Cơ và Vận động
Cách động vật chuyển hóa năng lượng hóa học thành chuyển động: cơ chế phân tử của sự co cơ và cơ học của bơi lội, bay, chạy và bò.
Definition
Cơ là mô co rút tạo ra lực và chuyển động thông qua sự tương tác của các sợi actin và myosin, và vận động là sự di chuyển tự thân của một loài động vật trong môi trường của nó, đạt được nhờ hoạt động của cơ trên các cấu trúc xương hoặc thủy tĩnh.
Scope
Lĩnh vực này bao gồm sinh lý học so sánh về cơ và vận động: cấu trúc của cơ và cơ chế co rút sợi trượt, năng lượng và các loại sợi cơ, cơ sinh học chuyển lực cơ thành chuyển động, và các phương thức vận động đa dạng cùng hiệu quả của chúng. Nó bao gồm các cấp độ phân tử, tế bào và toàn bộ cơ thể động vật, cũng như cách chuyển động được điều chỉnh phù hợp với kích thước cơ thể và môi trường. Phạm vi bao phủ mang tính so sánh và cơ chế hơn là lâm sàng.
Sub-topics
Core questions
- Cơ chuyển đổi năng lượng hóa học thành lực và sự rút ngắn như thế nào?
- Các sợi cơ khác nhau về tốc độ, khả năng chống mỏi và nguồn cung cấp năng lượng như thế nào?
- Lực cơ được chuyển thành chuyển động hữu ích bởi bộ xương và chi như thế nào?
- Những phương thức vận động nào đã tiến hóa, và điều gì làm cho chuyển động hiệu quả?
Key theories
- Lý thuyết sợi trượt về sự co rút
- Cơ rút ngắn không phải do các sợi của nó rút ngắn mà do các sợi actin và myosin trượt qua nhau, một mô hình được đề xuất độc lập bởi hai nhóm từ việc quan sát kính hiển vi của cơ đang co rút.
- Chu trình cầu nối ngang
- Lực và sự trượt được tạo ra bởi các đầu myosin liên tục gắn vào actin, kéo, tách ra và gắn lại trong một chu trình được cung cấp năng lượng bởi quá trình thủy phân ATP và được điều hòa bởi canxi, giải thích các đặc tính cơ học của cơ.
Mechanisms
Cơ vân được cấu tạo từ các sarcomere, trong đó các sợi actin và myosin xen kẽ trượt qua nhau để làm ngắn sợi cơ. Sự co rút được kích hoạt khi một điện thế hoạt động giải phóng canxi từ lưới nội chất cơ, làm lộ ra các vị trí liên kết trên actin để các đầu myosin thực hiện chu trình gắn vào, đẩy và tách ra, mỗi chu trình tiêu thụ ATP. Các sợi cơ khác nhau về tốc độ co rút và việc chúng dựa vào chuyển hóa hiếu khí hay kỵ khí, tạo ra các loại cơ chậm, chống mỏi và cơ nhanh, mạnh mẽ phù hợp với các nhiệm vụ khác nhau. Cơ tác động lên các đòn bẩy xương hoặc bộ xương thủy tĩnh để tạo ra chuyển động, và cơ học kết quả phụ thuộc vào kích thước cơ thể, với vận động qua bơi lội, bay, chạy và đào hang cho thấy chi phí vận chuyển đặc trưng. Công trình so sánh liên hệ các chi phí này với kích thước cơ thể và môi trường, tiết lộ lý do tại sao mỗi phương thức chuyển động lại hiệu quả trong điều kiện riêng của nó.
Clinical relevance
Sự hiểu biết phân tử về sự co rút và nghiên cứu so sánh về năng lượng cơ là nền tảng cho việc phân tích hiệu suất cơ, sự mệt mỏi và chi phí năng lượng của việc tập luyện và vận động. Mục này mang tính giáo dục và không cung cấp hướng dẫn y tế.
History
Các nghiên cứu nhiệt động học về cơ của A. V. Hill và các đề xuất độc lập về lý thuyết sợi trượt của Andrew Huxley cùng Rolf Niedergerke và của Hugh Huxley cùng Jean Hanson vào năm 1954 đã thiết lập cách cơ co rút. Các nhà cơ sinh học so sánh như Robert McNeill Alexander sau đó đã phân tích cách cơ cung cấp năng lượng cho các hình thức vận động đa dạng của động vật.
Key figures
- Andrew Huxley
- Hugh Huxley
- Archibald Vivian Hill
- Robert McNeill Alexander
Related topics
Seminal works
- huxley1954
- huxleyhanson1954
- hill2016
Frequently asked questions
- Lý thuyết sợi trượt nói gì?
- Nó nói rằng cơ rút ngắn vì các sợi actin và myosin trượt qua nhau thay vì co lại, do đó các sợi chồng chéo tăng mức độ chồng chéo của chúng trong quá trình co rút.
- Tại sao một số cơ nhanh và một số khác chậm?
- Các sợi cơ khác nhau về protein co rút và nguồn cung cấp năng lượng, với các sợi nhanh được xây dựng cho những nỗ lực mạnh mẽ, nhanh chóng và các sợi chậm cho công việc bền bỉ, chống mỏi.