BS. Chi Mai
1. Cấu trúc cơ vân
• Các bó cơ đường kính 20- 100 µm, tạo bởi các sợi cơ (tế bào cơ)
• Tế bào cơ: đa nhân khổng lồ, bào tương có nhiều tơ cơ
• Tơ cơ: vùng sẫm là băng A, vùng nhạt là băng I
• Đơn vị co cơ (Sarcomere): gồm băng A và 2 nửa băng I, dài 2,5- 3 µm khi giãn. Giới hạn
bởi hai đĩa Z, giữa các băng A là
đĩa M.
Tế bào cơ (sợi cơ):
Gần một nửa trọng lượng cơ thể là cơ vân, phần lớn cơ vân gắn với xương qua gân, nhờ đó lực và sự chuyển động xuất hiện khi cơ co được truyền cho bộ xương.
Bậc cấu trúc của cơ vân: bó cơ => sợi cơ (tế bào cơ) => tơ cơ => sarcomere
Sarcomere: Đơn vị chức
năng của cơ vân
1.1. Sợi dày:
• Trong điều kiện sinh lý, các phân tử myosin kết hợp với nhau tạo sợi dày:
Đầu Myosin: đảm nhận tất cả chức năng vận động của myosin, tức là khả năng di chuyển và tạo lực.
- TLPT 470 kDa
- Gồm: 2 chuỗi nặng (TLPT 230 kDa), 4 chuỗi nhẹ giống nhau từng
đôi (TLPT 18 kDa và 20 kDa)
- Đầu hình cầu 55 x 200 Ao (đầu N tận cuộn lại) gắn với đuôi
dài hình gậy 1600 Ao (đầu C tận xoắn
alpha)
- Khi bị thủy phân bởi trypsin thành các đoạn có hoạt tính
sinh học:
+ LMM (light meromyosin): đoạn xoắn alpha hình gậy
+ HMM (high meromyosin): 1 đoạn hình gậy gắn với đầu hình cầu
đôi. Bị thủy phân bởi papain thành
2 phân đoạn S1-HMM hình cầu và 1 phân đoạn
S2-HMM hình gậy.
+ Mỗi phân đoạn S1 có 1 vị trí có hoạt tính ATPase, 1 vị trí
gắn actin
1.2. Sợi mỏng:
1.2.1. Actin:
- Cấu trúc:TLPT 4 kDa. Môi trường lực ion thấp tồn tại dạng chuỗi đơn hình cầu (G- actin), gắn
1ATP. Điều kiện sinh lý, Gactin polyme tạo F-actin, ATP thủy phân, ADP vẫn gắn
với Factin
- Chức năng: co cơ, di chuyển của nhiều loại tế bào
1.2.2. Tropomyosin:
- Cấu trúc: 2 chuỗi polypeptid có TLPT 66 kDa, cuộn xoắn
alpha tạo sợi dài 400 Ao, nằm ở
vùng xoắn của F-actin
- Chức năng: Điều chỉnh tương tác actin- myosin khi co cơ
1.2.3. Troponin:
- Cấu trúc:TLPT 76 kDa gồm: troponin T (37kDa), I (23 kDa)
và C (18kDa). Mỗi tropomyosin gắn
với 1 phức hợp troponin.
- Chức năng: Điều chỉnh co cơ qua Ca2+. T gắn Tropomyosin, I gắn actin, C gắn Canxi
Cấu trúc của actin và myosin:
1.3. Các protein khác
của cơ:
• Alpha actinin
• Desmin và vimentin
• Tinin
• Nebulin
• C-protein và M-protein
• Myoglobin
2. Sự co cơ vân
Tiếp nối thần kinh cơ (Neuromuscular
Junctions or Synapse)
• Nơi tiếp nối giữa dây thần kinh và tế bào cơ
• Neurotransmitter (acetylcholine/ACh) giải phóng từ dây thần kinh kích thích tế bào cơ
• Thành phần của synap
– Đầu tận sợi trục phình to, chứa ACh
– Bản vận động
(Motor end plate): vùng bào tương tiếp giáp
với đầu tận sợi trục; nhiều nếp gấp
. Tăng
diện tích bề mặt, có nhiều ACh receptor
. Chứa
acetylcholinesterase thoái hóa ACh và gây giãn cơ
– Khe synap = khoảng trống hẹp ở giữa 2 bộ phận trên
Neuromuscular Junction:
Các sợi cơ (tế bào
cơ) có thể bị kích thích:
• Màng bào tương (Sarcolemma) phân cực hoặc tích điện
– Điện thế nghỉ do Na+ ở ngoài và K+ cùng các ion âm bên trong tế bào
– Sự khác biệt về điện thế ở 2 phía của màng = điện thế nghỉ của màng (-90 mV )
• Khi kích thích (ACh gắn với cholinergic receptor) làm mở các kênh ion ở màng tế bào
– Na+ vào trong tế bào và K+ ra ngoài tế bào => Hình thành điện thế hoạt
động
– Lan truyền khắp tế bào
Co cơ và giãn cơ:
• Bốn hoạt động liên quan đến quá trình này:
– Kích thích = điện thế hoạt động từ thần kinh chuyển sang cơ
– Kích thích và co cơ = điện thế hoạt động kích thích các sợi cơ
– Co cơ = làm ngắn sợi cơ
– Giãn = trở về độ dài lúc nghỉ
Thuyết trượt của sợi
cơ:
• Giải thích mối quan hệ giữa sợi mỏng và sợi dày khi co cơ
• Chu trình bắt đầu với sự giải phóng canxi từ lưới nội bào
– Canxi gắn với troponin
– Troponin di chuyển, làm dịch chuyển tropomyosin và bộc lộ vị trí hoạt động của actin
– Đầu Myosin tạo cầu nối và gập về phía vùng H (đẩy actin hướng vào trong)
– ATP cho phép giải phóng cầu nối
Sự thay đổi của đơn vị
co cơ trong quá trình co của cơ vân:
Kích thích và co cơ:
Cơ chế co cơ vân:
2.2. Năng lượng co cơ
vân
• Co cơ đòi hỏi lượng lớn năng lượng
• ATP cung cấp năng lượng cho co cơ. ATP tạo thành từ 3 nguồn:
– Creatin phosphat (CP)
Tạo ATP nhanh nhất
CP + ADP ==
creatine kinase ==> Creatin + ATP
– Chuyển hóa ái khí
Đòi hỏi oxygen và thoái hóa glucose sinh ATP, carbon dioxid và nước
Hiệu quả nhất
– Chuyển hóa yếm khí (Glycolysis)
Thoái hóa glucose tạo ATP và acid lactic
Chuyển hóa ở cơ: Năng
lượng cho co cơ
Nhu cầu năng lượng cho
co cơ trong thời gian ngắn:
• Creatine phosphat
– ADP + CP ==
creatine kinase ==> C
+ ATP
– Nồng độ CP nhanh chóng cạn kiệt khi co cơ mạnh
– Có khả năng duy trì co cơ tối đa 8-10 giây
– CP (creatine phosphate) được tái sinh khi cơ nghỉ
(ATP + C =>
CP + ADP)
• Thoái hóa Glycogen
thành lactic acid tiếp nối
– tạo ATP cho hoạt động cơ tối đa 30-40 giây
– Cơ nhận glucose từ máu và glycogen dự trữ
Nhu cầu năng lượng
cho co cơ trong thời gian dài:
• Chuyến hóa ái khí cần cho co cơ kéo dài: 36 ATP/ 1 phân tử glucose
• Sau 40 giây luyện tập, hệ hô hấp và tuần hoàn phải cung cấp đủ oxy cho chuyển hóa ái khí. Tốc độ tiêu thụ oxy tăng
trong 3-4 phút sau đó giảm và trạng
thái ổn định
• Cạn kiệt glycogen và glucose máu, mất nước và điện giải làm cản trở co cơ
Mệt mỏi:
• Co cơ yếu dần
– Tổng hợp ATP giảm khi glycogen tiêu hao
– Bơm Na-K giảm khả năng duy trì điện thế màng và tính kích thích
– Acid lactic tích tụ gây ức chế hoạt động enzym
– Tích tụ K+ ngoài tế bào gây tăng phân cực
– Sợi thần kinh vận động sử dụng hết acetylcholin
Nợ Oxy:
• Hoạt động thể lực mạnh gây thay đổi lớn về hóa học ở cơ
• Để cơ trở về trạng thái nghỉ:
– Oxy dự trữ cần phải được bổ sung
– Acid Lactic phải chuyển thành acid pyruvic
– Glycogen dự trữ cần phải được tạo thành
– ATP và CP dự trữ cần được tạo thành
• Nợ Oxy – lượng O2 cần cho các quá trình hồi phục trên
3. Sự co cơ trơn
• Cơ trơn tạo bởi các sợi cơ hình thoi có đường kính 2-10 um và chiều dài vài trăm um
• Thường được sắp xếp thành 2 lớp (dài và tròn) chồng lên nhau
• Có ở thành các cơ quan rỗng (trừ tim)
Cấu trúc vi thể của
cơ trơn
• Kém biệt hóa hơn cơ vân và không có hình thù đặc hiệu
• Không có ống T
• Không có phức hợp troponin
• Màng tế bào gấp lại giống như túi, được gọi là caveoli
– Ca2+ được giữ ở khu vực ngoài tế bào gần với caveoli, cho phép nó nhanh chóng đi vào
tế bào khi các kênh mở ra
• Không có vân và đơn vị co cơ (sarcomere)
• Có sợi dày và sợi mảnh
Tỷ lệ và sự sắp xếp của
sợi cơ ở cơ trơn
• Sợi dày có các đầu dọc chiều dài sợi
• Không có phức hợp troponin
• Sợi dày và sợi mỏng sắp xếp theo đường chéo, làm cơ trơn co theo kiểu xoáy lại
• Có các sợi trung gian không co gắn với các thể đặc
Kích thích cơ trơn
• Không theo ý muốn và co không có kích thích thần kinh
– Hormon, CO2, pH thấp, sự duỗi ra, thiếu O2
• Các sợi thần kinh tự động phồng lên giống các hạt gọi chứa các túi synap
– Kích thích nhiều tế bào cơ ở các vùng tiếp nối khác nhau
Phân bố thần kinh tới
cơ trơn
Co cơ trơn
• Cả khối cơ trơn co chậm và đồng bộ
• Co cùng 1 lúc
• Điện thế hoạt động được truyền từ tế bào này sang tế bào khác
• Một vài tế bào cơ trơn:
– Co trước và tạo nhịp cho toàn bộ khối cơ trơn
– Tự kích thích và khử cực không cần kích thích từ bên ngoài
Cơ chế co cơ trơn
• Actin và myosin tương tác theo cơ chế trượt của sợi cơ
• Kích thích cuối cùng gây co cơ là sự gia tăng nồng độ Ca2+ nội bào
• Ca2+ được giải phóng từ lưới nội bào hoặc khoảng gian bào
• Ca2+ tương tác với calmodulin và enzym kinase của chuỗi nhẹ myosin để hoạt hóa myosin
Vai trò của Canxi
• Ca2+ gắn vơi calmodulin và hoạt hóa nó
• Calmodulin hoạt hóa sẽ hoạt hóa enzym kinase
• Kinase hoạt hóa sẽ chuyển phosphat từ ATP sang các cầu nối myosin
• Các cầu nối phosphoryl hóa tương tác với actin gây co ngắn lại
• Cơ trơn giãn khi Canxi nội bào giảm
