Bài giảng hóa sinh cơ cho BSDK

Muscle fibers Muscle fiber Myofibril Sarcomere 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 tru

HÓA SINH CƠ

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)

Màng tế bào cơ

Tơ cơ

Hệ thống ống của lưới nội bào

Muscle fibers

Muscle fiber

Myofibril Sarcomere

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

Cơ vân

Sợi cơ

Tơ cơ

Sarcomere: Đơn vị chức năng của cơ vân

Electron micrograph

Myosin filaments Actin filaments Actin filaments

Modified from Vander, Sherman, Luciano

Human Physiology, McGraw-Hill.

thin filament

lattice

overlap region

center of sarcomere

thick filament lattice Cross-sectional views of: Các thiết diện cắt ngang của Đơn vị co cơ

Phần sợi

mảnh

Phần chồng chéo sợi mảnh và dày

Trung tâm đơn

vị co cơ

Phần sợi dày

1.1 Sợi dày:

• Trong điều kiện sinh lý, các phân tử myosin kết hợp với nhau tạo sợi dày

Myosin is a hexamer:

2 myosin heavy chains

4 myosin light chains

C terminus

Coiled coil of two  helices

Đầu Myosin: đảm nhận tất cả chức năng vận động của myosin,

tức là khả năng di chuyển và tạo lực

Modified from Vander, Sherman, Luciano

Human Physiology, McGraw-Hill.

- 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 A o (đầu N tận cuộn lại) gắn với đuôi dài hình gậy

1600 A o (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 ( actin), gắn 1ATP Điều kiện sinh lý, actin polyme tạo F-actin, ATP thủy phân, ADP vẫn gắn với F- actin

G Chức năng: co cơ, di chuyển của nhiều loại tế bào

- 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 Ca 2+ T gắn Tropomyosin, I gắn actin, C gắn Canxi

Cấu trúc của actin và myosin

1.3 Các protein khác của cơ:

2 Sự co cơ vân

Tiếp nối thần kinh cơ(Neuromuscular Junctions hay 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 đông (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

ADP và Pi (inorganic phosphate) giải phóng

2 Lực co cơ- đầu myosin quay

và gập lại khi tựa trên sợi actin, trượt về phía vạch M

3 Khi phân tử ATP mới gắn vào đầu myosin, myosin tách khỏi actin

Đầu Myosin (trạng thái năng lượng thấp)

4.Khi ATP thủy phân thành ADP

và Pi, đầu myosin dựng lên

1 Myosin gắn với sợi actin

Đầu Myosin (trạng thái năng lượng cao)

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  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

Creatinin kinase

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

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

Cấu trúc vi thể của cơ trơn

• Kém biệt hóa hơn cơ vân và không có hình thù

• 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

Tỷ lệ và sự sắp xếp của sợi cơ ở cơ trơn

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

• 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

• 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