Bài giảng hóa sinh cơ cho BSDK

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
Muscle fibers
Muscle fiber
Myofibril
Sarcomere
Modified from McMahon, Muscles, Reflexes and Locomotion
Princeton University Press, 1984.

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
Sarcomere
A band
I band
I band
Z line
1 µm
Modified from Vander, Sherman, Luciano
Human Physiology, McGraw-Hill.
thin filament
lattice
overlap
region
center of
sarcomere

thick filament
lattice
Cross-sectional views of:
Đơn vị co cơ
Các thiết diện cắt ngang của
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
2 nm
Coiled coil of two α 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 (G- actin), gắn 1ATP. Điều kiện sinh lý, G-
actin polyme tạo F-actin, ATP thủy phân, ADP vẫn gắn với F-
actin
-
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 A
o
, 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 Ca
2+
. 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 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
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 O
2
cần cho các quá trình hồi phục trên