The Sliding-Filament Theory of Muscle Contraction

ویرایش: 1st ed. 
نویسندگان: David  Aitchison Smith  
سری:  
ISBN (شابک) : 9783030035259, 9783030035266 
ناشر: Springer International Publishing 
سال نشر: 2018 
تعداد صفحات: 433 
زبان: English 
فرمت فایل : PDF (درصورت درخواست کاربر به PDF، EPUB یا AZW3 تبدیل می شود) 
حجم فایل: 12 مگابایت 

قیمت کتاب (تومان) : 51,000



درک مکانیسم مولکولی انقباض عضلانی با کشف این موضوع آغاز شد که عضله مخطط از رشته‌های در هم می‌لغزد که روی هم می‌لغزند. رشته‌های لغزنده و مکانیزم کارکردن، چارچوبی را برای موتورهای میوزین منفرد فراهم می‌کنند تا به صورت موازی عمل کنند و با استفاده کارآمد از انرژی شیمیایی، کشش و کوتاه شدن بار تولید کنند. دانش ما در مورد این ماشین مولکولی با ساختار عالی در چهار دهه گذشته به لطف مجموعه ای از تکنیک های گیج کننده برای مطالعه عضله دست نخورده، فیبرهای عضلانی، میوفیبریل ها و مولکول های تک میوزین منفجر شده است.

پس از بررسی پیش‌زمینه مکانیکی و بیوشیمیایی، این تک‌نگاره نشان می‌دهد که چگونه اکتشافات تجربی قدیمی و جدید را می‌توان مدل‌سازی، تفسیر و در یک نظریه ریاضی منسجم انقباض در سطح مولکولی گنجاند. این تئوری برای پدیده‌های حالت پایدار و گذرا در فیبرهای عضلانی، نوسانات ضربان بال در عضله پرواز حشرات، سنجش تحرک و آزمایش‌های تک مولکولی با به دام انداختن نوری اعمال می‌شود. چنین سنتزی به مسائل عمده‌ای می‌پردازد، به ویژه اینکه آیا یک موتور میوزین منفرد توسط یک حرکت حرکتی یا مکانیزم ضامن دار به حرکت در می‌آید، چگونه حرکت کار با آزادسازی فسفات همراه می‌شود، و اینکه آیا یک چرخه اتصال توسط هیدرولیز یک مولکول هدایت می‌شود. ATP. راه هایی که در آن می توان این نظریه را گسترش داد در ضمائم بررسی شده است.
یک نظریه جداگانه برای تنظیم همکاری عضله توسط کلسیم از طریق تروپومیوزین و تروپونین روی رشته های اکتین مورد نیاز است. . این کتاب تکامل مدل‌ها را برای تنظیم مبتنی بر اکتین بررسی می‌کند، که در مدلی با انگیزه مطالعات cryo-EM که در آن پروتومرهای tropomyosin برای تشکیل یک زنجیره انعطاف‌پذیر پیوسته به هم متصل می‌شوند، ختم می‌شود. همچنین رفتار عضلانی را به عنوان تابعی از سطح کلسیم مورد بررسی قرار می دهد، از جمله پدیده های اضطراری مانند انقباضات نوسانی خود به خود و تنظیم مستقیم میوزین توسط زنجیره های سبک تنظیمی آن. مدل‌های انقباض را می‌توان با گنجاندن آنها در یک نظریه مشارکتی تنظیم رشته نازک به تمام سطوح فعال‌سازی کلسیم گسترش داد و روشی برای دستیابی به این سنتز بزرگ پیشنهاد شده است.

< /p>

دکتر دیوید آیچیسون اسمیت یک فیزیکدان نظری با سی سال تجربه تحقیقاتی در مدل سازی انقباض عضلانی، با همکاری گروه های آزمایشی در آزمایشگاه های مختلف است.

Understanding the molecular mechanism of muscle contraction started with the discovery that striated muscle is composed of interdigitating filaments which slide against each other. Sliding filaments and the working-stroke mechanism provide the framework for individual myosin motors to act in parallel, generating tension and loaded shortening with an efficient use of chemical energy. Our knowledge of this exquisitely structured molecular machine has exploded in the last four decades, thanks to a bewildering array of techniques for studying intact muscle, muscle fibres, myofibrils and single myosin molecules.

After reviewing the mechanical and biochemical background, this monograph shows how old and new experimental discoveries can be modelled, interpreted and incorporated into a coherent mathematical theory of contractility at the molecular level. The theory is applied to steady-state and transient phenomena in muscle fibres, wing-beat oscillations in insect flight muscle, motility assays and single-molecule experiments with optical trapping. Such a synthesis addresses major issues, most notably whether a single myosin motor is driven by a working stroke or a ratchet mechanism, how the working stroke is coupled to phosphate release, and whether one cycle of attachment is driven by the hydrolysis of one molecule of ATP. Ways in which the theory can be extended are explored in appendices.
A separate theory is required for the cooperative regulation of muscle by calcium via tropomyosin and troponin on actin filaments. The book reviews the evolution of models for actin-based regulation, culminating in a model motivated by cryo-EM studies where tropomyosin protomers are linked to form a continuous flexible chain. It also explores muscle behaviour as a function of calcium level, including emergent phenomena such as spontaneous oscillatory contractions and direct myosin regulation by its regulatory light chains. Contraction models can be extended to all levels of calcium-activation by embedding them in a cooperative theory of thin-filament regulation, and a method for achieving this grand synthesis is proposed.

Dr. David Aitchison Smith is a theoretical physicist with thirty years of research experience in modelling muscle contractility, in collaboration with experimental groups in different laboratories.

Front Matter ....Pages i-xv
 Introduction  (David Aitchison Smith)....Pages 1-19
 Of Sliding Filaments and Swinging Lever-Arms  (David Aitchison Smith)....Pages 21-53
 Actin-Myosin Biochemistry and Structure  (David Aitchison Smith)....Pages 55-99
 Models for Fully-Activated Muscle  (David Aitchison Smith)....Pages 101-165
 Transients, Stability and Oscillations  (David Aitchison Smith)....Pages 167-236
 Myosin Motors  (David Aitchison Smith)....Pages 237-291
 Models of Thin-Filament Regulation  (David Aitchison Smith)....Pages 293-346
 Cooperative Muscular Activation by Calcium  (David Aitchison Smith)....Pages 347-373
Back Matter ....Pages 375-426