5人体及动物生理学-肌细胞的功能6

第五章肌细胞的功能肌肉为什么会收缩？运动导致的肌肉拉伤原因是什么？肌肉急剧地收缩或者过度牵拉

5.1肌肉的分类骨骼肌心肌平滑肌横纹肌肌肉细胞的功能骨骼肌收缩引起机体运动心肌细胞收缩引起心脏跳动肌细胞是可兴奋细胞，具有兴奋性、传导性；本质功能：将化学能转变为机械能，产生张力和收缩。5.2骨骼肌的结构骨骼肌肌原纤维肌小节肌细胞/纤维明带暗带骨骼肌细胞的微细结构骨骼肌细胞也称肌纤维（musclefiber）。组成结构：

肌原纤维肌小节肌管系统粗肌丝（thickfilament）细肌丝（thinfilament）收缩蛋白附着点细胞骨架横小管（T小管）纵小管（L小管，肌质网）肌纤维肌纤维的结构细胞核肌原纤维肌膜Z带横管系统肌浆内质网（纵管系统）肌纤维（肌细胞）肌原纤维肌小节细肌丝粗肌丝肌球蛋白肌动蛋白宏观微观肌原纤维与肌管结构模式图肌小节（sarcomere）是肌原纤维的结构和功能的基本单位；位于两个Z线之间，是肌肉收缩的最小单位。粗肌丝：肌球蛋白；横桥细肌丝：肌动蛋白：是一种双螺旋体，构成细肌丝的主干原肌球蛋白肌钙蛋白细胞骨架：横向的M线区和Z线区；纵向的肌联蛋白和伴肌蛋白肌原纤维肌小节粗肌丝细肌丝横桥（1）粗肌丝肌球蛋白：分子呈长杆状，其头端有两个球状膨大部横桥的特性：（1）可以与肌动蛋白分子呈可逆结合，同时向粗肌丝中央(M线)方向扭动；（2）横桥具有ATP酶的作用，可以分解ATP提供能量，但只有横桥与肌动蛋白结合才被激活。粗肌丝细肌丝（2）细肌丝肌动蛋白：两列球形肌动蛋白分子单聚合体相互扭缠成双螺旋体构成细肌丝的主干；细肌丝的一端固定在肌纤维上的Z线上，另一端插入粗肌丝之间；肌动蛋白上有与横桥结合的位点

原肌球蛋白为双螺旋状结构，与肌动蛋白的双螺旋体平行排列；肌肉静息时，原肌球蛋白的位置正好处在肌动蛋白和横桥之间，起到阻碍二者结合的作用。肌钙蛋白由T、C、I三个亚单位组成的复合体；其中C亚单位（TnC）对肌浆中出现的Ca2+有很大的亲和力5.3骨骼肌的收缩原理和兴奋收缩偶联肌丝滑动学说

Slidingfilamenttheory，1954年首次提出。骨骼肌的兴奋-收缩偶联骨骼肌的收缩机制肌肉收缩过程的本质：在肌球蛋白与肌动蛋白的相互作用下，将分解的ATP释放的化学能转变为机械能的过程。能量转变发生在肌球蛋白的横桥和肌动蛋白之间。肌丝滑行理论经过横桥与肌丝蛋白的结合、扭动、解离和再结合、再扭动所构成的横桥循环过程，细肌丝不断滑行，肌小节缩短。（1）当肌浆中Ca2+浓度升高时，Ca2+与Tnc结合引起肌钙蛋白构象的改变，这种改变也传递给原肌球蛋白，引起原肌球蛋白构象发生扭转，除去静息时阻碍肌动蛋白与横桥结合的障碍；（2）横桥与肌动蛋白结合后向M线方向扭动45度，把细肌丝拉向M线方向，使肌节缩短。此时横桥头贮存的能量（来自ATP的分解）转变为克服负荷的张力；（3）在横桥与肌动蛋白结合摆动时，ADP和无机磷与之分离，在ADP解离的位点，横桥头部马上又与一个分子ATP结合，结果降低了横桥部与肌动蛋白的亲和力，遂使它与肌动蛋白的解离（4）如果胞浆内Ca2+浓度仍较高，便又可出现横桥同细肌丝上新位点的再结合、再扭动。如此反复进行，称为横桥周期。Ca2+是触发肌丝相对滑行的因子，因此又称它为去抑制因子。（5）一旦肌浆中的Ca2+浓度减少时，横桥与肌纤蛋白分子解离，则出现相反的变化，肌小节恢复原状，肌肉舒张；（6）肌肉舒张时，横桥结合的ATP被分解，产生ADP和无机磷并贮存在头部，此时的横桥处于高势能状态，对肌动蛋白保持着高度亲和力，等待新一轮的横桥循环。骨骼肌的兴奋-收缩耦联骨骼肌的收缩是由动作电位引起的。骨骼肌的动作电位来自支配它的运动神经骨骼肌的动作电位引起机械收缩的调控机制称为兴奋-收缩耦联。（

重点：作用过程）肌管系统（1）横管系统：简称T小管。横小管是由肌细胞膜在肌纤维的Z线处向内凹陷而形成。（2）纵管系统：即肌质网，简称L小管，膜上有钙泵，包绕肌小节。（3）L小管在接近肌小节两端的T小管处，形成特殊的膨大，称为终末池（心肌中称连接肌质网，JSR），内储存大量Ca2+。（4）T小管+两侧终末池=三联管结构。（5）在靠近T小管的终末池上有Ca2+释放通道（RYR），静息时Ca2+释放通道是关闭着的。（6）在与Ca2+释放通道对置的横管膜或肌膜上有一种L型Ca2+通道；在骨骼肌静息时，横管上的L型Ca2+通道对终末池膜上的Ca2+释放通道开口起到堵塞的作用。（7）只有当横管膜上的AP达到此处时，L型Ca2+通道发生构型改变，消除对终末池膜上Ca2+释放通道的堵塞作用，使终末池内的Ca2+大量进入肌浆，引起肌丝滑行。骨骼肌的兴奋收缩耦联兴奋通过横管系统传向肌细胞的深处三联管结构处的信息传递肌质网对Ca2+的释放与再积聚Ca2+是兴奋-收缩耦联的耦联物（1）AP可沿着凹入细胞内的横管膜传导，引起横管膜产生动作电位。当动作电位传到终末池时，同时激活T小管和肌膜上的L型Ca2+通道；（2）L型Ca2+通道通过变构作用激活终末池膜上的Ca2+释放通道，使其开放；（3）终末池内的Ca2+则顺着浓度梯度迅速释放到肌浆中；（4）肌浆中的Ca2+迅速从0.1µmol/L升高到10µmol/L，足够与肌钙蛋白（TnC）结合并达到饱和，从而触发肌丝的相对滑行，肌肉收缩；（5）当肌浆中Ca2+浓度升高时，激活肌浆网上的Ca2+泵，可将Ca2+由肌浆中转运到肌浆网中，遂使肌浆中Ca2+浓度下降到静息浓度；（6）肌钙蛋白与原肌球蛋白质的构象也随之恢复静息状态，重新阻碍横桥与肌动蛋白的结合，细肌丝滑出，肌肉舒张。肌质网对Ca2+的释放与再积聚骨骼肌：Ca2+

100%来自肌质网心肌：Ca2+

70-90%来自肌质网，10-30%来自细胞外液经L型Ca2+通道内流的Ca2+

心肌JSR的Ca2+释放通道需先由内流的Ca2+激活，才能释放其中的Ca2+。因此心肌的兴奋收缩耦联高度依赖于细胞外液的Ca2+。这种Ca2+经由L型通道内流、触发肌浆网释放Ca2+的过程称为钙触发钙释放。在兴奋收缩耦联过程中胞质内发生了Ca2+浓度的升高和降低，这种Ca2+浓度的波动称为钙瞬变。肌质中Ca2+的排出骨骼肌：纵行肌质网上的钙泵心肌：纵行肌质网上的钙泵、肌膜上的Na+-Ca2+交换体5.4影响骨骼肌收缩的因素1.负荷对肌肉收缩的影响（1）前负荷（初长度）的影响肌肉在收缩前所承受的负荷称为前负荷。前负荷决定了肌肉在收缩前被拉长的程度，即初长度。肌肉最适初长度的等长收缩可以产生最大的主动张力，肌肉的初长度大于或小于最适初长度，收缩的张力都会下降。（2）后负荷的影响肌肉在收缩过程中所承受的负荷称为后负荷。当后负荷增加到使肌肉不能再缩短时，肌肉可以产生最大的收缩张力；当负荷等于零时，肌肉收缩可达最大缩短速度。2.肌肉收缩能力的改变对肌肉收缩的影响肌肉收缩能力是指与负荷无关的能决定肌肉收缩效能的内在特性。如缺氧、酸中毒、供肌肉收缩的能源物质减少、支配肌肉神经的营养作用受阻或其他原因引起兴奋-收缩耦联、肌肉蛋白或横桥功能特性改变等，都有降低肌肉收缩的效果；而Ca2+、肾上腺素（Ad或E）、咖啡因等体液因素则可能通过影响肌肉的收缩机制提高肌肉的收缩效果。5.5平滑肌收缩机理平滑肌收缩的原发信号一般来自肌浆中游离Ca2+浓度的增高。在调钙蛋白（CaM）参与下，肌球蛋白轻链激酶（MLCK）被激活，从而催化肌球蛋白的磷酸化，启动平滑肌的横桥循环。除平滑肌收缩的钙依赖性调控外，也存在非钙依赖性调控的生化机理。假肥大型肌营养不良症（DMD）在假肥大型肌营养不良症（DMD）中，肌肉细胞发生了什么样的变化？其发病机理是什么？DMD(DuchenneMuscularDystrophy)是一种严重的神经肌肉遗传性疾病，一种X染色体连锁隐性遗传病，国内一般称为杜氏型肌营养不良或假肥大型进行性肌营养不良。发病情况比较复杂，约有65%左右与遗传有关，35%为个体突变所致。DMD是肌营养不良中发病率最高的一型。还有一种良性亚型，叫BMD（BeckerMuscularDystrophy），称为贝克型肌肉营养不良。由于体内能够保留部分的不完整的抗肌萎缩蛋白，患者通常较晚出现症状（5-15岁），临床表现较轻，发展相对缓慢，病程较DMD更长，全国每年新增约3000名DMD/BMD病人，患者总数约有10万人。DMD致病机理致病基因定位于Xp21.1-p21.3，为迄今为止发现的人类最大基因。该基因的缺失、重复或点突变，造成肌营养不良病人无法合成正常的抗肌萎缩蛋白（Dystrophin蛋白），肌细胞膜失去完整骨架，造成肌细胞膜损伤，肌肉细胞进行性破坏。临床表现主要为骨骼肌进行性萎缩，肌力逐渐减退，丧失活动能力。由于肌肉细胞呈进行性破坏，若不治疗干预，DMD病人通常在12岁前失去行走能力，最终因心肺功能衰竭在20～30岁死亡。由于体内能够保留部分的不完整的抗肌萎缩蛋白，BMD病人通常较晚出现症状（5-15岁），临床表现较轻，发展相对缓慢，寿命通常在50岁以上。DMD症状DMD和BMD基底膜肌浆膜抗肌萎缩蛋白F-atin细胞骨架层粘连蛋白肌营养不良蛋白聚糖类基因组编辑定点治疗基因组编辑DMD基因最新文献1:MendellJR,etal.,CRISPR/Cas9treatmentforDuchennemusculardystrophy.CellRes.2016Mar1.2:YoungCS,etal.,ASingleCRISPR-Cas9DeletionStrategythatTargetstheMajorityofDMDPatientsRestoresDystrophinFunctioninhiPSC-DerivedMuscleCells.CellStemCell.2016Feb10.pii:S1934-5909(16)00022-9.3:TabebordbarM,etal.,Invivogeneeditingindystrophicmousemuscleandmusclestemcells.Science.2016Jan22;351(6271):407-11.骨骼肌肌小节的横管去极化时()引起终末池上的钙离子释放通道激活A引起L型钙离子通道开放B引起L型钙离子通道与终末池结合更紧密C促进横管液的钙离子进入终末池,激活钙离子释放通道D提交单选题10分在骨骼肌兴奋-收缩耦联中,起关键作用的离子是()Na+AK+BMg2+CCa2+D提交单选题10分肌肉的初长度取决于()刺激强度A前负荷B后负荷C前、后负荷之和D提交单选题10分骨骼肌收缩的结构基础是[填空1]

作答正常使用填空题需3.0以上版本雨课堂此题未设置答案，请点击右侧设置按钮填空题10分骨骼肌收缩的基本单位是[填空1]

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