Роль структури саркомеру в синхронізації роботи поперечних містків: теоретичний аналіз східчастих змін довжини у просторово розподіленій стохастичній моделі

Abstract

Низка фізіологічних властивостей м’яза реалізується завдяки взаємозв’язку структури та функції. Однак багато аспектів цих взаємовідносин залишаються нез’ясованими. Приклад такого зв’язку – це стрибкоподібні зміни довжини саркоме- рів. У рамках просторово розподіленої стохастичної моделі півсаркомеру були від- творені стрибкоподібні зміни його довжини в ізотонічному режимі. Статистика схо- динок у траєкторії зміни довжини, яка була отримана в моделі, подібна до такої, що спостерігається в експерименті. Проаналізовано молекулярний механізм формування сходинок. Сходинки, що спостерігаються у траєкторії, є проявом синхронної роботи поперечних містків півсаркомеру. В основі механізму, що синхронізує роботу окремих поперечних містків, лежать обмеження, які накладає структура ґратки півсаркомеру на взаємодію міозину з актином. Ключове обмеження стосується взаємних відстаней між поперечними містками та зв’язувальними центрами на актині. У дискретній ґрат- ці, де поперечні містки та зв’язувальні центри розташовані періодично, ця відстань також буде дискретною величиною. Завдяки залежності кінетики від деформації всі містки півсаркомеру поділяють на низку дискретних груп із різними хімічними влас- тивостями. Ще одна необхідна умова для виникнення синхронізації – нелінійність залежних від деформації констант швидкості переходів у механохімічному циклі, що сполучені з виконанням робочого ходу поперечного містка. Кількісно показано зв’язок параметрів стрибкоподібного руху з параметрами ґратки півсаркомеру, а саме, періодичністю розташування поперечних містків і зв’язувальних центрів на товстих і тонких філаментах, відповідно.