Chemie pro šílence 57. Svaly 2.

22. října 2015 v 5:52 | Petr |  Chemie pro šílence
Minule jsme začali prabaktériemi a přes améby, a bílé krvinky co "svalovým" pohybem žerou baktérie jsme se dostali až k mnohobuněčným tvorům, kteří mají specializované svalové buňky. Taky jsme se zmiňovali o tom zásadním - co vedlo ke vzniku svalstva a to je buněčný cytoskelet složený z tubulů a filament - a nejdůležitější filametnum je aktin, po kterém mohou jezdit speciální transportní bílkoviny jako vlaky po kolejích.


Pokud chcete "exportovat" pohyb vně buňky a hýbat s celým "makroorganismem" včetně sousedních buněk - tak už vám jednotlivé trasportní bílkoviny nestačí - proto se z původně jednotlivých a samostantých transportérů vyvinul "myozin", který vidíte na obrázku fialově. Jak vidíte má celu řadu vazebných míst pro aktin - a dokonce se dá říci, že má vazebná místa pro aktin rozmístěna pravidělně po celé molekule.

To ještě stále nedává přiliš smyslu, ale inženýři kolem nás už tuší jak to je - jak vidíte na obrázku molekuly aktinu a myozinu se pravidělně střídají a tím vzniká struktura - kdy aktin a myozin se do sebe zaosuvají jako píst v hydraulice nebo jako pružné lano - neboli tzv aktinomyozinový komplex. "Aktino-myozinové komplexy" se nám pak táhnou svalovou buňkou a jejich zkracováním a prodlužováním se samozřejmě prodlužuje i celá buňka, eventuelně více buněk, eventuelně celý sval. Abychom ale nepředbíhali - musíme se zmínit ještě o jednom aspektu - primitivní molekulární přenašeče jezdící po aktinu nepotřebovaly přiliš regulace - svalová kontrakce potřebuje naprosto detailní a jemnou regulaci, kterou zajišťuje systém tzv "tropomyozinu" - který vidíte na horním obrázku jako spirálu, která obklopuje aktin.

Vtip je v tom, že tromomyozinový komplex obsahuje bílkovinu zvanou Troponin-C - C od "calcium" alias vápník - tato bílkovina mění tvar, podle toho jestli je na něj navázaný vápník nebo ne a podle toho buď dovolí, nebo blokuje vazbu myozinu na aktin a tím svalovou kontrakci.
Opět je vám jasné, že od prvních mnohobuněčných živočichů k anaboliky napíchanému borci, který má erekci z vlastního bicepsu - je ještě lán cesty. Abychom pokračovali plynule tak musíme dnes začít těmi nejprimitivnějšími tvory, kteří už mají nějaké svaly a to jsou medůzy, nezmaři a mořské sasanky. Jejich svalové buňky jsou "jednobuňěčné" a aktino-myozinové komplexy v nich jsou uspořádány chaoticky - jak se snaží naznačit obrázek nahoře. Chaotické uspořádání svalových fibril - znamená relativně málo účinnou svalovou konrakci a pokud jste viděli medůzu - víte co tím myslím.

Opakovaně zdůrazňuju, že příroda nikdy neopouští technologii, která se osvědčila, takže původ svalů můžeme vystopovat až k transportu uvnitř baktérií, podobně jednotlivé svalové buňky z medůz můžeme vystopovat až k "hladkému svalstvu člověka" Drtivá většina hladkého svalstva je jednobuněčná jako u medůz. Otázka je "co je to hladlké svalstvo" - to je přesně to, co roboti nepotřebují - stěna střev, žlaz, cév, močové trubice a močový měchýř, jícen, žaludek i obávaná děloha, to všechno jsou hladké svaly. Jak říká školní poučka - stahují se pomalu, nedají se unavit, a jejich pohyb se nedá ovládat vůlí.

Kromě jednobuněčných hladkých svalů tu máme i mnohobuněčné - míněno více buněk splynutých v jedinou - hladké svalstvo a extrémím případem "high tech" hladkého svalu je srdce, které je tvořeno "mohobuněčnými" hladkými svaly a navíc - v rámci blbuvzdornosti si srdeční sval sám vyrábí svůj rytmus - a to dokonce tak, že každá srdeční buňka - je-li oddělena od zbytku srdce začne tepat samostatně. Což se zdá jako běžná věc, ale není - svalové buňky jsou řízeny nervy a bez nich se (krom srdce) ani nehnou - vozíčkáři by mohli vyprávět....
Dostáváme se k tomu, co robotici rozumí pod pojmem svaly. Jsou to vůli ovládané "příčně pruhované" svaly. Příčně pruhované svaly jsou "mohobuněčné" a aktino-myozinové komplexy (8) jsou v nich uspořádány tak pravidělně až vytvářejí pseudo - krystalickou strukturu, která je vidět v polarizačním ( ale i obyčejném ) mikroskopu. Na stránkách nějakých jogínských pomatenců jsem našel geniální obrázek, který začíná tricepsem a končí aktino-myozinovými molekulami - pěkně hierarchicky jak to máme rádi.

Než dneska skončíme tak jenom jako inspiraci pro příště si řekneme jak to celé funguje. Mozek usoudí, že je třeba se pohnout, tak pyramidovou dráhou z mozkové kůry podráždí alfa-motoneuron v "předním rohu míchy" - z míchy jde signál na nervo-svalovou ploténku což je synapse, která není mezi dvěma neurony, ale mezi neuronem a svalem. Mediátorem této synapse je acetylcholin, proto jsou všchny bojové plyny inhibitory acetylcholinesterázy, která nepotřebný acetylcholin likviduje - abychom si na bitevním poli před smrtí pěkně zakřečovali.

Acetylcholin se vyleje do štěrbiny nervosvalové ploténky, tím otevře sodíkové kanály na membráně svalové buňky - "akční potenciál" jde po této membráně až do TZV "T-tubulu" kde způsobí vylití vápníku z "endoplazmatíckého retikula" do cytoplazmy svalové buňky.

Vápník se naváže na Troponin-C, který odstaví Troponinový komplex z cesty vazbě mezi aktinem a myozinem. Myozin je v klidu fosforylovaný ATP a tedy "energeticky bohatý" a bez blokády troponinem začne hbitě skákat po aktinu, čímž se sval začne zkracovat. Je pozoruhodné, že další ATP potřebuje nikoliv pro udržení kontrakce, ale proto aby se myozin "mohl pustit" aktinu. Proto existuje posmrtná ztuhlost, kdy vápník uniká do buněk, svaly se zatnou, ale v mrtvole už není mechanismus vyrábějící další ATP, aby svaly mohly povolit - a ty povolí až jejich bílkoviny začnou podléhat mrtvolnému rozkladu - Fujtajxl.

Myslím, že už jste všichni jeleni a kdoví jestli některé nebude "posmrtná ztuhlost" strašit v noci, takže pokračování příště. Přesněji - příště to bude konečně zajímavé i pro konstruktéry robotů nebť dojde na srovnání člověk / stroj.
 

2 lidé ohodnotili tento článek.

Komentáře

1 Antimon Antimon | E-mail | 22. října 2015 v 15:43

Doktore, když píšete ze svého oboru, tak Vás naprosto "žeru". To umíte perfektně. Píšete pro "blbé laiky" naprosto srozumitelně a jasně. Chtěl bych Vám navrhnout jeden malý nápad, zda by jste nechtěl napsat knihu. Něco o biologii či medicíně právě pro nás laiky. Nic z čeho by šla udělat zkouška z biologie, ale když na nás doktor v ordinaci vyrukuje s něčím jako např. "aktino-myozinové komplexy" abychom nemuseli hledět jako puk, což činíme doposud :-)

2 fň | 22. října 2015 v 18:12

"Je pozoruhodné, že další ATP potřebuje nikoliv pro udržení kontrakce, ale proto aby se myozin "mohl pustit" aktinu."

Proč se tedy unavíme při držení závaží v jedné poloze?

3 petr-kubac petr-kubac | 22. října 2015 v 19:12

[2]: bude vysvětleno příště - hydraulický tlak uvnitř zaťatého svalu je takový, že zaškrtí průtok krve, která přináší kyslík nejen pro aktino-myozinové molekuly, ale pro celou chemickou fabriku kolem.

4 Pirx Pirx | 22. října 2015 v 22:19

Tak se snad konecne lidsky dozvim, jak je to s kyselinou mlecnou a proc mam (jakozto vecne sedici programator-elektronik) svalovici pri kazde vetsi fyzicke zatezi.

5 pb pb | 23. října 2015 v 10:08

[4]:co je to svalovice? ne slivovice?

6 Honza Honza | 23. října 2015 v 18:46

[3]: Myslím, že to není pravda. Ve skutečnosti dle mého názoru statické držení funguje tak, že se AM spojují stejně rychle jako rozpojují.

7 Pirx Pirx | 24. října 2015 v 16:02

[5]: Svalovice - bolest svalu po fyzicke namaze u jedincu ignorujicich nutnost udrzovani telesne schranky (muj pripad :-)

Na slivovici reaguju jinym zpusobem, ktery byl popsan velmi vystizne v jinych clancich tohoto blogu :-)

No a jinak: TAKHLE si predstavuji robotickou chuzi!

https://www.youtube.com/watch?v=-Vg-BdXps50

Blby je, ze ten robot zacina na 1400 USD.

8 Osmdesát Osmdesát | 24. října 2015 v 23:13

To je zajímavé. Ta potřeba dalšího atp pro uvolnění svalu mi připomněla, že když něco křečovitě a dlouho držím, mám pak problém ruku opět rozevřít. Možná je to právě proto?
Už se taky těším na vysvětlení, proč ti vaši dva příbuzní-svalovci měli potíže vydržet při okopávání motyčkou. Asi si v kulturistických časopisech a knížkách fakt prohlížejí jen obrázky a moc nečtou, když se nechali takhle nachytat. No ještěže jste jim nedal věšet mokré prádlo na šňůry, to byste je byl opravdu ostudně pokořil (:

9 Osmdesát Osmdesát | 24. října 2015 v 23:40

[6]: Pokud je mi známo, vzruchy po nervech jsou přenášeny pulzně pulzy stejných délek, s tím, že čím je silnější vzruch/povel, tím vyšší frekvence těchto pulzů - je to v rozmezí od jednotek do stovek Hz. Povel pro sval je podobně modulovaný. Myslím, že se to jmenuje pulzně-kmitočtová modulace.
To by ukazovalo na to, že sval je zatínán pulzně, nikoliv spojitě, takže musí být po každé kontrakci následovat i relaxace. Otázkou je ale, jakou časovou setrvačnost svalové vlákno vykazuje. Možná, že se pulzní vzruchy ve svalu integrují do nějaké střední hodnoty a pak je celá tato myšlenka scestná. Když ale člověk silně zatne sval a přiloží k uchu, slyší ve svalu hučení, což by mohl být artefakt pulzního charakteru vzruchů.

10 Pirx Pirx | 24. října 2015 v 23:53

[9]:Huceni ve svalu (bez dvojsmyslu) jsem postrehl taky, ale myslim, ze je zpusobeno spise zaskrcenim prutoku krve, jak bylo zmineno vyse [3]:.

Komentáře jsou uzavřeny.


Aktuální články

Reklama