骨骼肌收缩机制 Contraction of Skeletal Muscle

骨骼肌的兴奋-收缩耦联
骨骼肌舒张机制
兴奋-收缩耦联后
肌膜电位复极化
收缩、舒张均耗能！！！
终池膜对Ca2+通透性↓ SR膜Ca2+泵激活 胞质[Ca2+]↓ Ca2+与肌钙蛋白解离 原肌球蛋白复位覆盖 横桥结合位点 骨骼肌舒张
思考题：试述神经兴奋引起骨骼肌细胞收缩 的全过程
肌钙蛋白(troponin)：与Ca2+结合变构后，使原肌球蛋白位 移，暴露出结合位点，也是调节蛋白，由三个亚单位：TnT、 TnI和TnC组成
细肌丝分子结构
原肌凝蛋白 肌动蛋白 肌钙蛋白
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肌管系统(Muscular Tubular System)
肌管系统是横纹肌细胞实现兴奋-收缩耦联的关键结构
骨骼肌收缩机制 Contraction of Skeletal Muscle
SHEN YI（沈逸） Department of Neurobiology ZJU School of Medicine yshen2@zju.edu.cn
骨骼肌细胞的微细结构 骨骼肌收缩Fra Baidu bibliotek子机制 骨骼肌的兴奋-收缩耦联
(regulatory light chain)
尾部 铰链部
横桥
横桥(cross-bridge)的特点
能与细肌丝上的肌动蛋白的横桥结合位点发生可逆性 结合，将势能转换为动能，拉动细肌丝滑行 具有APT结合位点及ATP酶的活性，与结合位点结合 后，分解ATP提供横桥扭动（肌丝滑行）和作功的能量
在安静情况下，M线两侧没有细肌丝的插入，形成 较为明亮的H带，H带两次则是粗、细肌丝重叠区
粗肌丝(thick filament)的组成
粗肌丝由肌球蛋白 (myosin) 分子组成：包含
两条重链 (heavy chain) 、
两条碱性轻链(alkali light chain) 和 两 条 调 节 轻 链
定义：包绕在每条肌原纤维周围的囊管状结构，有两组来 源和功能都不同的独立管道系统
横管系统(transverse tubular system)：T管，肌膜内凹而成； 内含细胞外液，肌膜AP沿T管传导 纵管系统(longitudinal tubular system)：L管，也称肌质网(SR)； 对Ca2+进行储存、释放、再聚集。肌节两端的SR（靠近T管，
骨骼肌细胞的微细结构
肌原纤维(myofibril)
横纹肌细胞内含有大量平行排列的肌原纤维，直 径约1~2um，纵贯肌细胞全长
Z
M
Z
H
肌原纤维和肌节(sarcomere)
肌小节= 1/2明带＋暗带＋1/2明带= 2条Z线间的区域
肌节：横纹肌细胞收缩和舒张的基本功能单位
肌原纤维的组成
肌原纤维呈现明带和暗带相间：两套粗细不同的 肌丝，以及它们之间又存在不同程度的重叠 细肌丝：一端固定于Z线，另一端游离 粗肌丝：两端游离，中间固定于M线
细肌丝(thin filament)的组成
肌动蛋白(actin)：表面有与横桥结合的位点，与肌丝滑行 直接相关，与肌球蛋白一起被称为收缩蛋白；静息时该位
点被原肌球蛋白掩盖
原肌球蛋白 (tropomysin) ：位于肌动蛋白和横桥之间，将 肌动蛋白上的横桥结合位点遮盖，阻止横桥与肌动蛋白的
结合，具有位阻效应，被称为调节蛋白
指横桥与肌动蛋白结合、扭动、解离、复位与再结合的过 程。周期的长短决定肌肉的缩短速度
横桥与细肌丝肌动蛋白结合
横桥扭动
势能转换为张力
横桥与细肌丝解离 横桥水解ATP获能并复位
横桥周期的四个步骤
①
[Ca2+] i ↑
④ new ATP ②
③
骨骼肌的兴奋-收缩耦联
概念：把肌细胞的电兴奋和肌细胞的机械收缩连接起来的 中介过程称为兴奋-收缩耦联(excitation-contraction coupling) 最关键的因素是细胞质内Ca2+浓度升高 过程： ①AP扩布至横管系统 ②三联管处的信息传递 ③终池膜上钙通道开放，触发肌丝滑行
收 缩
骨骼肌收缩分子机制-滑行学说
终池内的Ca2+进入肌浆 Ca2+与肌钙蛋白TnC结合 原肌球蛋白位移，暴露肌动蛋白上 的横桥结合位点 横桥与结合位点结合，将水解 ATP产生的势能转换为动能 横桥向M线方向摆动
牵拉细肌丝朝肌节中央滑行
肌节缩短=肌细胞收缩
横桥周期(cross-bridge cycling)
向胞质内释放；SR膜还有存在许多钙泵，消耗能量的情况
下，可逆浓度梯度将胞质内的Ca2+主动转运到SR中储存 骨骼肌-RyR1 心肌-RyR2 机制不同
骨骼肌收缩机制 骨骼肌收缩分子机制-肌丝滑行理论 (myofilament sliding theory)
细肌丝
M线
粗肌丝 暗带不变 明带缩短 H带缩短
但不相连），形成膨大，称终池，富含Ca2+（称为细胞内的
Ca2+库） 三联管(triad)：T管+终池×2
两类肌管的膜各自具有不同的功能蛋白分子
T管膜上除了有同肌膜一样的电压门控Na+、K+两种离子
通道外，还有一种特殊的电压门控L型钙通道（DHP受体） SR终池膜上则有另外一种钙通道(RyR)，其参与SR内Ca2+