Molekuli koji nas pokreću

Za osnovne procese kao što su hodanje, održavanje stava tela i pokretanje ekstremiteta, kao i za pokretanje telesnih tečnosti kroz unutrašnje organe i cirkulatorni sistem i produkcije telesne temperature zaslužni su mišići, dok su kod nekih električnih riba zaslužni i za produkciju struje. U našem organizmu mišiće na osnovu tipa ćelija i organizacije, kao i uloge koju ti mišići vrše, možemo podeliti na tri grupe: glatko mišično tkivo, zaslužno za kontrakciju unutrašnjih organa; srčano mišićno tkivo, zaslužno za kucanje srca i poprečno prugasto mišićno tkivo, zaslužno za pokretanje organizma.

Kako izgleda mišićna ćelija

Skeletni mišići čine više od 40% telesne mase i glavni su potrošači energije organizma. Ćelije mišića, zvane miociti, izuzetno su duge (dijametar 10-100 μm, dužina nekoliko centimetara), i nastaju spajanjem prethodničkih ćelija-mioblasta. Sastoje se od uzdužno spojenih jedinica koje su same po sebi sposobne za kontrakciju, miofibrila, te se tako sabiranjem kontrakcija pojedinačnih miofibirla grči ceo mišić.

Pojedinačni miofibirli prikazuju karakterističnu gradju- poprečna-prugavost skeletnih mišića rezultat je periodičnog ponavljanja materijala različitog indeksa prelamanja svetlosti, odnosno, specifične organizacije miofibrila sastavljenih od dva tipa filamenata: tankih –aktinskih i debelih –miozinskih filamenata.

Sarkomera

Ovi filamenti su funkcionalno udruženi u sarkomere, tj, osnovne gradivne jedinice kontrakcione moći. Sa jedne strane sarkomere nalaze se aktinski filamenti, koji su u obliku zavojnice, i koji u žljebu zavojnice imaju protein tropomiozin, koji u sadejstvu sa troponinom sprečava grčenje mišića kad mi to ne želimo. Nasuprot njih se nalaze debeli miozinski filamenti, koji se sastoje od repa i glave koji svojim vezivanjem za aktin omogućavaju grčenje.

Nervno-mišiæna sinapsa

Kad pomislite: pomeri levu ruku- u tom trenutku dešava se niz biohemijsku procesa izmedju želje i samog procesa. Informacija iz dela mozga zaduženog za planiranje pokreta (tzv motorni korteks) kreće kroz motorne neurone do kičmene moždine i tu se prespaja sa neuronima koji izlaze iz kičmene moždine do mišića.

Na krajevima neurona svaki pojedinačni nastavak nervnih ćelija se širi i pravi karakterističan vid hemijske komunikacije sa svakom mišićnom ćelijom nazvan nervno-mišićna sinapsa. Na račun lokalnih „struja“ koje neuron u sebi pravi dolazi do povećanja koncentracije jona Ca2+ što izaziva izbacivanje neurotransmitera acetilholina (Ach) iz neurona i njegovog vezivanja za mišiću ćeliju. To vezivanje izaziva hemijske promene u mišićnoj ćeliji koje dovode do grčenja mišića.

Vezivanje Ach za nikotinske receptore na mišićnoj ćeliji (nAchR) dovodi do promene naelektrisanja mišićne ćelije, i do promene oblika jednog proteina na njenoj membrani (za one koji žele da znaju više-dihidropiridinski receptor-DHP). U tom trenutku dolazi do nagle pojave kalcijuma u ćeliji, koji služi kao „sekundarni glasnik“. Sekundarni glasnici su klasa jedinjenja koji se u ćeliji pojavljuju kao odgovor na stimulus nekog signala koji ne može da udje u ćeliju.

Najčešći primeri su upravo pomenuti jon Ca2+, kao i jedinjenje poznato kao ciklični adenozinmonofosfat-cAMP. Ova jedinjenja se vezuju za odredjene ciljne proteine i preko njih ostvaruju efekat spoljašnjeg signala.

Kalcijum u miofibrilima se vezuje za već pomenuti regulatorni protein troponin, i utiče na sklanjanje tropomiozina za koji je vezan iz žlebova aktina. Ovo omogućava preklapanje tankih-aktinskih i debelih-miozinskih filamenata što dovodi do njihovog vezivanja. Miozin, svojom glavom se vezuje za aktin i bukvalno ga vuče prema sebi, što dovodi do skraćivanja miofibrila. Zamislite ovaj pokret od u hiljadama uzdužno povezanih miofibrila, i hiljade mišićnih vlakana koji se skraćuju udruženo, sve to dovodi do skraćivanja mišića.

Vezivanje miozina za aktin

To je bilo skraćivanje, šta ćemo sa opuštanjem? Posle određenog vremena, miozin mora da pusti aktin, ali za taj proces je potrebna energija. Da bi došlo do relaksacije mišića, univerzalno gorivo svih ćelija-adenozintrifosfat ATP mora da se veže za miozin. Upravo zbog ovog procesa nastaje rigor mortis, tj, samrtni grč, koji nastaje određeno vreme posle smrti, upravo zbog nedostatka ATPa u telu, koji se više ne proizvodi.

U Vašem organzmu, dok ovo čitate, svi ovi pomenuti procesi se dešavaju nesvesno. Pokreti disanja i kucanja srca su upravo regulisani ovim mehanizmima. Kad se uplašimo, vezivanje adrenalina za srce, preko vezivanja za regulatorni troponin izaziva pojačano kucanje srca, a preko regulacije proteinskih kanala koji propuštaju jone Na+ i K+ u srce, adrenalin reguliše već pomenuto naelektrisanje mišićne ćelije, i srce kreće da kuca brže.

ATP se proizvodi u metaboličkim procesima unutar samih ćelija, i tokom intezivne aktivnosti, ćelija nema vremena da razgrađuje glukozu kako bi inače to radila, već prelazi na malo prostiju razgradnju, koja ne zahteva kiseonik. Nusprodukt te razgradnje je mlečna kiselina, čije nagomilavanje u ćelijama izaziva tako poznat bol upale mišića. Pitanje je , onda, zašto srce ne može da pati od upale mišića? Srce ima malo drugačiju strukturu jednog enzima poznatog kao laktat dehidrogenaza, čijim pojačanim radom se uspešno i redovno uklanjaju molekuli mlečne kiseline koji se tu nagomilavanju. Bol u srcu, poznat kao angina pektoris, je upravo posledica blokiranja koronarnih arterija srca, koje dovode kiseonik srčanom mišiću, i pojačanog nagomilavanja mlečne kiseline.

Veliki broj teških bolesti je vezan za poremećaje regulacije jednih od ključnih koraka u prenosu informacije od nerva do mišića. Miastenia gravis npr, slabost skeletnih mišića, naročito često mišića na licu, je autoimunska bolest u kojoj organizam proizvodi antitela na nikotinske receptore za Ach, te tako blokada receptora dovodi do atrofije mišića.

Cilj ovog teksta je bio da vam pokaže koliko su proste životne aktivnosti, na koje ne obraćamo pažnju u stvari sklop složenih hemijskih i biohemijsih reakcija u ćelijama, kao i da ilustruje brzinu tih reakcija. Mehanizam koji je gore pojašnjen se dešava u deliću sekunde, a obuhvata veliki broj koraka koji se nadovezuju jedan na drugi. Upravo zbog ove fascinantne kompleksnosti mehanizma moramo poštovati prirodu i diviti se načinu na koji nas je stvorila.