Bộ đếm web cho blog miễn phí

Trang chủ www.docsachysinh.com

Ebook online

SINH LÝ TẾ BÀO CƠ

Phùng Trung Hùng - Nguyễn Phước Long - Nguyễn Thị Huyền Trang

Giới thiệu

Hiện tại, sự hiểu biết về các sự kiện phân tử trong quá trình co cơ cơ bản được thể hiện trong mô hình sợi trượt. Mô hình này được áp dụng cho cơ trơn, cơ vân, cơ tim, và các hoạt động co thắt khác, bao gồm các sự kiện hoá-cơ học (mechanochemical) như vận động tế bào và sự nhập bào của thụ thể (receptor endocytosis). Các hoạt động hóa sinh này được hiểu rõ nhất ở cơ vân, bài viết này tập trung vào cơ vân (chú ý, nó cũng thích hợp hoặc khác biệt ở những loại cơ khác). Các đặc điểm sinh hóa phân biệt phản ứng tế bào nhanh và chậm trong mô cơ và là cơ sở sinh hóa của một số trạng thái sinh lý bệnh phổ biến của cơ bắp, bao gồm cả cơn uốn ván, mệt mỏi, và tình trạng co cơ tạm thời sau tử vong (rigor mortis).

Cơ vân chiếm khoảng 40% khối lượng của cơ thể người bình thường và được hình thành từ các tế bào đa nhân, hình trụ dài được gọi là các sợi cơ. Sợi cơ vân chia thành hai loại, co rút chậm (loại I) và co rút nhanh (loại II). Loại sợi II được chia thành loại sợi IIa và IIb. Loại sợi IIa là sợi trung gian co rút nhanh và có thể sử dụng cả hai quá trình trao đổi chất hiếu khí và kỵ khí cho việc sản xuất ATP. Loại sợi IIb là sợi co rút nhanh cổ điển. Các sợi cơ co rút chậm chủ yếu sử dụng quá trình oxy hóa axit béo và chứa một lượng ty thể và mức myoglobin cao. Hai  yếu tố này là lý do khiến sợi co rút chậm có màu đỏ. Sợi co rút nhanh chủ yếu sử dụng quá trình oxy hóa glucose thành pyruvate để sản xuất ATP, chứa ít ty thể và myoglobin hơn sợi co giật chậm và do đó, các sợi này có màu trắng. Vì sợi co rút chậm oxy hóa acid béo nên được gọi là sợi oxy hóa trong khi đó, sợi co rút nhanh sử dụng glucose được gọi là sợi glycolytic. Sợi co rút chậm có khả năng co bóp mở rộng liên tục, do đó chúng không nhanh mỏi. Sợi co rút nhanh sử dụng năng lượng rất ngắn và nhanh nên dễ bị mỏi một cách nhanh chóng hơn so với các sợi co rút chậm.

Hình 27.1: Cấu trúc mao mạch cơ vân

Các màng plasma của các sợi cơ gọi là sarcolemma. Mỗi cơ được tạo thành từ những bó sợi, hay tế bào,gắn kết với nhau bởihệ thống mô liên kết gọi là endomysium (bao gồm mô liên kết, mao mạch, mạch bạch huyết và thần kinh). Các bó sợi với endomysium của chúng được bao quanh bởi một vỏ bọc mô liên kết sợi gọi là perimysium. Tập hợp các perimysium (là các mô liên kết) và bên trong nó được gọi là một fasciculus. Một cơ hoàn chỉnh bao gồm nhiều fasciculi bao quanh bởi một lớp mô liên kết dày bên ngoài gọi là vách ngăn perimysial. Hoạt động co của mỗi sợi cơ trong chuyển động giải phẫu diễn ra thông qua một hệ thống liên tục các mô liên kết và vỏ bọc, mà cuối cùng kếthợp vào các gân.

Sự tổ chức các protein co trong cơ

Sợi dày

Bao gồm hàng trăm phân tử myosin co, dài sắp xếp so le bởi phức hợp bên

Sợi mỏng

Bao gồm chuỗi xoắn kép gồm hàng trăm các monomer actin hình cầu sắp xếp trật tự thành hàng dài.

Sarcomere

Đơn vị của hoạt động co cơ chủ yếu bao gồm actin và myosin và kéo dài từ vạch Z này đến vạch Z kia trong sợi nguyên cơ.

Sợi nguyên cơ

 Các sarcomere y hệt nhau sắp xếp ngay ngắn từ đầu đến cuối

Sợi cơ

 Là một tế bào cơ đa nhân đơn lẻ chứa tất cả các cơ quan thiết yếu trong tế bào và nhiều sợi nguyên cơ.

Tổ chức cơ hoàn chỉnh

được tổ chức ngay ngắn bởi các sợi cơ.

Trong màng bao cơ sarcolemma là cơ tương (sarcoplasm), có chứa tất cả các phân tử dưới tế bào (subcellular) thông thường cộng với sợi nguyên cơ (myofibrils) dài lồi lên. Mỗi sợi nguyên cơ (myofibril) bao gồm bó sợi protein co, một số kéo dài từ đầu đến cuối trong tế bào. Myofibrils là yếu tố dễ thấy nhất trong các sợi cơ bám xương ghép nên khoảng 60% sợi cơ protein. Một myofibril bao gồm nhiều đơn vị cấu trúc ngắn, được gọi là sarcomeres, sắp xếp từ đầu đến cuối. Các protein tại nơi tiếp giáp giữa các sarcomeres tạo nên vạch Z, và do đó mỗi sarcomere kéo dài dọc theo sợi myofibril từ vạch Z này đến vạch Z kế tiếp.Sarcomeres được cấu tạo chủ yếu bởi các sợi mỏng actin và sợi dày myosin.Sarcomeres là đơn vị co cơ nhỏ nhất. Sự co cơ là sự phối hợp co và kéo dài của hàng triệu sarcomeres trong một cơ cung cấp cho hoạt động cơ học.Mối quan hệ giữa các protein cơ và cơ được tóm tắt trong bảng ở trên.

Tổ chức của Sarcomere

Hình 27.2: Cấu trúc một sarcomere

Tổ chức các sợi đơn protein co ghép lại tạo thành sarcomere là một đặc tính quan trọng trong mô hình sợi trượt co cơ. Mỗi Sarcomere bao gồm tập hợp hàng trăm protein dạng sợi, gọi là myofilament. Hai loại  myofilaments được nhận biết dựa vào đường kính cơ bản và thành phần protein (xem hình trên). Myofilaments dày bao gồm vài trăm phân tử protein sợi được gọi là myosin. Myofilaments mỏng gồm hai chuỗi polymer dài cuộn lại với nhau hình xoắn ốc của một protein hình cầu gọi là actin. Sợi mỏng và dày cũng có chứa các protein phụ, được mô tả dưới đây.Protein của vạch Z, bao gồm α-actinin, có chức nănggắn vào chất nền hay neo vào một đầu sợi mỏng, nơi mở rộng về phía trung tâm sarcomeres ở phía còn lại của vạch Z. Các protein vạch Z thường xuất hiện liên tục trên toàn chiều rộng của một sợi cơ và hoạt động để giữ myofibrils trong myofiber trong register. Mỗi sợi mỏng kết thúc tự do ởngoại biên trong cơ tương (sarcoplasm) và bị giới hạn với một protein được gọi là β-actinin.

Cũng được mô tả trong hình trên là tập hợp các protein hình đĩa thứ 2: vạch M nằm ở trung tâm sarcomeres. Giống như protein vạch Z, tập hợp các protein vạch Mgắn vào chất nền, trong trường hợp này là các sợi dày myosin. Sợi dày mở rộng từ điểm gắn trên hai phía của vạch M đến 2 vạch Z là nơi xác định một sarcomere.

Trong sarcomere, các sợi dày và mỏng đan vào nhauvì vậy trong mặt cắt ngang, chúng tạo thành một mạng lưới hình lục giác, trong đó có 6 sợi mỏng sắp xếp bao xung quanh mỗi sợi dày. Các sợi dày cũng được sắp xếp theo hình lục giác với nhau. Trong quá trình co và giãn, khoảng cách giữa các vạch Z khác nhau, giảm khi co thắt và tăng khi giãn. Vạch M, gắn với những sợi dày, vẫn nằm ở trung tâm sarcomere. Các sợi mỏng và dày giữ lại cấu trúc dài mở rộng của chúng ngoại trừ các tình huống đặc biệt. Chiều dài sarcomere thay đổi bởi các sợi mỏng được kéo dọc theo các sợi dày theo hướng của vạch M.

Hình 27.3: (a) Toàn thể tế bào cơ vân. (b) Perimysium. (c) Endomysium.

Protein của các Myofilaments

Hình 20.4: Mô phỏng cấu trúc sợi dày (b) và sợi mỏng (a).

Cơ sở sinh hóa của hoạt động cơ có liên quan đến các tính chất enzyme và tính chất vật lý của actin, myosin, và các protein phụtạo thành các sợi mỏng và dày. Bài viết dưới đây tóm tắt các thành phần protein chính của myofilaments và tương tác ATP-phụ thuộc là nơi phát sinh hoạt động co cơ.

Các protein của các sợi mỏng và dày có thể được chia thành actin, myosin, và 6 protein phụ. Các protein phụ là α-actinin, β-actinin, tropomyosin, troponin, protein C và protein vạch M. Các phân tử hòa tan myosin là các protein dài mỏng (sợi) với trọng lượng phân tử khoảng 500.000 dalton.

Mỗi phân tử được tạo thành 6 tiểu đơn vị, 2 chuỗi rất lớn và nặng (HC), và 4 chuỗi nhỏ hơn và nhẹ (LC).Trong một sợi cơ, 2 tiểu đơn vị lớn là giống hệt nhau, mặc dù có HC đồng dạng khác nhau trong các loại sợi cơ khác nhau.Chuỗi nặngchứa miền xoắn- α thẳng dàiở đầu C(1300 axit amin) và một miền hình cầu đầu Nkhoảng 800 axit amin. Hai HC, miền xoắn ốc-α cuộn vào nhau hình xoắn ốc, các phân tử cấu trúc dài, bền siêu xoắn với 2 phần đầu hình cầu. Một phân tử myosin hoàn chỉnh cũng chứa 4 protein tương đối nhỏ có liên quan với phần đầu hình cầu. Những protein nhỏ, trọng lượng phân tử 16,000-24,000 dalton, được gọi là chuỗi kiềm nhẹ (LC1 hay LC3) và chuỗinhẹ DTNB(LC2). Mỗi phân tử myosin có 2 tiểu đơn vị của LC2, 1 kết hợp với từng miền HC hình cầu.Mỗi miền hình cầu có chứa một tiểu đơn vị của LC1 hoặc LC3, tỷ lệ LC1 và LC3 trong các phân tử myosin khác nhau trong myosins cơ tim, cơ vân, phôi thai, và cơ trơn. Tất cả các chuỗi nhẹ liên kết Ca2+với ái lực cao, được phosphoryl hóa bởi myosin kinase chuỗi nhẹ(myosin light chain kinase) (MLCK), và có chức năng điều hoà chung các hoạt động của myosin ATPase và lắp ráp vào các sợi dày.

Tổ chức myofilaments

Một số điểm mốc có chức năng quan trọng tồn tại trên các phân tử myosin. Gần trung điểm của khu vực siêu xoắn thẳng dài là một vùng được xác định bởi tính mẫn cảm sẵn sàng để tiêu hóa trypsin bằng protein phân giải. Trypsin tách myosin thành 2 phần: 1 có chứa cả phần đầu hình cầu và một số khu vực siêu xoắn, và phần còn lại bao gồm các phần siêu xoắnở đầu carboxy.Phần có chứa phần đầu được gọi là meromyosin nặng (heavy meromyosin (HMM); trọng lượng phân tử 350,000). Mảnh ở đầu C gọi là meromyosin nhẹ (light meromyosin (LMM); trọng lượng phân tử 125,000).

Sự mẫn cảm đối với hoạt động protease của trypsin đóng vai trò quan trọng phản ánh sự gián đoạn ngoài sự siêu xoắn bền ra, còn cho phép vùng nàyhoạt động như là một trong những khớp nối liên quan đến việc chuyển đổi năng lượng hóa học ATP vào các sự kiện cơ học co và giãn. Một mốc thứ hai dễ mẫn cảm với sự thủy phân protein thành papain có cũng được coi là một khớp nối. Papain tách ra 1 vùng rất gần với các phần đầu hình cầu, những sau đó tách để hình thành 2 tiểu mảnh,  mỗi cái gọi là SF-1 (cho tiểu mảnh 1). Phần siêu xoắn còn lại của phân tử được gọi là SF-2. Hoạt động ATPase của myosin liên quan với các đơn vị SF-1.

Một sợi dày bao gồm khoảng 400 phân tử myosin, 200 phân tửphân bố ở mỗi bên vạch M. Các phân tử này được duy trì trong bó protein C (kẹp protein), protein vạch M và sự tương tác kỵ nước của phân tử myosin. Các phân tử myosin gắn chặt lại trong vùng đại diện bởi phần LMM của các phân tử.

Tại điểm bản lề trypsin, meromyosin chuỗi nặng đẩy góc nhọn ra ngoài từ trục chính của sợi dày. Đây là phần mở rộng của meromyosin nặng đi từ trục chính của sợi dày giúp mang phần đầu vào gần các sợi actin mỏng nằm giữa các sợi dày.Các sự kiện phân tử cơ bản trong quá trình co cơ điều hoà sự liên kết phần đầu myosin với sợi actin mỏng, kéo theo bởi sự thay đổi nhanh chóng hình thể myosin về các khớp nối của chúng với phạm vi actin di chuyển đến vạch M.

 

 

Tổ chức sợi mỏng Actin

Hình 27.5: Cơ chế co cơ tim bởi kích thích β-adrenergic.

Các sợi mỏng được bao gồm nhiều tiểu đơn vị protein hình cầu G-actin (42 kD) và một số protein phụ. Trong sợi mỏng, G-Actin sắp xếp ngay ngắn tạo thành sợi polyme dài gọi là F-actin. Một cặp sợi F-actin cuộn vào nhau hình xoắn ốc hình thành trục chính của 1 sợi mỏng hoàn chỉnh.

Mỗi tiểu đơn vị G-actin có 1 vùng liên kết ADP/ATP, được cho là có tham gia trong việc hình thành chuỗi polyme ở sợi mỏng. Sau khi polymer hóa, actin bị giới hạn và sợi mỏng ổn định bởi một protein gọi là β-actinin. Ngoài vùng liên kết nucleotide ra, phân tử G-actin chứa một vùng liên kết ở phần đầu myosin có ái lực cao. Trong cơ vân và cơ tim, protein phụ của sợi mỏng (được mô tả dưới đây) điều hoà một cách tự nhiên vùng sẵn có này cho việc liên kết myosin. Vì vậy, các protein phụ điều khiển các sự kiện co thắt.

Protein phụ chính của sợi mỏng là tropomyosin và troponin. Tropomyosin là một heterodimer cuộn vào nhau theo kiểu xoắn αβ như một sợi dây dài mở rộng chiều dài của 7 chuỗi  G-actin dư lượng. Một cặp phân tử tropomyosin có liên quan với mỗi 7 cặp G-actin dư lượng dọc theo một sợi mỏng, 1 phân tử tropomyosin trong mỗi rãnh xoắn F-actin. Khi giãn cơ, mỗi phân tử tropomyosin bao phủ vùng liên kết myosin của 7 chuỗi G-actin dư lượng, ngăn chặn sự tương tác giữa actin và myosin, do đó duy trì trạng thái giãn cơ. Thời gian bắt đầu hoạt động co liên quan đến việc hoạt hoá troponin, protein phụ thứ hai của sợi mỏng. Troponin là một heterotrimer gắn liền với một đầu của mỗi phân tử tropomyosin và actin, gắn kết tropomyosin với actin.

Sự thay đổi hình dạng trong phân tử cầu nối, troponin, chịu trách nhiệm cho việc di chuyển tropomyosin và ngừng các vùng liên kết myosin của actin và do đó điều chỉnh quá trình co cơ. Một trong các tiểu đơn vị troponin, troponin-C (TN-C), là một protein liên kết calci giống như calmodulin.Khi Tn-C liên kết với Calci, toàn bộ phân tử troponin trải qua sự thay đổi hình dạngđể di chuyển gắn với tropomyosin ở vùng liên kết myosin của actin. Việc này cho phép myosin đứng đầu tương tác với vùng liên kết myosin, và hoạt động co cơ diễn ra sau đó.

Các sự kiện xảy ra trên sợi mỏng có thể được tóm tắt như sau: Trước khi xuất hiện Calcitự do trong cơ tương (sarcoplasm), tropomyosin bao phủ vùng liên kết myosin trên actin. Sự xuất hiện của Calci trong cơ tương (sarcoplasm) dẫn đến Calciliên kếttrên Tn-C. Kết quả thay đổi hình dạng troponin dẫn đến các phân tử tropomyosin gắn sâu hơn vào các rãnh xoắn của F-actin, không bao phủ vùng liên kết myosintrên tiểu đơn vị G-actin. Các vùng tiếp xúc sau đó sẵn sàng tương tác với phần đầu myosin. Loại bỏ Calci từ cơ tương khôi phục lại trạng thái cấu trúcban đầu của troponin và tropomyosin, ngăn chặn sự tương tác giữa actin và myosin và kéo theo giai đoạn giãn cơ.

Myosin và sự tương tác các phân tử trong quá trình co cơ

Khi cơ nghỉ ngơi, không co giãn, vùng liên kết myosin trên actin bị che khuất và myosin tồn tạitrong trạng thái cấu trúc năng lượng cao (M *), sẵn sàng để thực hiện một chu kỳ co cơ. Năng lượng của việc thủy phânATP được sử dụng để đưa myosin từ trạng thái cấu trúc năng lượng thấp lên trạng thái năng lượng cao, như mô tả trong phương trình sau đây:

(M-ATP)  (M *- ADP-Pi)

Khi Calci tăng trong bào tương và vùng liên kết myosin trên actin đãsẵn sàng,một phức hợp actomyosin được hình thành, tiếp theo là phân ly tuần tự của Pivà ADP với việc chuyển đổi của myosin thành trạng thái cấu trúc năng lượng thấp.Những sự kiện này đi kèm với chuyển vịđồng thời của sợi mỏng gắn với vạch M của sarcomere. Những sự kiệnnày, tóm tắt trong 2 phương trình sau đây, bao gồm sự tương tác các phân tử trong quá trình co cơ. Lưu ý rằng năng lượng của sự tương tác các phân tử có nguồn gốc từ ATP, thông qua chuyểnđổi ATP-định hướng (ATP-driven)từ trạng thái cấu trúc myosin năng lượng thấp đến trạng thái cấu trúc năng lượng cao. Một trạng thái đồng chức năng hữu ích là ATP tạo nên sự kích hoạt myosin và sự hình thành mộtphức hợp actomyosin kéo theo hoạt hoá , giải phóng năng lượng được lưu trữ trongcác cò kích hoạt (cocking the trigger).

(M *- ADP-Pi) + A  (M *- ADP-A) + Pi

(M *- ADP-A)  (M-A) + ADP

Vào giai đoạn cuối của sự tương tác giữa các phân tử phức hợp actomyosin vẫn còn nguyên vẹn cho đến khi ATP trở nên sẵn có.ATP liên kết với myosin là một phản ứng thải năng lượng, với kết quả ATP thay thế actin ở phần đầu myosin,chỉ rõ bởi phương trình dưới đây. Vì vậy, ATP là yếu tố cần thiết để giãn cơ. Điều quan trọng cần lưu ýtrong việc giãn cơ là myosin ở trạng thái cấu trúc năng lượng cao.Lưu ý rằng sản phẩm cuối cùng (M-ATP)cũng là chất phản ứng đầu tiên được hiểnthị trong phương trình đầu tiên ở trên,hoàn thành các phản ứng của chu kỳ co.

(MA) + ATP   (M-ATP) + A

 

Điều hoà Calci trong cơ tương

Các sự kiện kích thích hoạt động cơ bằngcách nâng cao Calcitrong cơ tương bắt đầu bằng sự kích thích thần kinh tại khớp nối thần kinh cơ. Kích thích gây ra quá trình khử cực địa phương tại màng bao cơ (sarcolemma), lan rộng sang các hệ thống ống lượn T liên quan và sâu vào bên trong sợi myofiber. Ống lượn T khử cực lan rộng đến lưới cơ tương (reticulum sarcoplasmic) (SR), ảnh hưởng đến việc mở các kênh Calci voltage-gated trong màng SR. Kéo  theo là sự chuyển động ồ ạt, nhanh chóng của bể chứa Calci vào cơ tương (sarcoplasm)tương tự như myofibrils. Sự xuất hiện của Calci rất gần với tiểu đơn vị Tn-C dẫn đến sản phẩm của sự tương tác các phân tử myosin, miễn là nồng độ Calci vẫn còn lớn khoảng từ 1μM đến 5μM.

Hình 27.6: Mô hình các thành phần chính của khớp nối thần kinh cơ.

Giãn cơ

Thông thường, chấm dứt hoạt động co cơ và giai đoạn giãn kéo theo quá trình không có hoạt động điện ở khớp nối thần kinh cơ. Màng cơ tương trở lại mức điện thế lúc nghỉ (khoảng 60 mV), cũng như toàn bộ hệ thống ống lượn T và màng tế bào SR. Sau đó, Calci trong cơ tương được bơm trở lại vào túi chứa SR bởi một máy bơm Calci ATP-định hướnghoạt hoá, trong đó bao gồm một trong các protein chủ yếucủa màng tế bào SR. Đối với mỗi lần thủy phânATP, 2 ion Calci được di chuyển ra ngoài cơ tương, với mức can xi trong cơ tương cuốicùng rơi xuống dưới 0.1μM, hoặc 50 – 100lần thấp hơn so với KD của Calci liên kết Tn-C. Bề mặt túi chứa của màng SR cũng chứa số lượng lớn glycoprotein gọi là calsequestrin. Calsequestrin liên kết chặt chẽ với Calci, làm giảm nồng độ của nó trong túi chứa, và do đó chúng có vai trò tích tụCalci. Một kho lưu trữ cuối cùng của Calcicơ tương là hệ thống ty thể.Ti thể có một máy bơm Calci hoạt động đặc biệt, điều khiển bởi một điện thế hóa động sinh ra bởi sự thay đổi nồng độ ion.Trong điều kiện hiếu khí, máy bơm này sử dụng năng lượng vận chuyển điện tử để cô lập calci trong hệ thống ty thể, ưu tiên chosự tổng hợp của ATP.

Uốn ván và Rigor Mortis

Uốn ván, một điều kiện của cơ hypercontracted rằng đôi khi sau một thời gian dài lặp đi lặp lại, kích thích cơ tổng hợp, gây ra bởi sự suy giảm  ATP và phosphates năng lượng cao khác giúp duy trì mức ATPbình thường . Loại thứ hai bao gồm nucleoside triphosphate (NTP), phosphat creatine (CP), và ADP, như minh họa trong 3 phương trình dưới đây.  3 phản ứng này được thực hiện bởi nucleoside diphosphokinase, creatine kinase và kinase adenylate, tương ứng.

NTP + ADP                   NDP + ATP

CP + ADP                  Creatine + ATP

ADP + ADP                 AMP + ATP

Kể từ khi kích thích uốn vánlàm tăng Calcicơ tương và làm cạn kiệt ATP, kết quả cuối cùng là  sự co cơ mạnh với Calci gắn kết Tn-C và không có ATPsẵn để cách ly Calci vào các túi chứa SR, cũng không phải để phá vỡ cầu nối actomyosin .Trong điều kiện này, ti thể sẽ ưu tiênbơm Calci vào hệ thốngty thể, cuối cùng loại bỏ Calci liên kết Tn-C, che khuất vùng liên  kết myosin trên sợi mỏng và cho phép các cơ ở trạng thái bình thường. Tuy nhiên, sự vắng mặt của ATP dẫn đến việc myosin còn lại trong trạng thái cấu trúc năng lượng thấp, với kết quả là chu kỳ mới của sự kích thích cơ bắp sẽ cho mang đến khả năng hạn chế duy nhất của cơ  để tạo ra hoạt động co. Cơ trong trạng thái sinh lý này được cho là mệt mỏi.

Trong sự tử vong, tất cả các phản ứng có xu hướng cân bằng. Trong số các quá trình đầu tiên này là cân bằng ion trên tất cả các khoang của cơ thể như cácbơm ion mất nguồn cung cấp năng lượng. Về phần cơ , điều này dẫn đến Calcitrong túi chứa và ngoại bào bị rò rỉ vào cơ tương, tăng nồng độ Calci ở mức cao. Calci gây ra sự thay đổi cấu trúc phức hợp troponin-tropomyosin, để lộ ra các vùng liên kết myosin trên sợi mỏng. Các kết quả hoạt động co không kiểm soát đẩy nhanh việc tổng cạn kiệt nguồn cung cấp ATP và kết thúc với tất cả hoặc gần như tất cả các phân tử myosin trong các phức hợp actomyosin liên kết ngang. Trạng thái cứng của cơ bắp phát triển trong thời gian ngắn sau khi tử vong là do có liên kết ngang của sợi mỏng và dày ở trạng thái này và được gọi là rigor mortis.

Cơ trơn

Trong khi mô hình sợi trượt co cơ mô tả đầy đủ  các cơ chế cơ bản của sự co trong tất cả các loại cơ bắp, nhưng vẫn có sự khác biệt đáng kể giữa cơ vân và cơ trơn. Một sự đánh giá của những khác biệt này bắt nguồn từ sự quan sát rằng cơ trơn không có troponin, nhưng hoạt động co của chúng vẫn được điều hòa bằng mức Calci trong tế bào chất. Điều này được giải thích khi chúng được phát hiện rằng một Ca2+ / calmodulin (CaCM) liên kết protein gọi là caldesmon đã tham gia trong việc điều chỉnh sự chuyển động của tropomyosincơ trơn  và bất hoạt vùng liên kết myosin của sợi mỏng. Hình ảnh nổi bật, là sự gia tăng Calci bào tương làm tăng mức CaCM, lần lượt, liên kết caldesmon, loại bỏ chúng từ vùng của chúng trên sợi mỏng. Đồng thời, tropomyosin thay đổi vị trí của nó trong các đường rãnh xoắn ốc của F-actin, và kích thích actomyosin ATPase hoạt động. Khi Calci được dùng hết thì phức hợp  CaCM phân ly; caldesmon được giải phóng từ phức hợp của nó với calmodulin và liên kết lại với sợi mỏng. Hoạt động Actomyosin ATPase do đó bị ức chế. Về bản chất, caldesmon thay thế troponin như sự điều hòa phụ thuộc Calci (CaCM) của vị trí tropomyosin trên sợi mỏng.

Một khác biệt lớn thứ hai giữa cơ trơn và cơ vân là cơ trơn chứa một tiểu đơn vị chuỗi nhẹ myosin duy nhất được gọi là chuỗi nhẹ p. chuỗi nhẹ p tồn tại trong trạng thái phosphoryl hóa và không-phosphoryl hóa, quá trình phosphoryl hóa của chúng được xác định bởi hoạt động của một protein CaCM-phụ thuộc gọi là myosin kinase chuỗi nhẹ (myosin light chain kinase)(MLCK).Trong trường hợp không cóCaCM, cơ trơn không hoạt động, kinase không hoạt động, và chuỗi nhẹ p không được phosphoryl hóa. Các mức CaCM tăngcao gây hoạt hóaMLCK, dẫn đến phosphoryl hóa  chuỗi nhẹpvà bắt đầu co bóp. Cả hai quá trìnhphosphoryl hóa chuỗi nhẹp và loại bỏ caldesmon từ sợi mỏng cần thiết cho việc co thắt cơ trơn. Con đường điều hòa enzyme thông qua phosphoryl hóa ở cơ trơn  được hiển thị dưới đây.

Hình 27.7: Cơ chế co cơ trơn phế quản

Sơ đồ các hoạt động của enzyme trong quá trình co cơ trơn. Mức Calci cơ trơn tăng cao khoảng 10-5M gây ra sự hình thành phức hợp Ca2+-calmodulin (CaCM) hoạt hóa các sợi mỏng bằng cách liên kếtcaldesmon (Cald) và giải phóng các vùng liên kết myosin trên sợi mỏng. CaCM cũng liên kết và hoạt hóa myosin kinase chuỗi nhẹ (MLCK).  MLCK hoạt độngphosphoryl hóa myosin chuỗi nhẹp kích hoạt các hoạt động ATPase actomyosin ở phần đầu myosin. Epinephrine liên kết với receptor β-adrenergic làm tăng cAMP, hoạt hóa protein kinase phụ thuộc cAMP (PKA), làm giảm ái lực của MLCK đối với CaCM và điều chỉnh cường độcác cơn co thắt được tạo ra bởi sự gia tăngCalci trong bào tương.

Cơ oxy hóa đỏ (chậm) và cơ glycolytic trắng (nhanh)

Ngoài việc chuyển phosphoryl được mô tảtrong 3 phương trình cuối cùng ởtrên, ATP của cơcũng được tạo ra bởi sự phosphoryl glycolysis và phosphoryl oxy hóa. Cơ phụ thuộc chủ yếu vào quá trình phosphoryl oxy hóa tạo ATP nên cần cung cấp oxy dồi dào. Để đảm bảo tính sẵn có, những cơ bắp dự trữ oxy như oxymyoglobin. Những cơ chứamyoglobinoxy hóacómàu đỏ vì mứcmyoglobin và lượng ti thể cao. Cơ glycolytic thiếu myoglobin một cáchđángkể và xuất hiện màu trắng. Những cơ nàythường chứa những kho dự trữ glycogen phong phú và tạo ra hầu hết ATP của họtừ các phản ứng phân hủy glucose. Một sự khác biệt chức năng chính giữa các tế bào cơmàu đỏ và trắng là những sợi trắng tạo raATP bằngcon đường phản ứng ngắngiữa chất nền (ví dụ, glucose) và sự xuất hiện của ATP, trong khi đó trong cơ đỏcon đường từ chất nền (glucose) thànhATP bao gồm nhiềubước phảnứng hơn (ví dụ, phân hủy glucose cộng với chu trình TCA và quá trình vận chuyển điện tử) và do đó làmột quá trình dài . Vì vậy, cơ vân hoạt động nhanh bao gồm sợi trắng glycolytic trội hơn trong khi cơ hoạt động chậm vẫn duy trì những đặcđiểm chung nhưđỏ vàoxy hóa.

 

Sửa lần cuối ngày 15/9/2012- www.docsachysinh.com

 

Hãy cùng nhau chung tay xây dựng cộng đồng Y sinh học của Việt Nam bằng tri thức khoa học!

 

Diễn đàn Đọc sách Y Sinh