Sarcomere Structure and Parts, Functions and Histology



A sarcomere jest to podstawowa jednostka funkcjonalna mięśni poprzecznie prążkowanych, czyli mięśni szkieletowych i sercowych. Mięśnie szkieletowe to rodzaj mięśni, który jest wykorzystywany w ruchu dobrowolnym, a mięsień sercowy jest mięśniem, który jest częścią serca.

Powiedzieć, że sarkomerem jest jednostka funkcjonalna, oznacza, że ​​wszystkie składniki niezbędne do skurczu są zawarte w każdym sarcomerze. W rzeczywistości mięśnie prążkowane składają się z milionów małych sarkomerów, które skracają się indywidualnie z każdym skurczem mięśni.

Oto główny cel sarcomere. Sarkomery są zdolne do inicjowania dużych ruchów poprzez jednomyślne kurczenie się. Jego unikalna struktura pozwala tym małym jednostkom koordynować skurcze mięśni.

W rzeczywistości skurczowe właściwości mięśni są charakterystyczną cechą zwierząt, ponieważ ruch zwierząt jest niezwykle gładki i złożony. Lokomocja wymaga zmiany długości mięśnia podczas jego zginania, co wymaga struktury molekularnej, która umożliwia skrócenie mięśni.

Indeks

  • 1 Struktura i części
    • 1.1 Miofibryle
    • 1.2 Myozyna i aktyna
    • 1.3 Myofilamenty
  • 2 Funkcje
    • 2.1 Udział miozyny
    • 2.2 Związek miozyny i aktyny
  • 3 Histologia
    • 3.1 Pasmo A
    • 3.2 Strefa H
    • 3.3 Pasmo I
    • 3,4 dyski Z
    • 3.5 Linia M
  • 4 odniesienia

Struktura i części

Jeśli tkanka mięśni szkieletowych jest dokładnie badana, obserwuje się wygląd prążkowany. Te „paski” reprezentują wzór naprzemiennych pasm, jasnych i ciemnych, odpowiadających różnym włóknom białkowym. Oznacza to, że pasy te są tworzone przez przeplatane włókna białkowe, które tworzą każdy sarcomere.

Miofibryle

Włókna mięśniowe składają się z setek do tysięcy kurczliwych organelli zwanych miofibrylami; Te miofibryle są ułożone równolegle, tworząc tkankę mięśniową. Jednak same miofibryle są zasadniczo polimerami, to znaczy powtarzającymi się jednostkami sarkomerów.

Miofibryle są włóknistymi i długimi strukturami i są zbudowane z dwóch rodzajów włókien białkowych, które są ułożone jedna na drugiej.

Miozyna i aktyna

Miozyna jest gęstym włóknem z kulistą główką, a aktyna jest cieńszym włóknem, które oddziałuje z miozyną podczas procesu skurczu mięśni.

Dany miofibril zawiera około 10 000 sarkomerów, z których każdy ma długość około 3 mikrometrów. Podczas gdy każdy sarkomer jest mały, kilka sarkomerów agregatu obejmuje długość włókna mięśniowego.

Myofilamenty

Każdy sarkomer składa się z grubych, cienkich wiązek wspomnianych powyżej białek, które razem nazywane są myofilamentami.

Rozszerzając część myofilamentów, możesz zidentyfikować cząsteczki, które je tworzą. Grube włókna są wykonane z miozyny, podczas gdy drobne włókna są wykonane z aktyny.

Aktyna i miozyna są białkami kurczliwymi, które powodują skrócenie mięśni podczas interakcji. Ponadto cienkie włókna zawierają inne białka o funkcji regulacyjnej zwanej troponiną i tropomiozyną, które regulują interakcje między białkami kurczliwymi.

Funkcje

Główną funkcją sarkomeru jest umożliwienie kurczenia się komórki mięśniowej. W tym celu sarkomery muszą zostać skrócone w odpowiedzi na impuls nerwowy.

Grube i cienkie włókna nie skracają się, ale przesuwają się wokół siebie, co powoduje skrócenie sarkomeru, podczas gdy włókna zachowują tę samą długość. Ten proces jest znany jako model ślizgowych włókien skurczu mięśni.

Ślizganie się włókna wytwarza napięcie mięśniowe, które jest niewątpliwie głównym wkładem sarkomeru. To działanie daje mięśniom siłę fizyczną.

Szybka analogia do tego jest sposobem, w jaki długa drabina może być przedłużana lub składana w zależności od naszych potrzeb, bez fizycznego skracania jej metalowych części.

Zaangażowanie miozyny

Na szczęście ostatnie badania dają dobre pojęcie o tym, jak działa ten poślizg. Teoria przesuwnego filamentu została zmodyfikowana w celu uwzględnienia sposobu, w jaki miozyna jest w stanie przyciągnąć aktynę w celu skrócenia długości sarkomeru.

W tej teorii kulista główka miozyny znajduje się w pobliżu aktyny w obszarze zwanym regionem S1. Obszar ten jest bogaty w segmenty z zawiasami, które można wyginać, co ułatwia skurcz.

Zgięcie S1 może być kluczem do zrozumienia, w jaki sposób miozyna może „chodzić” wzdłuż filamentów aktynowych. Osiąga się to przez cykle wiązania fragmentu miozyny S1, jego skurczu i jego ostatecznego uwolnienia.

Związek miozyny i aktyny

Kiedy miozyna i aktyna łączą się, tworzą przedłużenia zwane „mostami skrzyżowanymi”. Te skrzyżowane mosty można tworzyć i zerwać z obecnością (lub nieobecnością) ATP, który jest cząsteczką energii, która umożliwia skurcz.

Gdy ATP wiąże się z filamentem aktynowym, przenosi go do pozycji, która odsłania jego miejsce wiązania miozyny. Pozwala to kulistej główce miozyny na przyłączenie się do tego miejsca, tworząc mostek krzyżowy.

To połączenie powoduje dysocjację grupy fosforanowej ATP, a zatem miozyna inicjuje swoją funkcję. Następnie miozyna wchodzi w stan niższej energii, gdzie można skrócić sarkomery.

Aby przełamać mostek krzyżowy i ponownie umożliwić wiązanie miozyny z aktyną w następnym cyklu, konieczne jest związanie innej cząsteczki ATP z miozyną. Oznacza to, że cząsteczka ATP jest niezbędna zarówno dla skurczu, jak i odprężenia.

Histologia

Skrawki histologiczne mięśnia pokazują cechy anatomiczne sarkomerów. Grube włókna złożone z miozyny są widoczne i reprezentowane są jako pasmo sarkomeru.

Cienkie włókna złożone z aktyny wiążą się z białkiem na dysku Z (lub linii Z) zwanym alfa-aktyniną i są obecne na całej długości pasma I i części pasma A.

Obszar, w którym grube i cienkie włókna zachodzą na siebie, ma gęsty wygląd, ponieważ pomiędzy włóknami jest mało miejsca. Obszar, w którym cienkie i grube włókna zachodzą na siebie, jest bardzo ważny dla skurczu mięśni, ponieważ jest to miejsce, w którym rozpoczyna się ruch włókna.

Cienkie włókna nie rozciągają się całkowicie w pasmach A, pozostawiając środkowy obszar pasma A, który zawiera tylko grube włókna. Ten centralny obszar pasma A wydaje się nieco jaśniejszy niż reszta pasma A i nazywa się strefą H.

Środek strefy H ma pionową linię zwaną linią M, gdzie białka pomocnicze utrzymują razem grube włókna.

Główne elementy histologii sarkomeru podsumowano poniżej:

Pasmo A

Gruba strefa włókien złożona z białek miozyny.

Strefa H

Środkowa strefa pasma A, bez białek aktynowych nałożonych, gdy mięsień jest zrelaksowany.

Zespół I

Strefa cienkich włókien złożonych z białek aktynowych (bez miozyny).

Dyski Z.

Czy granice między sąsiednimi sarkomerami, utworzone przez białka wiążące aktynę, są prostopadłe do sarkomeru.

Linia M

Strefa centralna utworzona przez białka pomocnicze. Znajdują się one w środku grubego włókna miozyny, prostopadle do sarkomeru.

Jak wspomniano powyżej, kurczenie występuje, gdy grube włókna przesuwają się wzdłuż drobnych włókien w krótkim odstępie czasu, aby skrócić miofibryle. Jednak zasadniczą różnicą do zapamiętania jest to, że same żyły nie kurczą się; jest to działanie poślizgowe, które daje im możliwość skrócenia lub wydłużenia.

Referencje

  1. Clarke, M. (2004). Przesuwane włókno w odległości 50 °. Natura, 429(6988), 145.
  2. Hale, T. (2004) Fizjologia ćwiczeń: podejście tematyczne (Pierwsze wydanie). Wiley
  3. Rhoades, R. i Bell, D. (2013). Fizjologia medyczna: Zasady medycyny klinicznej (4 ed.). Lippincott Williams & Wilkins.
  4. Spudich, J. A. (2001). Huśtawka miosinowa typu cross-bridge. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2(5), 387-392.
  5. Thibodeau, P. (2013). Anatomia i fizjologia (8th). Mosby, Inc.
  6. Tortora, G. i Derrickson, B. (2012). Zasady anatomii i fizjologii (13. wydanie). John Wiley & Sons Inc.