SARKOMER: BUDOWA I CZĘŚCI, FUNKCJE I HISTOLOGIA - ANATOMIA I FIZJOLOGIA - 2025

Sarkomerów jest podstawową jednostką funkcjonalną mięśni szkieletowych, czyli mięśnia szkieletowego i serca. Mięsień szkieletowy to rodzaj mięśnia wykorzystywanego do wykonywania ruchów dobrowolnych, a mięsień sercowy to mięsień będący częścią serca.

Mówiąc, że sarkomer jest jednostką funkcjonalną, oznacza to, że wszystkie składniki niezbędne do skurczu są zawarte w każdym sarkomerze. W rzeczywistości mięśnie szkieletowe składają się z milionów maleńkich sarkomerów, które indywidualnie skracają się z każdym skurczem mięśnia.

Mikrografia sarkomeru (u góry) i jego reprezentacja (u dołu)

Na tym polega główny cel sarkomeru. Sarcomery są zdolne do inicjowania dużych ruchów, kurcząc się zgodnie. Jego unikalna konstrukcja pozwala tym małym jednostkom koordynować skurcze mięśni.

W rzeczywistości kurczliwość mięśni jest charakterystyczną cechą zwierząt, ponieważ ruchy zwierząt są niezwykle płynne i złożone. Lokomocja wymaga zmiany długości mięśnia podczas jego zginania, co wymaga struktury molekularnej, która umożliwia skracanie mięśnia.

Struktura i części

Jeśli dokładnie zbadana jest tkanka mięśni szkieletowych, obserwuje się prążkowany wygląd. Te „paski” przedstawiają wzór naprzemiennych pasm, jasnych i ciemnych, odpowiadających różnym włóknom białkowym. Oznacza to, że paski te składają się ze splecionych ze sobą włókien białkowych, które tworzą każdy sarkomer.

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 długimi, włóknistymi strukturami i są zbudowane z dwóch rodzajów włókien białkowych, które są ułożone jeden na drugim.

Miozyna i aktyna

Miozyna to grube włókno z kulistą główką, a aktyna to cieńsze włókno, które oddziałuje z miozyną podczas procesu skurczu mięśni.

Dana miofibryla zawiera około 10 000 sarkomerów, z których każdy ma około 3 mikrony długości. Chociaż każdy sarkomer jest mały, kilka zagregowanych sarkomerów obejmuje długość włókna mięśniowego.

Myofilamenty

Każdy sarkomer składa się z grubych i cienkich wiązek wymienionych powyżej białek, które razem nazywane są miofilamentami.

Powiększając część miofilamentów, można zidentyfikować cząsteczki, które je tworzą. Grube włókna są wykonane z miozyny, podczas gdy cienkie włókna są wykonane z aktyny.

Aktyna i miozyna to kurczliwe białka, które powodują skracanie mięśni, gdy wchodzą ze sobą w interakcje. Ponadto cienkie włókna zawierają inne białka o funkcji regulacyjnej, zwane troponiną i tropomiozyną, które regulują interakcje między białkami kurczliwymi.

cechy

Główną funkcją sarkomeru jest umożliwienie skurczu komórki mięśniowej. Aby to zrobić, sarkomer musi się skrócić w odpowiedzi na impuls nerwowy.

Grube i cienkie włókna nie skracają się, lecz przesuwają się wokół siebie, powodując skracanie sarkomeru, podczas gdy włókna pozostają tej samej długości. Ten proces jest znany jako model skurczu mięśni przesuwnych włókien.

Przesuwanie się filamentu generuje napięcie mięśniowe, co jest niewątpliwie głównym wkładem sarkomeru. To działanie zapewnia mięśniom siłę fizyczną.

Szybką analogią do tego jest sposób, w jaki długą drabinę można rozłożyć lub złożyć w zależności od naszych potrzeb, bez fizycznego skracania jej metalowych części.

Zaangażowanie miozyny

Na szczęście ostatnie badania dają dobre wyobrażenie o tym, jak działa ta potknięcie. Teoria przesuwających się włókien została zmodyfikowana, aby uwzględnić sposób, w jaki miozyna jest w stanie ciągnąć aktynę, aby skrócić długość sarkomeru.

W tej teorii kulista głowa miozyny znajduje się blisko aktyny w obszarze zwanym regionem S1. Ten region jest bogaty w segmenty zawiasowe, które mogą się zginać, a tym samym ułatwiać skurcz.

Zgięcie S1 może być kluczem do zrozumienia, w jaki sposób miozyna jest w stanie „chodzić” wzdłuż włókien aktyny. Osiąga się to poprzez cykliczne uruchamianie fragmentu miozyny S1, jej skurcz i ostateczne uwolnienie.

Związek miozyny i actiba

Kiedy miozyna i aktyna łączą się ze sobą, tworzą przedłużenia zwane „mostkami krzyżowymi”. Te mostki krzyżowe mogą być tworzone i przerywane w obecności (lub braku) ATP, który jest cząsteczką energetyczną, która umożliwia skurcz.

Kiedy ATP wiąże się z filamentem aktyny, przesuwa go do pozycji, która odsłania miejsce wiązania miozyny. Pozwala to kulistej głowie miozyny związać się z tym miejscem, tworząc mostek krzyżowy.

To połączenie powoduje dysocjację grupy fosforanowej ATP, a zatem miozyna zaczyna swoją funkcję. Miozyna przechodzi następnie w stan niższej energii, w którym sarkomer może ulec skróceniu.

Aby przerwać mostek krzyżowy i umożliwić miozynie ponowne związanie się z aktyną w następnym cyklu, konieczne jest związanie innej cząsteczki ATP z miozyną. Oznacza to, że cząsteczka ATP jest niezbędna zarówno do skurczu, jak i rozluźnienia.

Histologia

Histologiczne przekroje mięśnia ukazują anatomiczne cechy sarkomerów. Grube włókna złożone z miozyny są widoczne i są reprezentowane jako pasmo A sarkomeru.

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

Obszar, w którym grube i cienkie włókna zachodzą na siebie, ma wygląd zwarty, ponieważ między nimi jest niewielka przestrzeń. Ten obszar, w którym cienkie i grube włókna zachodzą na siebie, jest bardzo ważny dla skurczu mięśni, ponieważ jest to miejsce, w którym zaczyna się ruch włókna.

Cienkie włókna nie rozciągają się w pełni do pasm A, pozostawiając centralny obszar pasma A, który zawiera tylko grube włókna. Ten centralny obszar pasma A wydaje się nieco jaśniejszy niż reszta pasma A i nazywany jest strefą H.

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

Poniżej podsumowano główne elementy histologii sarkomeru:

Zespół A

Strefa grubych włókien, złożona z białek miozyny.

Strefa H

Centralna strefa pasma A, bez nakładania się białek aktyny, gdy mięśnie są rozluźnione.

Zespół I

Strefa cienkich włókien składająca się z białek aktyny (bez miozyny).

Dyski Z.

Są to granice między sąsiednimi sarkomerami, zbudowanymi z białek wiążących aktynę, prostopadłych do sarkomeru.

Linia M

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

Jak wspomniano wcześniej, skurcz występuje, gdy grube włókna przesuwają się wzdłuż cienkich włókien w krótkich odstępach czasu, aby skrócić miofibryle. Jednak kluczową różnicą do zapamiętania jest to, że same miofilamenty nie kurczą się; to ruch ślizgowy daje im moc skracania lub wydłużania.

Bibliografia

1. Clarke, M. (2004). Przesuwne włókno przy 50. Nature, 429 (6988), 145.
2. Hale, T. (2004) Exercise Physiology: A Thematic Approach (1st ed.). Wiley
3. Rhoades, R. i Bell, D. (2013). Medical Physiology: Principles for Clinical Medicine (4th ed.). Lippincott Williams & Wilkins.
4. Spudich, JA (2001). Model mostu wahadłowego miozyny. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2 (5), 387–392.
5. Thibodeau, P. (2013). Anatomia Phisiology (8 ^th ). Mosby, Inc.
6. Tortora, G. i Derrickson, B. (2012). Zasady anatomii i fizjologii (13 wyd.). John Wiley & Sons Inc.