: адениновые нуклеотиды (АТФ, АДФ и АМФ), нуклеотиды неаденинового ряда, креатинфосфат, креатин, креатинин, карнозин, ансерин, свободные аминокислоты и др.

1.Креатина и креатинфосфат – составляют до 60% небелкового азота мышц. Они участвуют в химических процессах, связанных с мышечным сокращением.

Синтез креатина происходит в печени, откуда с током крови он заносится в мышечную ткань где, фосфорилируясь, превращается в креатинфосфат. В синтезе креатина участвуют три аминокислоты: аргинин, глицин и метионин.

Карнозин (открыт В.С. Гулевичем в 1900 г.) и ансерин (метилированное производное карнозина ансерин) – специфические азотистые имидазолсодержащие дипептиды скелетной мускулатуры позвоночных. Они увеличивают амплитуду мышечного сокращения, предварительно сниженную утомлением. Работами акад. С.Е. Северина показано, что они не влияют непосредственно на сократительный аппарат, но увеличивают эффективность работы ионных насосов мышечной клетки.

Свободные аминокислоты мышц: глутаминовая кислота (до 1,2 г/кг), глутамин (0,8–1,0 г/кг).

А так же в состав мембран мышечной ткани входят: ряд фосфоглицеридов: фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин; фосфоглицериды принимаютучастие в обменных процессах; мочевина, мочевая кислота, аденин, гуанин, ксантин и гипоксантин – встречаются в небольшом количестве и являются либо промежуточными, либо конечными продуктами азотистого обмена.

Безазотистые вещества: 1.Гликоген - концентрация колеблется от 0,3 до 2% и выше. На долю других представителей углеводов приходятся десятые и сотые доли процента. 2. Следы свободной глюкозы; 3.очень мало гексозофосфатов; 4. триглицериды; 5. холестерин; 6.карбоновые кислоты (лактат, ПВК и др., образуются в процессе метаболизма глюкозы).

Состав неорганических солей в мышцах разнообразен. Из катионов больше всего калия (внутри миобластов) и натрия (в межклеточном веществе). Значительно меньше в мышцах магния, кальция и железа; микроэлементов: кобальт, алюминий, никель, бор, цинк и др.

ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА СЕРДЕЧНОЙ МЫШЦЫ И ГЛАДКОЙ МУСКУЛАТУРЫ

Сердечная мышца по содержанию ряда химических соединений занимает промежуточное положение между скелетной мускулатурой и гладкими мышцами.

ПОКАЗАТЕЛЬ

СКЕЛЕТНЫЕ МЫШЦЫ

ГЛАДКАЯ МУСКУЛАТУРА

БЕЛКОВЫЙ АЗОТ

БОЛЬШЕ (30–31 МГ/Г)

МЕНЬШЕ (20,3 МГ/Г)

МИОФИБРИЛЛЯРНЫЕ БЕЛКИ

БОЛЬШЕ

МЕНЬШЕ

БЕЛКИ СТРОМЫ

МЕНЬШЕ

ВЫШЕ (И МИОКАРДЕ)

МИОАЛЬБУМИН

МЕНЬШЕ

БОЛЬШЕ ( И В МИОКАРДЕ)

АТФ НА 1 Г ТКАНИ, МАКРОЭРГОВ

бОЛЬШЕ

НА 4,43 МКМОЛЬ

МЕНЬШЕ 1,38МКМОЛЬ (2,6 МКМОЛЬ, В МИОКАРДЕ)

АНСЕРИН И КАРНОЗИН

БОЛЬШЕ

СЛЕДЫ (В МИОКАРДЕ И ГЛАДКОЙ МУСКУЛАТУРЕ)

ФОСФОГЛИЦЕРИДЫ

МЕНЬШЕ

БОЛЬШЕ (В МИОКАРДЕ)

ФОФСОШЛИПИДЫ

БОЛЬШЕ

МЕНЬШЕ

Особенности гладких мышц: 1.в сократительном аппарате содержат кальдесмон, выполняющий функцию тропонина; 2. их миозиновая АТФ-азная активность в 10 раз ниже; 3.их миозин может соединяться с актином только при условии фосфорилирования лёгких цепей;

Гладкие мышцы — медленные, но способны длительно поддерживать напряжение. Кроме того, они похожи на сердечную мышцу тем, что сокращаются непроизвольно.

Известно, что миозин, тропомиозин и тропонин сердечной мышцы и гладкой мускулатуры заметно отличаются по своим физико-химическим свойствам от соответствующих белков скелетной мускулатуры.

ИЗМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА МЫШЕЧНОЙ ТКАНИ В ОНТОГЕНЕЗЕ

Показатели

Мышцы эмбрионов

Мышцы взрослого живот-го

вода

Больше

Меньше

Общий белка

Меньше

Больше

миозин и актомиозин

Ниже

Выше

белки стромы, миоальбумин, глобулины

Выше

Ниже

нуклеопротеины, РНК и ДНК

Более высокое

Низкое

АТФ и КФ

Меньше

Больше

Ансерин и карнозин появляются в мышечной ткани в строго определенный период онтогенеза. Время их появления тесно связано с мышечной функцией и совпадает с формированием рефлекторной дуги, обеспечивающей возможность двигательного рефлекса, появлением Са2+-чувствительности актомиозина и началом работы ионных насосов.

В ходе онтогенеза изменяется изоферментный спектр ЛДГ.

экстракты из скелетных мышц

фермент

3–5-месячного эмбриона

ЛДГ3 и ЛДГ2 приходится соответственно 40 и 31%

у взрослых особей

ЛДГ5 и ЛДГ4 активнее

В процессе развития плода

повышается активность изофермента I гексокиназы и снижается активность изофермента II

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ БИОХИМИЯ МЫШЦ

При сокращении мышц происходит переход химической энергии в механическую. Это осуществляется за счет энергии, освобождающейся при гидролизе АТФ с образованием АДФ и неорганического фосфата. В поперечно-полосатой мышце сокращение зависит от концентрации ионов Са2+, регулируемой саркоплазматическим ретикулумом (СПР) – специализированной системой мембран, накапливающей Са2+ в состоянии покоя и высвобождающей его при воздействии на мышечное волокно нервного импульса.

Пути ресинтеза АТФ:

1. Креатинкиназный путь Трансфосфорилированием АДФ с креатинфосфатом. Данная реакция катализируется ферментом креатинкиназой.



Данный путь чрезвычайно быстрым и максимально эффективным (за счет каждой молекулы КФ образуется молекула АТФ). Применив специфический ингибитор креатинкиназы (1-фтор-2,4-динитро-фенол), а также с помощью агентов, препятствующих окислительному фосфорилированию АДФ в АТФ, Т. Кейн и соавт. (1962) смогли продемонстрировать прямой распад АТФ с одновременным приростом неорганического фосфата и АДФ при одиночном сокращении изолированной мышцы лягушки.

2.Миокиназный путь (незнач. кол-во АТФ). Аденилаткиназная реакция:



Запасы креатинфосфатат (КФ) в мышце невелики, а доступность энергии КФ имеет ценность для работающей мышцы только в том случае, если расход его постоянно возмещается синтезом АТФ в процессе метаболизма.

Регенерация богатых энергией фосфорных соединений происходит за счет 2-х процессов – гликолиза, и окислительного фосфорилирования (ОФ). При достаточном снабжении О2 мышца, несмотря на анаэробный механизм сокращения, в конечном итоге работает за счет энергии, образующейся при окислении (в цикле Кребса) как продуктов распада углеводов, так и ряда других субстратов тканевого дыхания, в частности жирных кислот, а также ацетата и ацетоацетата. КФ в мышечной ткани (в частности, в миокарде) способен выполнять не только роль как бы депо легкомобилизуемых макроэргических фосфатных групп, но также роль транспортной формы макроэргических фосфатных связей, образующихся в процессе тканевого дыхания и связанного с ним ОФ. Предложена схема переноса энергии из митохондрий в цитоплазму клетки миокарда (рис. 7).

АТФ–АДФ-транслоказа (локализованной на внутренней мембране митохондрий) транспортеирует матричную АТФ и передает ее в активный центр кератинкиназы (расположеный на внешней стороне внутренней мембраны). В межмембранном пространстве (в присутствии Mg2+) при наличии в среде креатина образуется равновесный тройной фермент-субстратный комплекс креатин–креатинкиназа–АТФ–Mg2+, который затем распадается с образованием КФ и АДФ–Mg2+.





Рис.7. Перенос энергии из митохондрий в цитоплазму клетки миокарда (схема

по В.А. Саксу и др.). Объяснение в тексте.

а - наружная мембрана; б - внутренняя мембрана; Кр - креатин; Крф - креатинфосфат; КК - креатинкиназа; Т - транслоказа.


КФ диффундирует в цитоплазму, где используется в миофибриллярной креатинкиназной реакции для рефосфорилирования АДФ, образовавшегося при сокращении. Возможно не только в сердечной мышце, но и в скелетной мускулатуре имеется подобный путь транспорта энергии из митохондрий в миофибриллы.

Источники энергии мышечного сокращения

В состоянии покоя. Свободные жирные кислоты (СЖК) и кетоновые тела (КТ).

При умеренной нагрузке. СЖК + КТ + глюкоза крови.

Преобладает аэробный метаболизм, аэробный путь ресинтеза АТФ.

При интенсивной мышечной работе скорость расщепления гликогена или глюкозы с образованием молочной кислоты увеличивается в сотни раз. Соответственно содержание лактата в мышечной ткани может повышаться до 1,0–1,2 г/кг и более. С током крови значительное количество лактата поступает в печень, где ресинтезируется в глюкозу и гликоген (глюконеогенез) за счет энергии окислительных процессов.

При максимально интенсивной работе – функционирует креатинкиназный путь, а через 20с – присоединяется и гликолиз (максимум через 40–80 с).

При максимальной нагрузке. СЖК + КТ + глюкоза крови + гликоген мышц.

Преобладает гликолитичекий путь.

Ресинтез АТФ в миокарде должен происходить намного интенсивнее, чем в скелетной мускулатуре. Для сердечной мышцы теплокровных животных и человека основным путем образования богатых энергией фосфорных соединений является путь ОФ, связанный с поглощением О2.

Механизмы энергообеспечения мышечного сокращения

1. Основной регулятор энергетики мышечной клетки — это отношение [АТФ]/[АДФ]·[Фн]. В покое концентрация АТФ высокая, а АДФ — низкая, в результате чего тормозится активность ключевых ферментов гликолиза, ЦТК и работа ДЦ. С началом работы мышц концентрация АТФ падает, а АДФ возрастает, что приводит к активации вышеназванных процессов.

2. Накапливающийся при работе мышц лактат поступает из крови в печень, где путём глюконеогенеза превращается в глюкозу, которая поступает в кровь, далее в мышцы, где восстанавливает запас гликогена (глюкозо-лактатный цикл).

3. Аденилаткиназная (миокиназная) реакция: 2 АДФ ↔ АТФ + АМФ.

АТФ используется для мышечного сокращения, а АМФ стимулирует гликолиз.

4. Креатинкиназная реакция: Креатин + АТФ↔КФ + АДФ.

Покоящиеся мышцы содержат в 10–20 раз больше КФ, чем АТФ, но КФ, в отличие от АТФ, не может использоваться мышцами для сокращения.

КФ: 1. транспортная форма энергии в мышцах;

2. с АДФ участвует в образовании АТФ.

Запаса КФ хватает только на 10 с, но за это время запускаются 1–3-й механизмы. Особенно эта система важна для миокарда, так как он очень чувствителен к недостатку кислорода. В сердечной мышце аэробное окисление веществ неуглеводной природы при работе имеет большее значение, чем при сокращении скелетной мышцы. Только 30–35% О2, поглощаемого сердцем в норме, расходуется на окисление углеводов и продуктов их превращения. Главным субстратом дыхания в сердечной мышце являются жирные кислоты. Окисление неуглеводных веществ обеспечивает около 65–70% потребности миокарда в энергии. Из свободных жирных кислот в сердечной мышце особенно легко подвергается окислению олеиновая кислота.

БИОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В МЫШЦАХ ПРИ ПАТОЛОГИИ

Общие симптомы для большинства заболеваний мышц (прогрессирующие мышечные дистрофии, атрофия мышц в результате их денервации, тенотомия, полимиозит, некоторые авитаминозы и т.д.)

  • резкое снижение в мышцах содержания миофибриллярных белков;

  • возрастание концентрации белков стромы и некоторых саркоплазматических белков, в том числе миоальбумина;

  • снижение уровня АТФ и креатинфосфата;

  • снижение АТФазной активности контрактильных белков (миозина):

  • уменьшение количества имидазолсодержащих дипептидов.

При прогрессирующих мышечных дистрофиях и других заболеваниях, связанных с распадом мышечной ткани

  • часто отмечаются сдвиги в фосфолипидном составе мышц: значительно снижается уровень фосфатидилхолина и фосфатидилэтаноламина, концентрация сфингомиелина и лизофосфатидилхолина повышается

Ионофор (компонент Са2+-регулирующей системы СПР)- протеолипид, экстрагируемый из сети; известно, что он ускоряет действие АТФазы как насоса.




Рис. 9. Схематическое изображение происхождения креатинурии при прогрессирующей мышечной дистрофии (по Д.Л. Фердману).


Для многих форм патологии мышечной ткани характерны нарушение метаболизма креатина и его усиленное выделение с мочой (креатинурия).

Креатинурия у больных миопатией является результатом нарушения в скелетной мускулатуре процессов фиксации (удержания) креатина и его фосфорилирования. Если нарушен процесс синтеза КФ, то не образуется и креатинина; содержание последнего в моче резко снижается. В результате креатинурии и нарушения синтеза креатинина резко повышается креатиновый показатель (креатин/креатинин) мочи. Данный механизм представлен на рис. 9.

При миопатиях изменяется активности ферментов в мышцах: уменьшается активность ферментов, локализованных в саркоплазме; незначительно изменяется активность ферментов, связанных с митохондриями; заметно возрастает активность лизосомальных ферментов. При многих заболеваниях мышечной системы наступают сдвиги в системе цАМФ: снижается содержание цАМФ в мышечной ткани, повышается активность фосфодиэстеразы и нарушается способность аденилатциклазы активироваться под влиянием адреналина и фторида натрия.

Нарушение метаболизма сердечной мышцы при ИБС

При ишемии миокарда последовательно развиваются следующие изменения:

  1. снижается ОФ и повышается анаэробный обмен;

  2. происходит накопление гликогена за счет повышения кноцентрации катехоламинов и цАМФ;

  3. наблюдается раннее ускорение гликогенолиза и гликолиза;

  4. высокий уровень цАМФ способствует активации фосфорилазы и переход ее в фосфорилазу а и активация фосфофруктокиназы – ключевого фермента гликолиза.

Но, постепенно, запасы гликогена истощаются, гликолиз замедляется вследствие внутриклеточного ацидоза, который ингибирует фосфофруктокиназу. Содержание АТФ и КФ в клетке резко снижается в результате нарушения ОФ в митохондриях.

Одно из первых проявлений этого состояния – нарушение мембранной проницаемости. Что способствует выходу из клетки ионов, в том числе ионов К+, а также ферментов. Дефицит энергетических ресурсов и нарушение ионного состава, существенные изменения различных мембранных «резервуаров», обеспечивающих контроль за уровнем внутриклеточного Са, обусловливают торможение функциональной активности мышечных клеток и их постепенную гибель. В этот же период выявляются изменения состава белков миокарда (резкое снижение содержания миофибриллярных белков и накопление белков стромы).

Нарушение обмена углеводов, белков и липидов (свободные жирные кислоты не окисляются, а преимущественно включаются в ТАГ) при инфаркте миокарда находит отражение в жировой инфильтрации миокарда.

В диагностике инфаркта миокарда используют, в динамике, активность креатинкиназы, АсАТ и ЛДГ в сыворотке крови. Повышение активности указанных ферментов, особенно креатинкиназы, является постоянным и наиболее высоким. Важно также исследование в сыворотке крови изоферментных спектров креатинкиназы (повышение активности изофермента MB) и ЛДГ (увеличение активности изоферментов ЛДГ1 и ЛДГ2). В последние годы четко показано, что определение в сыворотке крови миокардиально специфичных белков (миоглобин, тропонин Т и др.) – весьма чувствительный ранний тест повреждения миокарда.

II Цель деятельности студентов на занятии
Студент должен знать:

  1. Мышечную ткань и ее типы;

  2. Из каких компонентов состоит поперечно-полосатая мышца;

  3. Какие химические компоненты входят в состав поперечно-полосатой мускулатуры;

  4. Классификация белков мышечной ткани;

  5. Какие белки относятся к миофибриллярным белка?

  6. Миозин, строение и его функции;

  7. Актин и актомиозин, строение и механизм действия;

  8. Тропомиозин и тропонин и другие миофибриллярные белки;

  9. Белки саркоплазмы: миоглобин, ферменты гликолиза, тканевого дыхания, парвальбумин, кальмадулин и др.;

  10. Белки стромы (коллаген и эластин);

  11. Какие небелковые азотистые вещества входят в состав мышечной ткани;

  12. Безазотистые вещества мышечной ткани;

  13. Особенности химического состава миокарда;

  14. Особенности химического состава гладкой мускулатуры;

  15. Источники энергии для мышечного сокращения;

  16. Особенности энергообеспечения в миокарде;

  17. Особенности биохимических изменений в мышцах при патологии.

Студент должен уметь:

  1. в виде схемы показать строение саркомера скелетных мышц.;

  2. написать реакцию, катализируемую креатинкиназой.

IIIСодержание обучения:

Основные вопросы:

  1. Мышечную ткань и ее типы;

  2. Компоненты поперечно-полосатой мышцы;

  3. Химические компоненты поперечно-полосатой мускулатуры;

  4. Классификация белков мышечной ткани;

  5. Миофибриллярные белки мышечной ткани;

  6. Миозин, строение и его функции;

  7. Актин и актомиозин, строение и механизм действия;

  8. Тропомиозин и тропонин и другие миофибриллярные белки;

  9. Белки саркоплазмы: миоглобин, ферменты гликолиза, тканевого дыхания, парвальбумин, кальмадулин и др.;

  10. Белки стромы (коллаген и эластин);

  11. Небелковые азотистые вещества мышечной ткани;

  12. Безазотистые вещества мышечной ткани;

  13. Особенности химического состава миокарда;

  14. Особенности химического состава гладкой мускулатуры;

  15. Источники энергии для мышечного сокращения;

  16. Особенности энергообеспечения в миокарде;

  17. Особенности биохимических изменений в мышцах при патологии;

  18. Схема строения саркомера скелетных мышц;

  19. Креатинкиназная реакция.

IV Перечень лабораторных работ, наглядных пособий и средств ТСО.
Тестовые задания:

выберите правильный ответ

А) Интенсивно работающую мышцу обеспечивают энергией:

1) аэробное дихотомическое окисление глюкозы

2) анаэробное дихотомическое окисление глюкозы

3) окисление кетоновых тел

4) окисление жирных кислот

Ответ: 2;

Б) Резкое повышение концентрации белка в ликворе характерно для:

1.Энцефалит

2. Острая черепно-мозговая травма

3. геморрагический инсульт

4. Острый гнойный менингит

5. Опухоль мозга

Ответ: 4.

Для каждого вопроса, пронумерованного цифрой, подберите соответствующий ответ, обозначенный буквенным индексом. Один и тот же ответ может быть использован несколько раз.

А) 1) миофибриллярные белки

А. Миозин Б. Миоглобин

2) саркоплазматические белки

В. Актин




Г. Мышечные глобулины




Д. Тропомиозин

Ответ: 1А, В, Д; 2Б, Г.

Б) 1) соединения, временно связывающие аммиак в ткани мозга




2) соединения – медиаторы ЦНС

3) соединение – предшественник тормозного медиатора ЦНС

А. Глицин Б. Дофамин

В. Глутамат Г. α-кетоглутарат

Д. Серотонин

4)соединение,метаболизм которого нарушается при болезни Паркинсона

Е. Норадреналин

Ж. ГАМК

5) соединение, метаболизм которго нарушается при маниакально-депрессивном психозе и некоторых формах шизофрении

З. Ацетилхолин

6) основной медиатор лимбической системы и ретикулярной формации




7) соединения – медиаторы периферической нервной системы




Ответ: 1В, Г; 2А, Б, Д, Е, Ж, З; 3Б, 4Б, 5Д, 6Д, 7Е, З.

Для каждого вопроса выберите сочетание правильных ответов.

А) Выберите и расставьте в соответствующем порядке ферменты, при участии которых происходит мобилизация гликогена в мышцах.

1. Фосфорилаза активная

2. Протеинкиназа активная (димер С2)

3. Глюкозо-6-фосфатаза

4. Аденилатциклаза активная

5. Аденилатциклаза неактивная

6. Фосфорилаза неактивная

7. Протеинкиназа неактивная (тетрамер R2 – С2)

Ответ: 5, 4, 7, 2, 6, 1

Б)Установите правильную последовательность возникновения нервного импульса.

1. «Следовая» деполяризация мембраны

2. Поток К+ из нервной клетки

3. Деполяризация мембраны

4. Потенциал покоя на мембране

5. Реполяризация мембраны

6. «Следовая» гиперполяризация мембраны

7. Инверсия заряда на мембране (потенциал действия)

8. Поток Na+ внутрь клетки

Ответ: 4, 3, 8, 7, 2, 5, 1, 6, 4.

Для каждого вопроса определите: 1) верно или неверно каждое из приведенных утверждений; 2) если верны оба утверждения, имеется ли между ними причинная связь.

А) Трупное окоченение обусловлено истощением запасов АТФ, потому что при трупном окоченении не происходит диссоциация комплекса актин – миозин.

Ответ: +, +, +.

Ситуационные задачи:

Задача 1. Токсическое действие аммиака на клетки мозга объясняется, в частности, нарушением образования нейромедиаторов. Синтез какого из известных Вам нейромедиаторов будет нарушен в первую очередь?

Ответ: Будет нарушен обмен, в первую очередь, γ-аминомасляной кислоты (ГАМК), поскольку глутаминовая кислота, из которой она образуется, будет использоваться по преимуществу на связывание аммиака с образованием глутамина.

Задача 2. Если препарат скелетной мышцы обработан смесью йодацетата (ингибитор глицеральдегиддегидрогеназы) и ротенона (ингибитор цепи переноса протонов и электронов), то мышца теряет способность сокращаться в ответ на электростимуляцию. Если препарат скелетной мышцы обработан только ротеноном, то способность к сокращению сохраняется. Объясните результаты.

Подготовьте к предстоящему занятию протокол лабораторных работ: выпишите кратко принципы методов и техники их выполнения, показатели нормы, оставляя место для расчетов и выводов.

Ответ: В первом случае блокируется субстратное фосфорилирование (в гликолизе) и окислительное фосфорилирование (в цепи переноса электронов), в результате чего нарушается синтез АТФ, необходимый для акта мышечного сокращения. Во втором случае в миоците сохраняется возможность синтеза АТФ путем субстратного фосфорилирования (при гликолизе), поэтому мышца реагирует на электростимуляцию.

Наглядные пособия:

Рисунки: 1. Структура волокна скелетной мышцы (по Гассельбаху), 2. Строение саркомера скелетной мышцы, 3. Строение молекулы миозина, 4. Строение толстого миозинового филамента, 5. Схематическое изображение F-актина, 6. Структура тонкого филамента, 7. Перенос энергии из митохондрий в цитоплазму клетки миокарда (схема по В.А. Саксу и др.), 9. Схематическое изображение происхождения креатинурии при прогрессирующей мышечной дистрофии (по Д.Л. Фердману); Таблица 1. Химический состав поперечно-полосатой мышц млекопитающих

V Наименование лабораторной работы:

Лабораторная работа № 1.

Качественная реакция на молочную кислоту

(реакция Уффельмана)

Принцип метода: Молочная кислота в присутствии фенолята железа (реактив Уффельмана), окрашенного в фиолетовый цвет, образует лактат желто-зеленого цвета.

Порядок выполнения работы: Мышцы растирают их в ступке в течение 3 минут, прибавив 5 капель воды до получения гомогенной массы. Затем приливают 3 мл воды, перемешивают и фильтруют через смоченную водой вату. 15 капель фильтрата добавляют по каплям к реактиву Уффельмана.

Предполагаемые результаты: В присутствии молочной кислоты фиолетовая окраска жидкости переходит в желто-зеленую, т.к. образуется лактат.

Выводы:
VIII Хронокарта учебного занятия:

  1. Общий бюджет времени: 3 (125);

  2. Перекличка 5 минут;

  3. Разбор основных вопросов темы 60 минут;

  4. Тестовый опрос 20 минут;

  5. Проведение лабораторной работы;

  6. Оформление протоколов 10 минут

IX Самостоятельная работа студентов:

Составление тестов, кроссвордов и задач по данной теме.

Вопросы для самостоятельного обучения:

    1. Изменение химического состава мышечной ткани в онтогенезе;

    2. Функциональная биохимия;

    3. Нарушения метаболизма миокарда при ИБС.

X Список используемой литературы:

Обязательная:

  1. Е.С. Северин «Биохимия», Москва 2004;

  2. Е.С. Северин «Биохимия с упражнениями и задачами», Москва 2008;

  3. Таганович А.Д., Кухта В.К., Морозкина Т.С., Олецкий Э.И.. Биологическая химия//Краткий курс лекций для иностранных учащихся стоматологического факультета, Минск 2005, С.114-118

Дополнительная:

  1. Интернет ресурсы

  2. Материал конспектов занятия

перейти в каталог файлов
связь с админом