Chemie pro šílence 56. Svaly 1.

15. října 2015 v 5:21 | Petr |  Chemie pro šílence
Před mnoha lety, přijeli mě navšívit ( dnes bývalí ) švagři. Oba jsou vojáci z povolání na Slovensku, a bylo vidět, že tráví spoustu času v posilovně. Bicepsy se jim dmuly, chtěli nějakou práci, ať mohou ukázat, v jaké jsou kondici. Tak jsem jim řekl, že tréning v posilovně není vojákům k ničemu, a že jim ukážu proč. Vytáhl jsem ze sklepa tři motyčky na dlouhé násadě, ale malinkaté - jak pro vdovu na okopávání hrobu manžela, a začali jsme okopávat tři pruhy poryté hlíny ke garáži, aby se daly znovu osadit trávníkem. Lehoulince jsme kopkali asi dvě hodiny. Mně nevyvstala ani kapka potu na čele, zatímco švagři byli rudí, zpocení, zadýchaní, žíly naběhlé a po práci smrtelně unavení. Tak jsem se ironicky ptal : "Posilovna nepomáhá ?" Oni byli nasraní - nechápali proč jsou tak unavení a nikdy už mi s podobnou prací nepomohli.

Takže se dostáváme ke kapitole "chemie" která je na objednávku - pořád nadávám jak daleko ještě mají roboti ke zvířátkům až přišel požadavek - pořád píšeš o mozku - napiš taky něco o svalech. Ergo - budeme psát o svalech, ale když jsem si po letech osvěžoval detaily zjistil jsem, že svalový systém savců ( člověka ) je skoro stejně složitý jako mé oblíbené pyramidové a extrapyramidové nervové okruhy. Takže - chtěli jste svaly - budou, ale asi na více dílů.

Tedy prokoaryontní organismy - jakože baktérie - v podstatě pohyb příliš nepotřebují - mají jedinou membránu, kolem celé buňky a základ pohybu - pro ně nezbytný - je čerpání pro ně užitečných - molekul "membránovými pumpami" dovnitř a ven. Tím vznikl celý základní princip "membránových pump" které čerpají- li proti koncentračnímu spádu - potřebují energii.

Princip všch těchto "molekulárních čerpadel" je ten samý - na bílkovinu membránové pumpy se naváže fosfátová skupina z ATP - adenosin-trifosfátu - tím se molekula dostane do "energeticky bohatého'" stavu - nabere na jedné straně svůj substrát - a prsk na druhé straně jej vypustí a přitom se fosfátová skupina z molekuly odštěpí a ta přejde opět do své základní "energeticky chudé formy"

Takhle funguje třeba notoricky známa "NaKAtapáza" - lidsky Na-K-ATPáza alias "sodíko-draslíková pumpa", která vezme uvnitř buňky 3 sodíky, vně buňky 2 draslíky a pak je vzájemně prohodí sodík ven, draslík dovnitř. Tento princip stačil stovky miliónů let, kdy primitivní bakterie plavaly v praoceánu, který jim přinášel obživu až "k membráně", ale pak došlo celkem ke 3 změnám
  1. Bakterie objevily kouzlo aktivního pohybu - pomocí mrskání bičíků.
  2. Bakterie objevily kouzlo "bakteriálního sexu"
  3. Bakterie se spojily v první eukaryontní buňky
Než vznikne nějaké pohoršení probereme ten "sex" jedná se o tzv. "konjugaci bakterií", které se spojí a vymění si úseky DNA - tzv. plasmidy, které obsahují pro bakterie zajímavé informace - třeba geny pro enzymy likvidující antibiotika.
Všechy 3 body jsou spojeny se stejným principem, kdy nestačí pohybovat malými molekulami do buňky a ven, ale je třeba hýbat celou buňkou a jejími částmi. Což je spojeno s rozvojem "mikroskopické kostry" buněk zvané "cytoskelet". cytoskelet má dvě základní složky "mikrotubuly" - tedy opravdu trubičky nanometrových rozměrů tvořené "globulárními" alias kulatými bílkovinnými monomery. Mikrotubuly umožňují pohyb dvěma způsoby - jednak specializované bílkoviny po nich "šplhají" jako řemeslník po žebříku a přitom drží třeba velké bílkovinné enzymové komplexy alá ribozóm. Druhá možnost je taková, že tubulus se na jedné straně neustále syntezuje a na druhé straně neustále odbourává - tím se cokoliv k němu připojené pohybuje vpřed. Takhle se pohybují například váčky s neuromediátory v nervových buňkách.
OK - tento způsob pohybu je zajímavý ( jedním z příznaků jeho poruchy ve střevě - je průjem ;-), ale asi ne pro roboty. Proto pojďme ke druhé složce cytoskeletu - "mikrofilamentům". Ty jsou kratší nemají dutinu a skládají se ze spirálovitě uspořádaných molekugl Aktinu. Pricnip je takový proto-aktin je syntezován jako bílkovina, která na sebe naváže ATP čímž se z něj stane "energeticky bohatý" G-Aktin, G- jako "globulární" neboli kulovitý. Ten se spojí s dalšími G-Aktiny do struktury F-Aktinu - F - jako "fibrilární" neboli vláknitý - F-aktin své ATP ztrácí je "energeticky chudý" a energie z ATP se využije na pevnou vazbu na sousední aktiny.

Zatímco mikrotubuly jsou "jako dálnice uvintř buňky" - nebo "základní nosníky" které udržují velké struktury, mikrofilamenta jsou jako "lokální síť" silnic. Přesto je mikrofilament až 30x více než mikrotubulů. I po mikrofilamentech mohou "jezdit" transportní bílkoviny, které vozí uvnitř buňky náklad. Čistě z pedagogických důvodů si zopakujeme jak takový "nanomotor" který jede po aktinu funguje. Tedy moleula musí na začáátku být "fosforylovaná ATP a tedy v energeticky bohatém stavu a pak se do úmoru opakuje následující postup :
  1. Naváže se na aktin.
  2. Udělá po aktinu "krok" při tom se uvolní ATP rozštěpené na ADP a fosfátový iont (H2PO4-)
  3. Naváže na sebe ATP
  4. Uvoní se od aktinu a GOTO 1
Krásný čtyřtaktní stroj - jenom si všimněte toho rozdílu od robotů, že energii potřebuje aby se mohl pustit - ne aby se mohl udržet - jak by to dělali inženýři. Proč tomu tak je netušíme - nebo možná tušíme, že volné transportní molekuly jsou pro ATP snadnějí přístupné než navázané někde na mikrofilamenta.

Na transportní molekuly se může navázat prakticky cokoliv. Přesněji řečeno - pro dopravu "každého zboží" existuje specializovaný transportér - pro dopravu buněčných organel bílkovinného nebo RNA původu, pro dopravu membránových váčků endoplazmatického retikula, dokonce se na transportér může navázat i vnější membrána buňky - což je podstatou pohybu celé buňky, ale třeba i "fagocytózy" - tedy "buněčného žraní" - které v praxi vypadá tak , že bílá krvinka svojí membránou obalí baktérii, až ji pozře do váčku dovnitř (své) buňky a do tohoto váčku pak vpustí nějaký smrtící koktejl enzymů a třeba i peroxidu vodíku, který baktérii ( většinou ) zabije.

Tolik pohyb jednobuněčných organismů - přechodem na specializaci buněk uvnitř mnohobuněčných organismů teprve vznikly specializované svalové buňky, dnešní výklad měl jenom uvést odkud se pohyb bere. Bohužel jsem opět ú konce s dechem - takže mnohobuněčné tvory probereme příště, a zdá se, že detaily regulace svalového stahu probereme přespříště a tím bude miniseriál ukončen.

Nevím jestli jsem k chemikům přidával nějaké rady pro blondýny, brunety, nebo tak, ale vzhledem k rodinné situaci, musím dnes udělit radu Geekům - dávejte si bacha - nejnebezpečnější sval je děloha - v mládí život dává, ale v dospělosti život komplikuje - a to i přestože geek mužského pohlaví ji vůbec nemá !!!
 

1 člověk ohodnotil tento článek.

Komentáře

1 fň | 15. října 2015 v 23:13

Zdravím, sice u článu o svalech trochu OT ale, nedávno jsem zhlédl první díl druhé řady Cestování červí dírou s Morganem Freemanem, kde, kromě jiného, byla uvedena jakási teorie, že v mozku probíhají kvantové jevy na mikrotubulech (prý je to dostatečně malá struktura) které tvoří něco jako kvantový počítač tvořící naše vědomí.  Co si o tom myslíte?

2 petr-kubac petr-kubac | 16. října 2015 v 0:46

[1]: V mozku je tolik struktur, na kterých mohou probíhat kvantové výpočty všem před nosem, aniž bychom to zatím oficiálně tušili - že to klidně hou být i mikrotubuly.

Komentáře jsou uzavřeny.


Aktuální články

Reklama