BIOCHIMIA MUSCHILOR

BIOCHIMIA MUSCHILOR

Muschii au ca principala functie conversia energiei chimice in lucru mecanic.

Sursa de energie o reprezinta ATP , produs prin metabolizarea (mai ales oxidarea) substantelor la nivelul tesutului muscular.

ENZIMELE MUSCHIULUI

Muschii care realizeaza o activitate intensa in timp scurt (muschi necesari efectuarii unor operatii fizice rapide, forte) isi acopera necesitatile energetice prin glicoliza anaeroba , in special.

Muschiul scheletic respectiv contine enzimele necesare acestui proces care reprezinta cca 50% din proteinele solubile ale acestui tesut.

Muschiul miocardic (muschi cu activitate permanenta) se bazeaza pe metabolism aerobic in cadrul caruia sunt metabolizate mai ales lipide , aceste tesuturi bogate in mitocondrii prezinta enzime ale lantului respirator. Inafara de acestea mai contin si transportori particulari de oxigen (mioglobina), care fixeaza ca si hemoglobina reversibil oxigenul molecular, dar care prezinta fata de O₂ o afinitate mai mare.

Fosfati macroenergetici = ATP = este substanta de actiune a muschiului, scindarea sa heterolitica elibereaza energia necesara contractiei.

Creatinfosfatul, care se afla in echilibru cu ATP , reprezinta o rezerva energetica, ce poate fi utilizata rapid si in orice conditii pentru regenerarea ATP.

REACTIA CHIMICA

Acest sistem prezinta avantaje comparativ cu depozitarea unei cantitati mari de

ATP prin faptul ca prin scindarea sa nu se poate produce un raport ATP/ADP nefavorabil ce ar reduce randamentul ATP.

GRAFIC

Se poate utiliza si energia eliberata de ADP.

REACTIE CHIMICA

Ca urmare a acestui echilibru apar in concentratii asemanatoare (apropiate) toti cei trei ATP, ADP, AMP.

Proteinele contractile ale fibrelor musculare

Fibrele muschilor contin pe langa proteine structurale insolubile si unele substante proteice solubile si fibrilare care participa activ in procesul contractiei , este vorba de Miozina, Actina, Tropomiozina.

Miozina

n  proteina solubila, de tip globulina

n  spectrul de difractie Rontgen o incadreaza in proteinele fibrilare de tip

alfa keratinic, dupa principiul structural al alfa-helixului, cu u = 600.000

In conditii de degradare blanda poate fi scindata in L-meromiozina (u= 120.000) si H-meromiozina (u=320.000).

Poseda proprietati enzimatice in procesul ATP-aza,; reactia este puternic activata de prezenta Ca²⁺ si echilibrata de Mg²⁺.

Actina

n  este mai putin solubila decat miozina

n  apare sub doua forme G actina - globulara

n  u = 70.000 ca monomer, u = 140.000 ca dimer

n  G - actina + adaos saruri trece in F - actina polimerizata, proteina fibrilara cu u mare

Actina si miozina se pot combina in solutie foarte usor generand actomiozina (in anumite conditii se poate izola din muschi si direct ca actomiozina naturala).

Aceasta proteina compusa prezinta o activitate ATP-azica foarte pronuntata, activata de Ca²⁺ si Mg²⁺.

Tropomiozina

n  formeaza solutii vascoase, continand particule polimerice

n  u = 50.000 - 150.000 (functie de specie)

n  molecula puternic asimetrica

n  participa la formarea miofibrelor, in special in muschii netezi.

Structura electroscopica a celulei musculare

In musculatura striata organitele celulare obisnuite sunt deplasate spre marginea (exteriorul) celulei. Celula este plina de miofibrile care dau nastere aspectului striat.

Studiile efectuate evidentiaza prezenta unor molecule fibrilare groase, posibil de miozina. In spatiul dintre aceste molecule fibrilare exista filamente subtiri formate din actina si tropomiozina. Cercetarile efectuate A.F.Huxley au demonstrat lunecarea acestor filamente in timpul contractiei printre fibrele de miozina.

Studiul contractiei musculare efectuate pe model

Din proteinele izolate (miozina si actina) pot fi produse fibre, sau muschiul poate fi eliberat prin extractie cu glicerina de substantele solubile, asa incat sa ramana doar proteinele contractile. Ambele modele experimentale prezinta proprietatea de a se contracta in prezenta ATP - argument esential pentru interactia ATP cu proteinele contractile. Ca urmare a contractiei rezulta travaliu (lucru mecanic).

Observatiile efectuate stipuleaza ca in timpul contractiilor nu se modifica structura secundara a proteinelor, alfa helixul ramanand elementul predominant. Fenomenul a fost observat de Weber si colaboratorii si in vivo.

ATP nu prezinta importanta doar in fenomenul contractiei ci si in perioada de relaxare, influentand proprietatile elastice ale muschiului, care devine astfel extensibil.

Actiunea de plasticizare (inmuierea) poate fi net diferentiata de efectul contractil, aceasta se datoreaza interventiei pirofosfatului si a diferitilor nucleozidtrifosfati. Plasticizarea isi are explicatia in faptul ca interactiunea actina-miozina slabeste ca intensitate; asocierea acto-miozina disociind in componentele sale.

Teoriile care au incercat sa explice contractia musculara au ca punct comun faptul ca filamentele de actina si miozina interactioneaza (se imbuca) telescopic in momentul scurtarii fibrei, proces insotit de scindarea ATP.

Concentratia Ca²⁺ insuficienta inhiba actiunea ATP-azica a actomiozinei.

Prezenta Ca²⁺ duce la excitare si la scindarea ATP care se desfasoara intr-o stransa interactiune a filamentelor de miozina si actina, fapt recunoscut prin incetarea extensibilitatii muschiului.

Lanturile laterale ale moleculelor proteice reactioneaza intre ele prin influenta ATP. In acest moment sistemul filamentar dezvolta forte mecanice, iar muschiul se scurteaza prin mecanismul telescopic al fasciculelor filamentare.

Sfarsitul contractiei si relaxarea consecutiva devine posibila prin interventia factorului de relaxare , (granule de dimensiuni mici cu diametru 700 - 1000 A⁰ )ce contin un sistem enzimatic necesar transportului activ de Ca²⁺ , pentru transportul in spatiul intracelular este nevoie de 1 mol ATP. Rigiditatea cadaverica este determinata de lipsa acestui factor si deci nu mai face posibila desfacerea legaturilor miozina-actina.

Biochimia conducerii nervoase

Sistemul nervos serveste in esenta pentru conducerea excitatiilor, aici se include si transmisia excitatiilor la nivelul sinapselor si terminatiilor nervoase, de ex. Prin placa neuromotorie.

Transmiterea stimulilor se realizeaza pe cale chimica, prin eliberarea unor substante de actiune-mediatori, care pot fi puse in evidenta la nivelul sinapselor si al terminatiilor nervoase.

In functie de mediatori deosebim : mediatori ADRENERGICI si mediatori COLINERGICI.

Fibrele adrenergice (sinaptice postganglionare) pun in libertate NORADRENALINA (arterenol), primul hormon izolat in stare pura.

Reactie chimica

Noradrenalina - are rolul de "substanta acceleratoare"

La nivelul placilor neuromotorii, ca si la majoritatea celorlalte sinapse (preganglionare de orice tip si postganglionare parasimpatice) este eliberata de ACETILCOLINA, acest mediator este scindat enzimatic (acetilcolinesteraza) , asa incat actiunea ei inceteaza rapid.

Elementele conductoare ale sistemului nervos sunt constituite din fibre nervoase lungi, inconjurate de teci mielinice relativ groase, intrerupte prin inciziunile Ranvier = genereaza o conducere saltatorie.

Teaca de mielina - membrana cu tripla stratificatie (proteine -lipide -proteine); dispunerea acestora rasucita in jurul axonului determina realizarea contactului dintre doua straturi de proteine.

Stratul lipidic format din fosfatide, colesterol confera tecii proprietati izolatoare.

Potentiale bioelectrice ale nervului

In stare de repaus, in interiorul fibrei nervoase, citoplasma prezinta un potential de 60 mV fata de lichidul intercelular. Acest potential se realizeaza printr-o repartitie ionica corespunzatoare (Na⁺ inter. C. mic, iar (Na⁺ ) exter. Mare.

In interiorul celulei predomina K⁺, Cl^- . In aceasta repartitie exista un dezechilibru tipic, a carui mentinere necesita un aport continuu de energie : Na⁺ care patrund in fibra tb. Transportati continuu afara printr-un proces activ (pompa de Na⁺ ) pusa in miscare de ATP.

Acest fenomen este o caracteristica importanta, dar nu constituie inca o explicatie biologica, componenta chimica a transportului activ mai asteapta inca solutii.

Excitatia nervoasa duce la o modificare a permeabilitatii : Na⁺ patrund in fibra in mod pasiv , ca o consecinta a gradientului de concentratie, iar polarizarea se inverseaza, spatiul intern devine pozitiv si K⁺ ies in afara. Cresterea permeabilitatii dureaza numai cateva milisecunde, dupa care se restabileste vechea stare greu permeabila a membranei, Na⁺ se raspandesc, difuzeaza si apoi sunt transportati in afara, iar potentialul se restabileste.

Prin socul tensional al potentialului de actiune se realizeaza, intr-o zona invecinata o scadere a P.A. , incat se ajunge la excitatie si reproducerea acelorasi migratii ionice, patrunderea Na⁺ si iesirea K⁺ , incat si aceasta zona se excita, s.a.m.d. de-a lungul nervului.

Cauza excitatiei = modificarea permeabilitatii conform teoriei ionice.

= sustinatorii acestor teorii spun ca modificarea

permeabilitatii se datoreaza acetilcolinei.

Modificarea conformatiei sterice a proteinelor membranare- acestea devin permeabile pentru Na⁺ .  Aceasta modificare nu este insa permanenta, imediat ce acetilcolina este scindata de catre colinesteraza in acetat si colina, proteina revine la conformatia initiala si permeabilitatea scade f.f.mult (inceteaza).

Procesele se reiau cu rapiditate f. mare (1 milisec.)datorita actiunii f. rapide a acetilcolinei; raportul de transformare = 18.000.000 , ceea ce inseamna: fiecare molecula enzimatica poate scinda in 1 milisec. - 300 molecule de mediator.

Restabilirea starii initiale consta in indepartarea Na⁺ prin pompa de sodiu, resinteza acetilcolinei din colina si acetil coenzima A (aceasta provine din procesele metabolice, fie din activarea intermediara a acidului acetic cu ATP).