Актин и миозин (скользящие нити)

Актин и миозин — основные сократительные белки мышечных клеток, образующие тонкие и толстые нити, которые скользят друг относительно друга при сокращении. Взаимодействие этих двух белков, использующее энергию распада АТФ, превращает химическую энергию в механическую работу. Этот принцип называют теорией скользящих нитей.

Такие белки есть не только в мышцах: актин входит в цитоскелет почти всех клеток, а немышечные формы миозина участвуют в движении клеток, транспорте внутриклеточных частиц и делении. Но именно в мышечном волокне они собраны в строго упорядоченные структуры, расположенные в саркомерах.

🧬 Что представляют собой нити

🔹 Тонкие нити

Основа тонкой нити — актин: глобулярные молекулы (G-актин) соединены в длинную спиральную цепь (F-актин). По желобкам этой спирали проходит белок тропомиозин, а вдоль неё расположены комплексы тропонина. В покое тропомиозин закрывает места, к которым может прикрепиться миозин, поэтому сокращения не происходит.

🔸 Толстые нити

Толстая нить собрана из сотен молекул миозина II. Каждая молекула имеет длинный хвост и двойную головку. Хвосты скручены в стержень нити, а головки выступают в стороны. Головка несёт два важных участка: место связывания с актином и фермент, расщепляющий АТФ (АТФазу). Разные формы тяжёлых цепей миозина определяют скорость сокращения волокна.

🔄 Цикл поперечных мостиков

После сигнала от нервно-мышечного синапса, где передатчиком служит ацетилхолин, в клетке повышается концентрация кальция. Он связывается с тропонином, тропомиозин сдвигается, и открываются места прикрепления. Далее повторяется цикл.

1. Головка миозина с продуктами распада АТФ присоединяется к актину, образуя мостик.
2. Высвобождается фосфат, головка меняет наклон и подтягивает тонкую нить к центру саркомера (рабочий ход).
3. Выходит АДФ, мостик остаётся прочным, пока не присоединится новая молекула АТФ.
4. Новая АТФ вызывает отсоединение головки от актина.
5. Головка расщепляет АТФ и возвращается в исходное «взведённое» положение, готовая к новому циклу.

Пока в клетке есть кальций и АТФ, цикл повторяется, и нити смещаются шаг за шагом. Когда кальций откачивается обратно в саркоплазматический ретикулум, тропомиозин вновь закрывает актин и мышца расслабляется.

⚡ Роль энергии и ионов

АТФ нужна не только для рабочего хода, но и для отсоединения головки. Без неё мостики остаются прочными, и мышца застывает. Так объясняют посмертное окоченение. Для работы АТФазы необходим магний, поэтому нарушения баланса электролитов сказываются на мышечной функции.

Сравнение белков

Признак	Актин	Миозин
Нить	Тонкая	Толстая
Главная функция	Каркас и место прикрепления мостиков	Мотор: создаёт силу и движение
Связь с АТФ	Нет	Расщепляет АТФ
Регуляция	Тропомиозин и тропонин	Через доступность мест на актине

🩺 Нарушения и практическое значение

Изменения генов актина и миозина вызывают ряд наследственных заболеваний. Мутации скелетного актина связаны с некоторыми врождёнными миопатиями, а мутации сердечных форм миозина часто лежат в основе гипертрофической кардиомиопатии. Силовая нагрузка увеличивает количество сократительных белков в волокне, что вносит вклад в рост силы. Статическое удержание в изометрическом упражнении тоже опирается на мостики, но в этом случае нити сохраняют положение.

🏃 Формы миозина и свойства мышцы

В скелетных мышцах взрослого человека присутствуют три основные формы тяжёлой цепи миозина II: медленная (тип I) и две быстрые (IIa и IIx). Они различаются скоростью расщепления АТФ, а значит, скоростью цикла мостиков и расходом энергии. Именно эти различия лежат в основе деления волокон на быстрые и медленные, а смесь форм в мышце определяет её характер: выносливый или скоростно-силовой.

Силу мышцы определяет число одновременно образованных мостиков, а скорость укорочения — скорость их цикла. Поэтому при большой нагрузке скорость падает: каждая головка должна тянуть больший груз, и цикл замедляется.