Wybierz dział

Ruch - mechanizm skurczu mięśnia

Ruch - mechanizm skurczu mięśnia

Na skurcz mięśnia składają się skurcze poszczególnych komórek mięśniowych, dlatego jego mechanizm rozpatrywać należy na poziomie pojedynczej komórki.

Budowa komórki mięśnia szkieletowego

Podstawowe cechy komórki, istotne z punktu widzenia jej funkcji to:

- kształt cylindryczny, mocno wydłużony - niekiedy nawet do kilkunastu cm. Z uwagi na kształt komórki mięśniowe nazywane są włóknami mięśniowymi

- cytoplazma zawiera czerwony barwnik - mioglobinę. Jest to białko podobne w budowie do hemoglobiny i mające podobnie wysokie powinowactwo z tlenem. Stanowi rodzaj rezerwuaru tlenu w komórce.

- zawiera liczne mitochondria

- wewnątrz, wzdłuż całej długości komórki, biegną pęczki włókienek białkowych zwanych miofibryllami. Pęczki miofibrylli oddzielone są od siebie siateczką śródplazmatyczną, wewnątrz której gromadzone są jony wapnia.

- miofibrylle zbudowane są z dwóch rodzajów filamentów białkowych: cienkich - aktynowych i grubych - miozynowych, regularnie względem siebie ułożonych.

Budowa komórki mięśniowej. Błona komórki, mitochondrium, miofibrylla, cytoplazma zawierająca miglobinę, jądro komórkowe, kanaliki siateczki śródplazmatycznej. Filamenty. Przekrój poprzeczny przez komórkę. Struktura miofibrylli.

Filamenty cienkie utworzone są z połączonych ze sobą cząsteczek białka - aktyny.

Filamenty grube buduje białko - miozyna. Kształt pojedynczej cząsteczki białka jest dość skomplikowany, można w niej wyróżnić ogonek i główkę. Poszczególne cząsteczki są ze sobą splecione, a ich główki odstają od utworzonego przez ogonki włókienka i dotykają filamentu cienkiego.

Filamenty grube i cienkie są regularnie rozmieszczone na przemian, przy czym zachodzą nieco na siebie. Podczas obserwacji mikroskopowej jest to widoczne w postaci na przemian ułożonych prążków jasnych i ciemnych.

Prążek ciemny to filament miozynowy (gruby), prążki jasne to fragmenty filamentów aktynowych (cienkich) niezasłonięte przez miozynę.

W połowie długości prążka jasnego zaobserwować można cienką, ciemną linię (linia Z). Jest to błona rozdzielająca włókno mięśniowe na części zwane sarkomerami.

Położenie aktyny i miozyny w obrębie sarkomeru. Błona oddzielająca sarkomery, filament gruby, ogonek miozyny, cząsteczki aktyny budujące filament cienki.Schemat rozmieszczenia filamentów we fragmencie miofibrylli. Sarkmer, linia Z, prążek jasny, prążek ciemny, połowa prążka jasnego, filamenty miozynowe (grube), filamenty aktynowe (cienkie).

Skurcz włókna mięśniowego

Zjawisko skurczu mięśnia wyjaśnia model ślizgowy, według którego skurcz jest efektem wsuwania się filamentów aktynowych między miozynowe.

Zjawisko to można zaobserwować na poziomie każdego sarkomeru, a końcowy efekt skurczu włókna mięśniowego jest wynikiem sumy skurczów poszczególnych jego sarkomerów.

Sarkomer jest podstawową jednostką czynnościową włókna mięśniowego.

Przebieg skurczu:

1. Pod wpływem impulsu nerwowego dochodzi do zmian w obrębie błony komórkowej włókna mięśniowego. Zmiany te są następnie przenoszone na błony siateczki śródplazmatycznej. Efektem jest uwolnienie zgromadzonych tam jonów wapnia do cytoplazmy.

2. Obecność jonów wapnia w sąsiedztwie miofibrylli powoduje zmianę ułożenia główek miozyny. Zmiana ta wymaga nakładu energii, której źródłem jest ATP.

3. Ruch główek miozyny powoduje przesunięcie filamentów aktynowych i skrócenie sarkomeru.

4. Skurcze poszczególnych sarkomerów sumują się, dając w efekcie widoczny skutek w postaci skurczu całego włókna mięśniowego

Mechanizm skurczu w obrębie sarkomeru. Położenie główek miozyny w czasie rozkurczu. Zmiana położenia główek miozyny powoduje skrócenie sarkomeru.Schemat skurczu we fragmencie miofibrylli. Długość fragmentu miofibrylli. W czasie rozkurczu filamenty cienkie i grube są lekko wsunięte między siebie. W czasie skurczu filamenty głęboko wsuwają się pomiędzy siebie - skrócenie długości poszczególnych sarkomerów sumuje się, dając widoczny efekty skrócenia fragmentu miofibrylli.

Źródła energii

Skurcz włókna mięśniowego wymaga nakładu energii w postaci ATP. W zależności od czasu pracy mięśni, ATP może być uzyskiwany z różnych źródeł:

1. Fosfokreatyna

Fosfokreatyna to aminokwas, do którego dołączona jest reszta fosforanowa. Pewna jego ilość zawsze znajduje się w mięśniu i pełni rolę „podręcznego magazynu energii”. Jest podstawowym źródłem ATP w nagłych, krótko trwających ruchach (np. unik) lub w pierwszych sekundach wysiłku fizycznego.

Pozyskiwanie ATP z fosfokreatyny odbywa się poprzez przeniesienie reszty fosforanowej na ADP:

fosfokreatyna + ADP → kreatyna + ATP

2. Oddychanie tlenowe

Oddychanie tlenowe jest podstawowym procesem, w wyniku którego następuje wytwarzanie ATP w mięśniach. Jako źródło energii wykorzystywane są:

a) glukoza

Na samym początku wysiłku, w ciągu pierwszych 2-3 minut pracy mięśni glukoza ulega rozkładowi beztlenowemu. Po tym czasie uruchamiane są przemiany tlenowe w mitochondriach. Energia uzyskiwana bezpośrednio z glukozy wystarcza na kilkanaście minut wysiłku.

b) glikogen, który w miarę wyczerpywania się glukozy zaczyna być rozkładany, dostarczając nowych jej porcji. Pewna ilość glikogenu jest zmagazynowana w mięśniach, poza tym rozkładany jest też glikogen znajdujący się w wątrobie. Ten zapas energii wystarcza na około 1 godzinę wysiłku.

c) kwasy tłuszczowe, są wykorzystywane jako źródło energii podczas dłuższego (kilku-kilkunastogodzinnego) wysiłku.

Warunkiem sprawnie zachodzących przemian tlenowych jest odpowiednie zaopatrzenie mięśni w tlen. Pewna jego ilość jest zmagazynowana w tkance mięśniowej przez znajdującą się tam mioglobinę.

3. Oddychanie beztlenowe

U osób o słabej kondycji fizycznej, u których sprawność układu oddechowego i krwionośnego jest niska, do mięśni nie jest doprowadzana wystarczająca ilość tlenu. Zapasy zmagazynowane przez mioglobinę również wyczerpują się po pewnym czasie. Sytuację braku tlenu w mięśniach określamy jako dług tlenowy. Energia potrzebna do ich dalszej pracy powstać może jedynie w procesie oddychania beztlenowego. W tej przemianie w wyniku rozkładu glukozy powstaje kwas mlekowy. Gromadzący się w mięśniach produkt zakwasza środowisko, zakłócając funkcjonowanie włókien mięśniowych - stają się one sztywne, a ich ruch sprawia ból (powstają tzw. zakwasy). Kwas mlekowy jest odprowadzany do wątroby i tam rozkładany. Proces odprowadzania trwa około 1-2 dni.

Zestawienie sposobów pozyskiwania energii w mięśniach

Czas od rozpoczęcia wysiłku Sposób uzyskiwania ATP
kilka sekund rozpad fosfokreatyny
2-3 minuty beztlenowe utlenianie glukozy
kilkanaście minut tlenowy rozkład glukozy
do 1 godziny uruchamianie rezerw WYSTARCZAJĄCA ILOŚĆ TLENU W MIĘŚNIACH NIEDOBÓR TLENU W MIĘŚNIACH
  rozpad glikogenu do glukozy, tlenowy rozkład glukozy beztlenowy rozkład glukozy (gromadzenie się kwasu mlekowego)
kilka - kilkanaście godzin utlenianie kwasów tłuszczowych

Podział włókien mięśniowych

Mięśnie szkieletowe zbudowane są z dwóch rodzajów włókien - białych i czerwonych. W zależności od rodzaju mięśnia występują one w różnych proporcjach.

Cechy włókien mięśniowych

Włókna białe Włókna czerwone
Całe wnętrze komórki wypełnione jest ciasno ułożonymi obok siebie miofibryllami. Miofibrylle są luźniej ułożone, jest ich mniej.
Zawierają mało cytoplazmy i znajdującej się w niej mioglobiny, co nadaje im jasny kolor. Zawierają dużo cytoplazmy i dużo mioglo-biny, co nadaje im ciemny, czerwony kolor.
Specjalizują się w ruchach szybkich i krótkotrwałych. Specjalizują się w pracy długotrwałej.
Występują w dużych ilościach w mięśniach wykonujących szybkie ruchy, np. mięśnie kończyn. Występują w większych ilościach w mięśniach, w których ważna jest wytrzymałość, np. mięśnie grzbietu utrzymujące wyprostowana postawę.

Zobacz podobne opracowania

  • Liceum
  • Biologia
  • Organizm człowieka jako zintegrowana całość
  • Liceum
  • Biologia
  • Organizm człowieka jako zintegrowana całość
  • Liceum
  • Biologia
  • Organizm człowieka jako zintegrowana całość
  • Liceum
  • Biologia
  • Organizm człowieka jako zintegrowana całość

Ciekawostki (0)

Zabłyśnij i pokaż wszystkim, że znasz interesujący szczegół, ciekawy fakt dotyczący tego tematu.