Сопряжение возбждения с сокращением и расслаблением

При достаточном содержании АТФ сокращение мышечного волокна про­ исходит только при повышении концентрации Са²⁺ в пространстве между молекулами актина и миозина с КГ⁷ М по крайней мере до 10~⁵ М. Это происходит за счет (рис. 8):

1) освобождения Са^{2 +} , вызываемого С а^{2 +} (триггерная ги­ потеза). Во время деполяризации клеточной мембраны небольшое количе­ ство Са²⁺ входит в клетку в виде медленного кальциевого тока потенциала действия. Этого количества ионов недостаточно для активации миофиламен-

тов, но достаточно для "запус­ ка" массового освобождения Са²⁺ из саркоплазматического ретикулума;

2)освобождения С а ^{2 +} , вызываемого деполя­ ризацией. Потенциал дей­ ствия распространяется через мембрану Т-трубочек на терми­ нальные цистерны саркоплаз­ матического ретикулума и вы­ зывает изменение его мембра­ ны, в результате чего повыша­ется ее проницаемость для Са²⁺, и они путем пассивной диффузии осво­ бождаются в цитоплазму (так называемый кальциевый залп).

Роль Са²⁺ в сопряжении возбуждения с сокращением состоит в следующем:

1) вышедший в цитоплазму Са²⁺ связывается с тропони-ном С, что вызывает изменение его конформации, которое передается другим молекулам тропонинового комплекса, в том числе тропонину 1. В результате его конформационного изменения тропомиозин глубже по­ гружается в бороздку на поверхности молекулы актина, позволяя тем самым головке молекулы миозина вступить во взаимодействие с моно­ мером актиновой нити с образованием актомиозина. Это в свою очередь изменяет конформацию глобулярной части молекулы миозина, которая отклоняется на определенный угол от направления оси и тянет за собой тонкий аактиновый филамент;

2) повышение концентрации Са²⁺ в цитоплазме ак­тивирует Мв^{2 +} -стимулируемую АТФ-азу миозина. Кон-формационное изменение миозина позволяет его АТФ-азе отщепить от АТФ фосфатную группу, которая вместе с ЛДФ выделяется в среду. Тем самым обеспечивается химическая энергия для сокращения, которое осу­ ществляется благодаря скольжению тонких нитей актина вдоль толстых нитей миозина (гипотеза скользящих нитей Huxley и Hanson ). Необходи­мо отметить, что чем больше Са²⁺ связалось с тропонином, тем больше образуется актомиозиновых мостиков и больше развиваемое системой напряжение, то есть сила сокращения.

Расслабление мышечного волокна обеспечивается благодаря уменьше­ нию концентрации Са²⁺ в пространстве между миофиламентами (менее Ш~⁷ М) за счет его активного обратного транспорта в саркоплазматичес- кий ретикулум и внеклеточную среду с помощью:

1) кальциевого насоса мембраны саркоплазматического ре-тикулума и сарколеммы, то есть Са²⁺—АТФ-азы, которая переносит 2 Са²⁺ наружу против электрохимического градиента в расчете на 1 рас­ щепляемую молекулу АТФ. В саркоплазматическом ретикулуме Са²⁺ прочно связаны с белками — кальсеквестрином и так называемым Са-связываю- щим белком с высоким сродством;

2)      Ыа⁺-Са²⁺-обменного механизма клеточной мембраны, обеспечи­ вающего обмен 1 внутриклеточного Са²⁺ на 2, 3 или 4 Na ⁺ (чаще 3), находящихся вне клетки. Хотя эта реакция ускоряется в присутствии АТФ, он при этом не гидролизуется. Источником энергии для выведения Са²⁺ против электрохимического градиента является электрохимический гра­ диент Na ⁺ , так как при этом Na ⁺ перемещается по градиенту, который обеспечивается работой К⁺— Na ⁺ - Hacoca . Таким образом, К⁺— Na ⁺ - Hacoc , использующий энергию АТФ для поддержания электрохимического гра­ диента Са²⁺, косвенно способствует поддержанию электрохимического градиента Са²⁺. Необходимо отметить, что повышение концентрации Na ⁺ внутри клетки, как, например, при увеличении ЧСС или ингибировании К⁺— Na ⁺ Hacoca под действием сердечных гликозидов, приводит к поступ­ лению внутрь клетки некоторого дополнительного количества Са²⁺ вслед­ ствие замедления реакции его обмена из-за уменьшения электрохими­ческого градиента для Na ⁺ . Кроме того, при повышении внутриклеточ­ной концентрации Na ⁺ часть переносчиков начинает переносить Na ⁺ и Са²⁺ в противоположном направлении. При этом увеличение обратного захвата Са²⁺ саркоплазматическим ретикулумом и его освобождения с каждым импульсом возбуждения вызывает увеличение силы сердечных сокращений. Na ⁺ — Ca ²⁺ -обменный механизм может участвовать также в притоке Са²⁺ внутрь клетки. Функционирование этих систем обеспечива­ ет поддержание значительного градиента концентрации Са²⁺ между вне­ клеточной (10~³М) и внутриклеточной (10"⁷М) средой.