Elastic Strain Waves in Single Muscle Fibers
单肌纤维中的弹性应变波
基本信息
- 批准号:9111999
- 负责人:
- 金额:$ 4万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:1991
- 资助国家:美国
- 起止时间:1991-08-01 至 1993-01-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Muscle contraction is driven by conformational changes associated with portions of myosin molecules when they are attached to actin filaments. This shape change results in a sliding motion between these two muscle proteins and thus, shortening of the entire muscle. Attempts to understand the dymamics of this system have relied on two approaches: (1) experiments that employ rapid mechanical transients applied to activated muscle and (2) mass action models that treat these proteins as independent chemical species. Our research re-examines these two approaches with a combination of theoretical and experimental approaches. From a theoretical standpoint, we will show that rapid mechanical perturbations applied to single muscle cell preparations lead to propagating waves of internal strain and that these waves may account for the behaviors that have been incorrectly attributed to mysosin kinetics. Using recent experimental methods that employ high - speed laser diffractometry, we show such waves occur and we use such data to corroborate our theoretical predictions. We will also develop a new theoretical approach for modelling thedynamics of interacting proteins. In this new approach, we relax the assumption that each myosin molecule acts independently. Instead, we argue that the kinetics of each molecule can be represented as an oscillator whose behavior depends on the kinetics of its neighboring myosins. This system of coupled oscillators can yield kinetics of an ensemble of molecules that is vastly different from the kinetics of each individual. These two approaches challenge the classic views of muscle as a system of slow, independent molecules whose kinetics can be extracted from experiments employing rapid mechanical perturbations.//
当肌球蛋白分子附着在肌动蛋白细丝上时,肌球蛋白分子的构象变化会导致肌肉收缩。这种形状的变化导致这两种肌肉蛋白之间的滑动运动,从而缩短了整个肌肉。试图理解这一系统的动力学依赖于两种方法:(1)将快速机械瞬变应用于激活的肌肉的实验;(2)将这些蛋白质视为独立化学物种的质量作用模型。我们的研究用理论和实验相结合的方法重新审视了这两种方法。从理论上讲,我们将证明,应用于单个肌肉细胞制剂的快速机械扰动会导致内部应变的传播波,这些波可能解释了被错误归因于mysosin动力学的行为。使用最近使用高速激光衍射术的实验方法,我们证明了这种波的存在,并且我们使用这样的数据来证实我们的理论预测。我们还将开发一种新的理论方法来模拟相互作用蛋白质的动力学。在这个新的方法中,我们放松了每个肌球蛋白分子独立作用的假设。相反,我们认为每个分子的动力学可以被表示为一个振荡器,其行为取决于其相邻肌球蛋白的动力学。这种耦合振荡器系统可以产生与每个个体的动力学有很大不同的分子集合的动力学。这两种方法挑战了肌肉的传统观点,即肌肉是一个缓慢的、独立的分子系统,其动力学可以通过使用快速机械扰动的实验来提取。
项目成果
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