Ученые опровергли общепринятые представления о работе мышц

Мышцы – органы тела животных и человека, состоящие из упругой, эластичной мышечной ткани, способной сокращаться под влиянием нервных импульсов. Основой мышц является мышечное волокно, представляющее собой многоядерную клетку, диаметром от 10 до 100 микрометров (мкм), внутри которой располагаются миофибриллы. Это нитевидные образования, состоящие из тонких актиновых и толстых миозиновых нитей.

Актин – сократительный белок. В физиологических условиях, в присутствии АТФ (универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах) и ионов магния, актин становится полимером и образует длинные волокна, состоящие из двух спирально закрученных цепочек молекул, которые соединяясь с другими белками, приобретают способность сокращаться.

Миозин – основной мышечный белок, содержание его в мышцах достигает 60 %. Молекулы состоят из двух цепочек, в каждой из которых содержится более 2000 аминокислот.

Вместе актин и миозин создают актомиозин – белковый комплекс – волокна, находящиеся в определённом порядке: тонкая актиновая и толстая миозиновая нити располагаются параллельно таким образом, что каждая тонкая нить окружена тремя толстыми, а каждая толстая нить — шестью тонкими. В процессе сокращения нити актина проникают глубоко в промежутки между нитями миозина, причём длина обеих структур не меняется, а лишь сокращается общая длина актомиозинового комплекса — такой способ сокращения мышц называется скользящим. До сих пор считалось, что вся сила мышц зависит только от твердости взаимосвязи актомиозина и силы продольных сокращений.

Но в недавней статье, опубликованной в журнале Proceedings of the Royal Society B (http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/280/1766/20130697.full?sid=a7b4a6b3-7b7f-4dc6-acbe-4c3fd596f33d), группа ученых из университета штата Вашингтон в Сиэтле (США) под руководством Дэвида Уильямса заявила, что лишь половина силы мышц возникает в результате их продольных сокращений. Оставшаяся половина приходятся на изменения их формы по другим осям, что ставит под сомнение современные теории о работе мышц.

“В последние 50 лет мы привыкли думать, что все 100% силы мускулов возникают в результате их продольных сокращений и сцепления нитей миозина и актина. Когда нам удалось отделить их действие от других факторов во время сокращений, мы обнаружили, что эти белки отвечают лишь за половину силы, которую вырабатывают мускулы”, — заявил глава группы исследователей.

Ученые построили трехмерную компьютерную модель сердечной мышцы. При создании они учитывали, как устроен и работает актомиозин в клетках сердца. Во время сокращений виртуальных "мускулов" ученые анализировали, как менялась их геометрия, и какой вклад в их силу вносили различные компоненты мышцы.

Получившаяся модель достаточно точно описывала отношение между силой мышцы и ее сокращениями. Тем не менее, ученые обнаружили, что значительная часть силы зависела от изменений в форме сетки из актиновых и миозиновых нитей, расположенных не вдоль оси сокращения, а вытянутых по всем другим направлениям. Тогда исследователи отключили эти цепочки, что привело к уменьшению силы сердечной мышцы вдвое.

Обнаружив это, группа провела еще один эксперимент. Ученые извлекли из крыльев бабочки мускулы, структура и работа которых очень похожа на сердечную мышцу человека. Вызывая в них сокращения при помощи тока, биологи изучили их структуру, применяя метод рентгеновской кристаллографии. Это подтвердило результаты моделирования, что привело исследователей к выводу о том, что общепринятые представления о работе мышц следует пересмотреть.

Читайте другие материалы журнала «Международная жизнь» на нашем канале Яндекс.Дзен.

Подписывайтесь на наш Telegram – канал: https://t.me/interaffairs