Миофибриллы это в биологии кратко
Обновлено: 07.07.2024
Миофибрилла является компонентом животного скелетная мышца, Миофибриллы – это длинные нити, которые идут параллельно друг другу, образуя мускул (мио) волокна. Длина миофибрилл и получаемых миофибрилл может составлять несколько сантиметров. Мышечные волокна представляют собой единичные многоядерные клетки, которые объединяются в мышцы. Миофибриллы состоят из повторяющихся субъединиц, называемых саркомерами. Эти саркомеры ответственны за сокращения мышц.
Структура миофибрилл
Миофибриллы состоят из двух типов нитей: тонких нитей и толстых нитей. Тонкие нити состоят из нитей белка актина и регулирующего белка, скрученных вместе, тогда как толстые нити состоят из нитей белка миозина. Тонкие и толстые нити образуют частично перекрывающиеся слои, которые расположены в функциональных единицах, называемых саркомерами. Из-за расположения миофиламентов миофибрилла имеет темные и светлые полосы, придающие мышцам полосатый вид. Темные полосы известны как полосы А и состоят из толстых нитей и некоторых тонких нитей. В центре полосы A находится H-зона, где присутствуют только толстые нити, и M-линия, которая содержит ферменты, участвующие в энергетическом обмене. Светлые полосы, известные как I-полосы, представляют собой области, содержащие только тонкие нити, и находятся между A-полосами. I-полосы сосредоточены в области, известной как линия Z, диск, состоящий из белка -актинина, который закрепляет тонкие нити актина и действует как граница между саркомера субъединиц.
Функция миофибрилл
Миофибриллы состоят из саркомеров, функциональных единиц мышцы. Функция миофибрилл заключается в сокращении мышц с помощью модели со скользящей нитью. Когда мышцы находятся в состоянии покоя, между тонкими и толстыми филаментами происходит неполное перекрытие, при этом некоторые области содержат только один из двух типов. Когда мышца сокращается, саркомеры укорачиваются в длину из-за того, что толстые и тонкие филаменты скользят друг над другом, что приводит к большему перекрытию между филаментами и укорочению H-зоны и I-полосы. Хотя длина саркомера уменьшается во время сокращения мышц, длина самих миофиламентов не изменяется.
Движение миофиламента обеспечивается гидролизом АТФ в АДФ и неорганический фосфат. В состоянии покоя, спс молекула прикрепляется к шаровидному миозину глава на толстой нити. Когда АТФ гидролизуется, головка миозина меняет конформацию и образует вложение, известное как поперечный мостик с тонкой нитью. Когда молекулы ADP и фосфата высвобождаются, головка миозина снова меняет конформацию и толкает тонкую нить к центру саркомера. Когда новая молекула АТФ связывается с головкой миозина, головка возвращается к своей первоначальной конформации и высвобождает тонкую нить в новом положении ближе к центральной М-линии. Затем цикл повторяется: новая молекула АТФ гидролизуется в АДФ и неорганический фосфат, а головка миозина меняет конформацию, в результате чего тонкая нить выталкивается к центру саркомера. Каждая толстая нить содержит несколько сотен головок миозина, которые могут образовывать поперечные мостики с тонкими нитями примерно пять раз в секунду. Постоянные сокращения миофибрилл приводя�� к сокращению мышц.
Мышечные сокращения приводятся в действие АТФ. Так как само мышечное волокно хранит очень небольшое количество АТФ, энергия поступает из двух других соединений, хранящихся в мышцах: креатинфосфат и гликоген, АТФ, хранящийся в мышечном волокне, и АТФ, который может быть образован креатинфосфатом, используются для кратковременных всплесков энергии; они могут обеспечивать энергией до 15 секунд. Гликоген может обеспечить долгосрочный источник энергии, поскольку гликоген расщепляется до глюкозы, которая затем превращается в АТФ через гликолиз и аэробного дыхания.
викторина
1. Сколько типов миофиламентов находится в миофибриллах?A. 1B. 2C. 4D. никто
Ответ на вопрос № 1
В верно. Существует два типа миофиламентов в миофибриллах: толстые нити, которые состоят из миозина, и тонкие нити, которые состоят из актина.
2. Какая структура действует как граница между саркомерами?A. ГруппаB. Н-зонаC. M-линияD. Z-линии
Ответ на вопрос № 2
D верно. Z-линия, также известная как Z-диск, действует как граница между саркомерами. Это также точка крепления для тонких нитей.
3. Каков наилучший долгосрочный источник энергии для сокращения мышц?A. ATPB. крахмалC. гликогенD. креатинфосфат
Ответ на вопрос № 3
С верно. В то время как мышечные сокращения приводятся в действие АТФ, мышцы будут иметь только очень небольшой запас АТФ, готовый к использованию. Гликоген превращается в АТФ для длительного использования через аэробного дыхания,
Мышечные волокна представляют собой сильно вытянутые многоядерные клетки крупного размера длиной от 0,1 до 2-3 см, а в некоторых мышцах даже более 10 см. Толщина мышечных клеток около 0,1 -0,2 мм. Как и любая клетка, мышечное волокно содержит такие органеллы, как ядра (мышечная ткань многоядерна), митохондрии, рибосомы, цитоплазматическую сеть и клеточную оболочку (сарколемму). Особенностью мышечных клеток является наличие миофибрилл - сократительных элементов.
Миофибриллы [ ]
Строение мышцы
сокращение. Служат для сокращений мышечных волокон. Миофибрилла — нитевидная структура, состоящая из саркомеров. Каждый саркомер имеет длину около 2 мкм и содержит два типа белковых филаментов: тонкие миофиламенты из актина и толстые филаменты из миозина.
Границы между филаментами (Z-диски) состоят из особых белков, к которым крепятся концы актиновых филаментов. Миозиновые филаменты также крепятся к границам саркомера с помощью нитей из белка титина (тайтина). С актиновыми филаментами связаны вспомогательные
белки — небулин и белки тропонин-тропомиозинового комплекса.
Миофибриллы - цилиндрические нити толщиной 1 - 2 мкм, идущие вдоль от одного конца мышечного волокна до другого. Изолированная миофибрилла способна сокращаться (в присутствии АТФ), именно она и есть сократимый элемент мышечной клетки.
У человека толщина миофибрилл составляет 1-2 мкм, а их длина может достигать длины всей клетки (до нескольких сантиметров). Одна клетка содержит обычно несколько десятков миофибрилл, на их долю приходится до 2/3 сухой массы мышечных клеток.
Митохондрии [ ]
Митохондрии - микроскопические пузырьки размером до 2-3 мкм, окруженные двойной мембраной. В митохондриях протекает окисление углеводов, жиров и аминокислот до углекислого газа и воды с использованием кислорода. За счет энергии, выделяющейся при окислении, в митохондриях осуществляется синтез АТФ. В тренированных мышцах митохондрии многочисленны и располагаются вдоль миофибрилл.
Ядра окружены оболочкой - нуклеолеммой и содержат генетическую информацию для синтеза белков.
Ретикулум [ ]
Саркоплазматический ретикулум состоит из трубочек, канальцев и пузырьков, образованных мембранами и соединенных друг с другом. Саркоплазматический ретикулум с помощью особых трубочек, называемых Т-системой, связан с оболочкой мышечной клетки - сарколеммой. В ретикулуме находятся пузырьки, называемые цистернами. Эти пузырьки в большой концентрации содержат ионы кальция.
Саркоплазма [ ]
Саркоплазма занимает внутреннее пространство мышечных клеток и представляет собой коллоидный раствор, содержащий белки, гликоген, жировые капли и другие включения. Белки саркоплазмы составляют 25-30% от всех белков мышц. Среди элементов саркоплазмы есть некоторые, заслуживающие особого внимания:
а)ферменты гликолиза, расщепляющие гликоген/глюкозу до пировиноградной или молочной кислоты;
б)фермент креатинкиназа, участвующий в запуске фосфогенной энергетической реакции;
в) белок миоглобин, идентичный по строении белку крови гемоглобину. Благодаря этому белку в мышечной ткани создается запас кислорода.
г) азотсодержащие небелковые вещества - АТФ, АДФ, АМФ, Крф, креатин, креатинин (продукт распада КрФ)
д) аминокислоты глутаминовая кислота и глутамин
е) углеводы. Гликоген - основной углевод мышечной ткани. В очень малой концентрации присутствует свободная глюкоза.В процессе мышечной работы в саркоплазме происходит накопление продуктов углеводного обмена - лактата и пирувата.
ж) жиры.Запасной жир накапливается в мышцах, тренируемых на выносливость.
Сарколемма [ ]
Сарколемма. Каждое мышечное волокно окружено клеточной оболочкой - сарколеммой. Это липопротеидная (состоящая из жиров и белков) мембрана толщиной около 10 нм.
Описан состав, строение и функции миофибриллы. При силовой тренировке наблюдается миофибриллярная гипертрофия – увеличение количества и объема миофибрилл. У детей гипертрофия миофибрилл происходит за счет их роста в длину, при силовой тренировке – в толщину.
Состав, строение и функции миофибриллы
Общая характеристика
Для того чтобы понять, какие механизмы лежат в основе гипертрофии мышц, нужно рассмотреть состав, строение (структуру) и функции миофибриллы.
Рис.1. Миофибриллы мышечного волокна, окруженные саркоплазматическим ретикулумом
Функции миофибриллы
Миофибриллы – основные сократительные элементы мышечного волокна, поэтому их основная функция — укорочение под воздействием нервного импульса. Вследствие этого мышца развивает определенную силу.
Состав миофибриллы
Миофибриллы состоят из элементов, имеющих цилиндрическую форму – саркомеров, которые расположены последовательно, друг за другом вдоль миофибриллы (рис.2). Друг от друга саркомеры отделены Z-дисками (в плоскости – Z-линии). Миофибриллу можно сравнить со стеблем бамбука, длинные секции которого соединяются друг с другом толстыми дисками. Длина одного саркомера в среднем равна 2,5 мкм, поэтому в одной миофибрилле длиной 5 см находится до 20000 саркомеров.
Рис.2. Миофибрилла состоит из саркомеров
Расположение в мышечном волокне
Рис. 3. Связь периферических миофибрилл с оболочкой мышечного волокна (сарколеммой) посредством белковых структур, которые называются костамерами.
Влияние силовой тренировки на объем и количество миофибрилл
Доказано, что под влиянием силовой тренировки в мышечном волокне увеличивается количество миофибрилл и их объем. Это явление называется миофибриллярной гипертрофией.
Увеличение количества миофибрилл называется гиперплазией миофибрилл. Увеличение объема миофибрилл называется гипертрофией миофибрилл.
У взрослых объем миофибрилл возрастает за счет изменения площади поперечного сечения миофибриллы (она становится толще). Ученый Голдспинк еще в 1970 году доказал, что при достижении миофибриллы больших размеров, она расщепляется на две миофибриллы.
Гипертрофия миофибрилл у детей
Неиспользование
Если конечность травмирована, например, наложен гипс, и фиксирована длина мышцы, через несколько часов длина мышцы начинает уменьшаться. Длина миофибрилл также уменьшается. Это происходит за счет разрушения саркомеров, расположенных на краях миофибрилл. Кроме того, происходит уменьшение толщины миофибрилл и их количества.
Похожие записи:
Тест времени реакции на сигнал
Представлена программа расчета времени реакции на сигнал, предназначенная для использования в учебных целях, например на занятиях по…
Саркоплазматическая гипертрофия мышц
Дано определение и описаны механизмы саркоплазматической гипертрофии скелетных мышц. Показано, что этот вид гипертрофии мышц широко…
Классификация типов конституции человека М.В. Черноруцкого
Рассмотрена классификация типов конституции человека, разработанная выдающимся терапевтом М.В. Черноруцким в 1925 году. Классификация типов конституции человека М.В.
Типы гипертрофии скелетных мышц человека
В статье дается классификация различных видов гипертрофии скелетных мышц человека на основе ряда классификационных признаков: времени проявления…
Миомейкер: Мембранный активатор слияния миобластов и образования мышц
Ученые установили, что для образования мышечных волокон необходимо слияние клеток-предшественников, которые называются миобластами. Эти клетки имеют только…
Мышечные ткани - это ткани, для которых способность к сокращению является главным свойством. Мышечные ткани составляют активную часть опорно-двигательного аппарата (пассивной частью являются кости, соединения костей).
Общими свойствами всех мышечных тканей является сократимость и возбудимость. К данной группе тканей относятся гладкая, поперечнополосатая скелетная и поперечнополосатая сердечная мышечные ткани. Клетки мышечной ткани имеют хорошо развитый цитоскелет, содержат много митохондрий.
Гладкая (висцеральная) мускулатура
Эта мышечная ткань встречается в стенках внутренних органах (бронхи, кишечник, желудок, мочевой пузырь), в стенках сосудов, протоках желез. Эволюционно является наиболее древним видом мускулатуры.
Состоит из веретенообразных миоцитов - коротких одноядерных клеток. Между клетками имеются межклеточные контакты - нексусы (лат. nexus - связь). Благодаря нексусам возбуждение, возникшее в одной клетке, волнообразно распространяется на все остальные клетки.
Гладкая мышечная ткань отличается своей способностью к длительному тоническому напряжению, что очень важно для работы внутренних органов (к примеру мочевого пузыря), сокращается медленно, практически не утомляется. Скелетная мышечная ткань, которую мы изучим чуть позже, такой способностью не обладает - сокращается и утомляется быстро.
Осуществляется сокращение с помощью клеточных органоидов - миофиламентов, которые расположены в клетке хаотично и не имеют такой упорядоченной структуры, как миофибриллы в скелетной мускулатуре (все познается в сравнении, уже скоро мы их тоже изучим).
Особо заметим, что в гладкой мышечной ткани миофиламенты собираются в миофибриллы только во время сокращения. У таких временных миофибрилл не может быть регулярной организации, а значит ни у таких миофибрилл, ни у гладких миоцитов не может быть поперечной исчерченности.
Гладкая мышечная ткань сокращается непроизвольно (неподвластна воле человека). Работа гладких мышц обеспечивается вегетативной (автономной) нервной системой. К примеру невозможно по желанию сузить или расширить бронхи, кровеносные сосуды, зрачок.
Гладкая мышечная ткань называется неисчерченной, так как не обладает поперечной исчерченностью, характерной для поперечнополосатых скелетной и сердечной мышечных тканей.
Скелетная (поперечнополосатая) мышечная ткань
Скелетная мышечная ткань образует диафрагму (дыхательную мышцу), мускулатуру туловища, конечностей, головы, голосовых связок.
В отличие от гладкой мускулатуры, скелетная образована не отдельными одноядерными клетками, а длинными многоядерными волокнами, имеющими до 100 и более ядер - миосимпластами. Миосимпласт (греч. sim - вместе + plast - образованный) представляет совокупность слившихся клеток, имеет длину от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров (соответствует длине мышцы).
Внутри миосимпласта находится саркоплазма, снаружи миосимпласт покрыт сарколеммой. Сократительные элементы - миофибриллы (лат. fibra - волоконце) - длинные тяжеобразные органеллы в миосимпласте (около 1400).
Характерная черта данной ткани - поперечная исчерченность, выражающаяся в равномерном чередовании светлых и темных полос на мышечном волокне. Это происходит потому, что границы саркомеров в соседних миофибриллах совпадают, вследствие чего все волокно приобретает поперечную исчерченность. Теперь самое время изучить микроскопическую основу мышцы - саркомер.
Саркомер (от греч. sarco - мясо (мышца) + mere - маленький)
Саркомер - элементарная сократительная единица поперечнополосатых мышц, структурная единица миофибриллы. В состав саркомера (и миофибриллы в целом) входят миофиламенты (лат. filamentum - нить) двух типов, которые обеспечивают сократимость мышечной ткани.
Саркомер состоит из актиновых (тонких) и миозиновых (толстых) филаментов, которые образованы главным образом белками актином и миозином. Сокращение происходит за счет взаимного перемещения миофиламентов: они тянутся навстречу друг другу, саркомер укорачивается (и мышца в целом).
Источником энергии для сокращения служат молекулы АТФ. К тому же невозможно представить сокращение мышц без участия ионов кальция: именно они связываются с тропонином, что приводит к изменению конформации тропомиозина (тропонин и тропомиозин - регуляторные белки между нитями актина), за счет чего становится возможно соединение актина и миозина. При сокращении мышц выделяется тепло (сократительный термогенез).
Замечу, что трупное окоченение (лат. rigor mortis) - посмертное затвердевание мышц - связано именно с ионами кальция, которые устремляются в область низкой концентрации (в саркоплазму миосимпласта), способствуя связыванию актина и миозина.
После смерти в мышце перестает синтезироваться АТФ, ее уровень быстро снижается. Как следствие этого перестает функционировать Ca-АТФаза - насос, выкачивающий ионы Ca из саркоплазмы в саркоплазматический ретикулум (мембранная органелла мышечных клеток (сходная с ЭПС), в которой запасаются ионы Ca).
В саркоплазме повышается концентрация ионов Ca - замыкаются мостики между актином и миозином, однако разомкнуться они уже не могут, в связи с чем наблюдается стойкая мышечная контрактура (лат. contractura - стягивание, сужение): конечности очень сложно разогнуть или согнуть.
Вернемся к скелетным мышцам. Имеется еще ряд важных моментов, о которых нужно знать.
В процесс возбуждения вовлекается изолированно один миосимпласт, соседние миосимпласты (волокна) не возбуждают друг друга, в отличие от гладких миоцитов, где возбуждение предается между соседними клетками через нексусы. Скелетные мышцы сокращаются быстро и быстро утомляются (у гладких мышц фазы сокращения и расслабления растянуты во времени, мало утомляются) .
Скелетные мышцы сокращаются произвольно: они подконтрольны нашему сознанию. К примеру, по желанию мы можем изменить скорость движения руки, темп бега, силу прыжка. Мышцы покрыты фасцией, крепятся к костям сухожилиями, и, сокращаясь, приводят в движение суставы.
Сердечная поперечнополосатая мышечная ткань
Сердечная мышечная ткань состоит из кардиомиоцитов - одиночных клеток, имеющих поперечную исчерченность. Соединяясь друг с другом, кардиомиоциты образуют функциональные волокна.
Этот тип мышечной ткани удивительным образом сочетает свойства двух предыдущих, изученных нами, тканей (возбудимость, сократимость) и имеет одно новое уникальное свойство - автоматизм.
Автоматизм - способность сердечной мышечной ткани возбуждаться и сокращаться самопроизвольно, без влияний извне. Это легко можно подтвердить, наблюдая сокращения изолированного сердца лягушки в физиологическом растворе: сокращения сердца в нем будут продолжаться несколько десятков минут после отделения сердца от организма.
Места контактов соседних кардиомиоцитов - вставочные диски (в их составе находятся нексусы), благодаря которым возбуждение одной клетки передается на соседние, таким образом волнообразно охватываются возбуждением и сокращаются новые участки миокарда.
Большое число контактов между кардиомиоцитами обеспечивает высокую эффективность и надежность проведения возбуждения по миокарду. Сокращается эта ткань непроизвольно, не утомляется.
На рисунке или микропрепарате узнать данную ткань можно по центральному положению ядер в клетках, поперечной исчерченности, наличию вставочных дисков и анастомозов (греч. anastomosis - отверстие) - мест соединений боковых поверхностей функциональных волокон (кардиомиоцитов).
В норме возбуждение проводится по проводящей системе сердца от предсердий к желудочкам (однонаправленно). Участок сердечной мышцы, в котором генерируются импульсы, определяющие частоту сердечных сокращений - водитель сердечного ритма.
Автоматизм возможен благодаря наличию в миокарде особых пейсмекерных (англ. pacemaker - задающий ритм) клеток, которые также называют водителями ритма. Они спонтанно генерируют нервные импульсы, которые охватывают весь миокард, в результате чего осуществляется сокращение. Именно благодаря водителям ритма сердце лягушки продолжает биться, будучи полностью отделенным от тела.
Ответ мышц на физическую нагрузку
Физические нагрузки приводят к гипертрофии мышц (от др.-греч. ὑπερ- чрез, слишком + τροφή - еда, пища) - в них увеличивается количество мышечных волокон, объем мышечной массы нарастает.
В условиях гиподинамии (от греч. ὑπό - под и δύνᾰμις - сила), то есть пониженной активности, мышцы уменьшаются вплоть до полной атрофии (греч. а – "не" + trophe – питание). В худшем случае волокна мышечной ткани перерождаются в соединительную ткань, после чего пациент становится обездвиженным.
Необходимо отметить, что сердечная мышечная ткань также дает ответную реакцию на чрезмерную нагрузку: сердце увеличивается в размере, нарастает масса миокарда. Причиной могут быть генетические заболевания, повышенное артериальное давление. Гипертрофия сердца - состояние, требующее вмешательства врача и наблюдения за пациентом.
В большинстве случае гипертрофия сердца обратима, а у спортсменов наблюдается так называемая физиологическая гипертрофия (вариант нормы).
Происхождение мышц
Мышцы развиваются из среднего зародышевого листка - мезодермы.
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Читайте также: