РОЛЬ СТРУКТУРИ САРКОМЕРУ В СИНХРОНІЗАЦІЇ РОБОТИ ПОПЕРЕЧНИХ МІСТКІВ: ТЕОРЕТИЧНИЙ АНАЛІЗ СХІДЧАСТИХ ЗМІН ДОВЖИНИ У ПРОСТОРОВО РОЗПОДІЛЕНІЙ СТОХАСТИЧНІЙ МОДЕЛІ
Анотація
Низка фізіологічних властивостей м’яза реалізується завдяки взаємозв’язку структури та функції. Однак багато аспектів цих взаємовідносин залишаються нез’ясованими. Приклад такого зв’язку – це стрибкоподібні зміни довжини саркомерів. У рамках просторово розподіленої стохастичної моделі півсаркомеру були відтворені стрибкоподібні зміни його довжини в ізотонічному режимі. Статистика сходинок у траєкторії зміни довжини, яка була отримана в моделі, подібна до такої, що спостерігається в експерименті. Проаналізовано молекулярний механізм формування сходинок. Сходинки, що спостерігаються у траєкторії, є проявом синхронної роботи поперечних містків півсаркомеру. В основі механізму, що синхронізує роботу окремих поперечних містків, лежать обмеження, які накладає структура ґратки півсаркомеру на взаємодію міозину з актином. Ключове обмеження стосується взаємних відстаней між поперечними містками та зв’язувальними центрами на актині. У дискретній ґратці, де поперечні містки та зв’язувальні центри розташовані періодично, ця відстань також буде дискретною величиною. Завдяки залежності кінетики від деформації всі містки півсаркомеру поділяють на низку дискретних груп із різними хімічними властивостями. Ще одна необхідна умова для виникнення синхронізації – нелінійність залежних від деформації констант швидкості переходів у механохімічному циклі, що сполучені з виконанням робочого ходу поперечного містка. Кількісно показано зв’язок параметрів стрибкоподібного руху з параметрами ґратки півсаркомеру, а саме, періодичністю розташування поперечних містків і зв’язувальних центрів на товстих і тонких філаментах, відповідно.
Повний текст:
PDFПосилання
Myshchenko A. M., Bespalova S. V. Prostranstvenno raspredelennaia model polusarkomera s elastychnym aktynom y myozynom: zavysymost skorost – syla // Fyzyka zhyvoho. 2008. T. 2. S. 38–57.
Daniel T., Trimble A., Chase P. Compliant realignment of binding sites in muscle: transient behavior and mechanical tuning // Biophys. J. 1998. Vol. 4. P. 1611–1621. https://doi.org/10.1016/S0006-3495(98)77875-0
Duke T. Molecular model of muscle contraction // Proc Natl Acad Sci USA. 1999. Vol. 6. P. 2770–2775. https://doi.org/10.1073/pnas.96.6.2770
Getz E., Cooke R., Lehman S. Phase transition in force during ramp stretches of skeletal muscle // Biophys J. 1998. Vol. 6. P. 2971–2983. https://doi.org/10.1016/S0006-3495(98)77738-0
Little M., Steel B., Bai F. et al. Steps and bumps: precision extraction of discrete states of molecular machines // Biophys. J. 2011. Vol. 2. P. 477–485. https://doi.org/10.1016/j.bpj.2011.05.070
Liu X., Pollack G. Stepwise sliding of single actin and Myosin filaments // Biophys. J. 2004. Vol. 1. Pt 1. P. 353-8. https://doi.org/10.1016/S0006-3495(04)74111-9
Nagornyak E., Pollack G., Blyakhman F. Step size in activated rabbit sarcomers is independent of filament overlap // J. Mech. Med. Biol. 2004. Vol. 04. P. 485–498. https://doi.org/10.1142/S0219519404001181
Pollack G., Blyakhman F., Liu X., Nagomyak E. Sarcomere Dynamics, Stepwise Shortening and the Nature of Contraction // Sliding Filament Mechanism in Muscle Contraction: Fifty Years of Research. Boston, MA. Springer US. 2005. P. 113–126. https://doi.org/10.1007/0-387-24990-7_9
Smith D., Mijailovich S. M. Toward a unified theory of muscle contraction. II: predictions with the mean-field approximation // Ann. Biomed. Eng. 2008. Vol. 8. P. 1353–1371. https://doi.org/10.1007/s10439-008-9514-z
Yakovenko O., Blyakhman F., Pollack G. Fundamental step size in single cardiac and skeletal sarcomeres // Am J Physiol Cell Physiol. 2002. Vol. 3. P. C735–42. https://doi.org/10.1152/ajpcell.00069.2002
DOI: http://dx.doi.org/10.30970/vlubs.2017.76.01
Посилання
- Поки немає зовнішніх посилань.
