Механизмы сверхбыстрого сокращения мышц плавательного пузыря рыбы-жабы Opsanus Tau

• Автор: Климов, Андрей Алексеевич
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 100 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ Список использованных сокращений ВВЕДЕНИЕ

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Конструкция локомоторных мышц и мышц плавательного пузыря

рыбыжабы

2. Механические параметры мышц различных типов

3. Представления о регуляции скорости мышечного сокращения

4. Методы исследований

ВЫВОДЫ ИЗ ОБЗОРА ЛИТЕРАТУРЫ ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Глава 1. МАТЕРИАЛЫ

1.1. Растворы

1.1.1. Раствор Рингера для рыб 1.1.2. Деполяризующий раствор

1.1.3. Скинирующие растворы для перфорирования мембран волокон
1.1.4. Релаксирующий раствор для дезактивации волокон в экспериментах по измерению скорости работы АТФазы
1.1.5. Предактивирующий раствор для замены ЭГТА на НДТА в волокнах в экспериментах по измерению скорости работы АТФазы
1.1.6. Активирующие растворы с заданными концентрациями Са для экспериментов по измерению скорости работы АТФазы
1.1.7. Приготовление эквимолярных растворов КгЭГТА и СаЭГТА и растворов с заданным рСа
1.1.8. Растворы для экспериментов по измерению скорости работы кальциевых насосов саркоплазматического ретикулума
1.2. Объекты исследования Глава 2. МЕТОДЫ
2.1. Подготовка мышечных волокон к исследованию
2.1.1. Подготовка интактных мышечных волокон.
2.1.2. Приготовление скинированных волокон мышцы
2.1.3. Закрепление концов скинированных волокон
2.1.4. Перенос скинированных волокон в кювету для измерений
2.2. Исследовательские установки
2.2.1. Кювета для скинированных волокон с регулированием
температуры, подачей и перемешиванием растворов
2.2.2. Установки для экспериментов на скинированных волокнах
2.3. Методы измерений
2.3.1. Измерение скорости гидролиза АТФ
2.3.2. Измерение использования АТФ миозиновыми мостиками
АТФазы мостиков
2.3.3. Измерение механических свойств интактных мышц
2.4. Использованные программы и статистическая обработка результатов
III. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ НА СКИНИРОВАННЫХ
ВОЛОКНАХ
Глава 3. ИЗМЕРЕНИЕ АТФазной АКТИВНОСТИ ВОЛОКОН МЫШЦ ПЛАВАТЕЛЬНОГО ПУЗЫРЯ РЫБЫЖАБЫ
3.1. Стратегии для определения соотношений использования АТФ между
кальциевыми насосами саркоплазматического ретикулума и
миозиновыми мостиками
3.2. Скорость работы АТФазы Са насосов и миозиновых мостиков
в скинированных волокнах плавательного пузыря
Глава 4. ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МЫШЦ
РЫБЫЖАБЫ
4.1. Измерения жесткости в активных скинированных волокнах и вычисление
доли присоединенных миозиновых мостиков.
4.2. Скорость развития силы кку и скорость повторного развития силы кге1сус1ор
4.3. Вычисления кинетики миозинового мостика. Глава 5. ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ КАЛЬЦИЕВЫХ НАСОСОВ
САРКОПЛАЗМАТИЧЕСКОГО РЕТИКУЛУМА В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ В СКИНИРОВАННЫХ МЫШЕЧНЫХ ВОЛОКНАХ
5.1. Разработка установки и методов для измерения потоков Са из окружающего
раствора в волокно и обратно
5.2. Скорость работы кальциевых насосов саркоплазматического ретикулума
Глава 6. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ, ПОЛУЧЕННЫХ НА
СКИЦИРОВАННЫХ ВОЛОКНАХ
6.1. Высокая скорость одиночного сокращения при низких энергетических затратах.
Сравнение с литературными данными
6.2. Распределения использования энергии во время сокращения между
кальциевыми насосами саркоплазматического ретикулума и миозиновыми мостиками
6.3. Функция кальциевых насосов саркоплазматического ретикулума в мышцах
IV. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ И КИНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТРЕХ ТИПОВ
ИНТАКТНЫХ И СКИНИРОВАННЫХ МЫШЕЧНЫХ ВОЛОКОН РЫБЫЖАБЫ
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ВЫВОДЫ
БЛАГОДАРНОСТИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение 1. Код программы и Iivi.x
Приложение 2. Спектры поглощения 2 и i2
Приложение 3 Обложка журнала i с изображением
рыбы жабы и нашими графиками
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ
АМмостик актомиозиновый мостик
9 АДФ аденозин 5дифосфат
АТФ аденозин 5трифосфат
АТФаза адснозинтрифосфатаза
А2Р5 Р,Р5диаденозин5пентафосфат, ингибитор миокиназной активности
НАД никотинамид, окисленная форма где аден и нд и нуклеотид
НАДН никотинамид, восстановленная форма
Н у
НАДНАДН
НДТА гексаметилендиаминтетрауксусная кислота
НСРСа кальциевые насосы саркоплазматичсского ретикулума
СБСМ сверхбыстрое сокращение мышц
СР саркоплазматический ретикулум
ЭГТАэтиленгликольбисРаминоэтиловын эфиртетрауксусная кислота
ii i
2 I для Са2 5 нМ и 4 нМ в отсутствие и в присутствии 1 мМ 2 i2 К4 для Са2 0 нМ и5 нМ в отсутствие и в присутствии 1 мМ 2 Измерено при С в растворе 0 мМ КС1, мМ , 7.0. См. Приложение 2.
II i , дегидрогеназа молочной кислоты
i .
фосфоенолпировиноградная кислота ССНСН2Н2Р
v i, пировинограднокислая киназа, пируват киназа рСа , где Са концентрация свободных ионов кальция Мл
2,5i 1 1,4i
ix2ii i, буфер
Мы, наши Ларри Ром постановка задач, гранты, основы методов, статьи Андрей Климов создание установок, разработка методов, программ, выделение мышц, проведение экспериментов, обработка результатов, помощь в написании статей.
ВВЕДЕНИЕ


Изучение мышцы и механизма сокращения мышечных волокон важное направление в биологических и физических исследованиях. Мышцы различных животных позволяли экспериментаторам наблюдать механические реакции на различные воздействия, используя относительно простую аппаратуру, уже тогда, когда остальные части тел животных были немыми, слишком трудными для исследования. Так, известно, что исследования электрического тока начались после того, как случайное открытие Гальвани конвульсий лягушачьей лапки, подвешенной между разными металлами, привело Вольта в конце столетия к построению Вольтовой батареи Эйнштейн и Инфельд, . Поэтому следует ожидать, что появление нового объекта для мышечных исследований может дать новые возможности в изучении других биологических тканей. Например, чрезвычайно высокая концентрация насосов саркоплазматического ретикулума СР в изученных нами мышцах плавательного пузыря рыбыжабы i i позволяет использовать прямые методы для изучения СР без его выделения из клеток и сопряженного с этим повреждения. Изучение механизма сверхбыстрого сокращения мышц СБСМ плавательного пузыря рыбыжабы сравнительно новый раздел современных мышечных исследований. Университете Пенсильвании, США или в сотрудничестве с его лабораторией. Герц, например, полетные мышцы комара и других насекомых. Однако для большинства позвоночных животных предельная частота сокращения с полным расслаблением между последовательными сокращениями ограничивается Гц. Когда были обнаружены мышцы погремушки гремучей змеи, а также мышцы плавательного пузыря рыбыжабы и рыбы ii, способные сокращаться с частотами выше 0 Гц и при этом полностью расслабляться между отдельными твитчами, то оказалось, что имеющиеся представления о механизмах регуляции сокращения не способны объяснить наблюдаемый феномен. Эти мышцы позволяют рыбесамцу издавать звуки гудеть на частоте выше 0 Герц, призывая самку. Замечу, что самки тоже могут гудеть, но делают это намного реже. Сверхбыстрое потребление энергии мышцами происходит в высокочастотных движениях типа звукообразования и визуального слежения. Мышцы этого класса обычно генерируют низкие силы. Существуют различные модели, описывающие мышечное сокращение Дещеревский В. И., . М с актином А с образованием актомиозина в упрощенном виде м а ма. В прямом направлении реакция описывается так называемой константой скорости замыкания мостиков, а в обратном направлении реакция идет со скоростью, описываемой константой скорости размыкания мостиков. В наших экспериментах в волокнах мышц плавательного пузыря развивалась в раз большая скорость разъединения АМмостиков по сравнению с быстро сокращающимися локомоторными волокнами белых мышц, предназначенными для движения тела, при этом скорость прикрепления миозиновых мостиков оставалась неизменной. Такая кинетика приводит к тому, что пул присоединенных к актину миозиновых мостиков в течение сокращения сверхбыстрых волокон невелик их в 6 раз меньше, чем в локомоторных волокнах и, таким образом, они развивают низкую силу. Это отличие констант прикрепления миозиновых мостиков к актину и их размыкания по сравнению с обычными мышцами, вероятно, является общим механизмом, который обеспечивает выбор между силой и скоростью для всех сверхбыстрых мышечных волокон. Считается, что скорость использования энергии изометрически сокращающейся мышцей пропорциональна скорости ее одиночного сокращения. Было найдено, что как в медленных, так и в быстрых мышцах от до полной энергии используется Са насосами саркоплазматического ретикулума НСРСа и остаточная часть миозиновыми мостиками. Мы исследовали энергетические затраты НСРСа в самой быстрой, из известных у позвоночных, мышце плавательного пузыря рыбыжабы в сравнении с затратами в других мышцах, а также скорость использования энергии, ожидаемую сверхвысокой. К нашему удивлению, несмотря на сверхбыстрое сокращение, скорость использования АТФ мышцами плавательного пузыря оказалась не выше, чем та, которая обнаружена в намного более медленных локомоторных мышцах земноводных.