Задачи молекулярной механики мышечного сокращения

• Автор: Метальникова, Надежда Алексеевна
• Шифр специальности: 01.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Строение поперечно-полосатых мышц
1.2. Современные представления о молекулярных механизмах сокращения поперечно-полосатых мышц и его регуляции
1.3. Механические свойства белковых компонент саркомера
1.3.1. Механические свойства нитей актина и миозина
1.3.2. Механичнские свойства титина
1.3.3. Механические свойства тропомиозина
1.3.4. Факторы, влияющие на расстояние между актиновыми и миозиновыми нитями
1.4. Особенность кальциевой регуляции сердечной и скелетной мышцы
1.5. Математические модели мышечного сокращения и кальциевой активации сокращения поперечно-полосатых мышц
1.5.1. Учет деформируемости белковых нитей в кинетических моделях мышечного сокращения
1.5.2. Кинетические модели кальциевой активации сокращения поперечно-полосатых мышц
1.5.3. Модели регуляции, рассматривающие тропомиозин как упругий стержень
ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ КРУЧЕНИЯ АКТИНА
Глава 2. Таблица обозначений
2.1. Постановка задачи
2.2. Установившееся сокращение и мгновенно-упругая реакция
2.3. Процесс релаксации
2.3.1. Оценка параметров

2.3.2. Моделирование процесса релаксации
2.4. Заключение
ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ КАЛЬЦИЕВОЙ РЕГУЛЯЦИИ
Глава 3. Таблица обозначений
3.1. Модель механики тропомиозинового тяжа
3.2. Вычисление энергий тропомиозиновой цепи
3.3. Граничные условия, корректировочная функция
3.4. Математическая модель Са-регуляции тропонинового комплекса
3.5. Метод Монте-Карло
3.6. Оценка параметров
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ АКТИВАЦИИ ТОНКИХ НИТЕЙ
4.1. Кальциевая активация при отсутствии миозиновых головок.
4.2. Влияние миозиновых головок
4.3. Влияния параметров модели характер кальциевой активации
4.4. Заключение
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Исследование механизма мышечного сокращения является одной из актуальных и важных проблем современной биомеханики. Мышцы представляют собой специализированные органы, способные генерировать активные механические усилия и совершать значительную работу. Большую часть объема мышечной клетки занимают миофибриллы -цилиндрические структуры, образованные одинаковыми повторяющимися элементами - саркомерами. Саркомер ограничен с двух сторон плотными Z-дисками. К этим дискам с обеих сторон крепятся тонкие актиновые нити. В середине саркомера располагаются толстые нити, построенные преимущественно из другого сократительного белка, миозина. Укорочение происходит в результате перемещения (скольжения) нитей друг относительно друга (Н.Е. Huxley, J. Hanson, 1954; A.F. Huxley, R. Niedergerke, 1954; A.F. Huxley, 1957; H.E. Huxley 1969; A.F. Huxley, R.M. Simmons, 1971). Вследствие такого скольжения уменьшается длина каждого саркомера и всей мышцы в целом. Перемещение нитей друг относительно друга происходит за счет циклического замыкания и размыкания контактов между нитями актина и миозина. Эти контакты формируются головками миозина, которые расщепляют АТФ и преобразуют освободившуюся химическую энергию в механическую, генерируя тянущее усилие и совершая работу. Миозиновые головки тянут нити актина к центру саркомера, что приводит к сокращению мышцы.
Более поздние эксперименты показали, что нити актина и миозина растяжимы (Н.Е. Huxley и др., 1994; К. Wakabayashi и др., 1994). Более того, оказалось, что, кроме растяжения актиновых нитей, происходит и изменение угла закрутки актиновой спирали (J. Bordas и др., 1999; А.К. Цатурян и др., 2005). Такие изменения угла составляют доли градуса на каждый мономер актина. Однако, поскольку их число в нити велико - 360-370 штук, то даже малые изменения угла спирали могут привести к большим поворотам конца

140 -,
2 25 2.15 2 05 1 95 1

Calcium 0 Рис. 1.9. Закон Франка-Старлинга. Зависимость активной силы от концентрации кальция, при различных длинах саркомера (Hibberd и Jewell, 1982).
Соответствующие кривые достаточно хорошо описываются уравнением Хилла:
где .Р - развиваемое мышцей активное напряжение, Ро - его максимальное значение при насыщающей концентрации ионов кальция, обозначенной [Са2+], [Са2+]50 - концентрация ионов кальция, при которой активное напряжение равно половине максимального, ап- постоянная, называемая коэффициентом Хилла или коэффициентом кооперативности.
То, что мышечные волокна развивают различную максимальную силу в зависимости от длины саркомеров, характерно для всех поперечнополосатых мышц, а не только для миокарда. Простейшее объяснение состоит в том, что при уменьшении длины саркомеров менее 2 мкм образуется двойное перекрытие актиновых нитей, выходящих из двух противоположных Ъ-
(1.1)