SARCOMERE: STRUKTUR OCH DELAR, FUNKTIONER OCH HISTOLOGI - ANATOMI OCH FYSIOLOGI - 2025

En sarkomär är den grundläggande funktionella enheten för skelettmuskel, det vill säga skelett- och hjärtmuskeln. Skelettmuskulatur är den typ av muskel som används i frivillig rörelse, och hjärtmuskeln är den muskel som är en del av hjärtat.

Att säga att sarkomeren är den funktionella enheten innebär att alla komponenter som är nödvändiga för sammandragning finns i varje sarkom. Faktum är att skelettmusklerna består av miljoner små sarkomerer som individuellt förkortas med varje muskelsammandragning.

Mikrografik av en sarcomere (överst) och dess representation (botten)

Här ligger det huvudsakliga syftet med sarkomeren. Sarcomeres kan initiera stora rörelser genom att samarbeta ihop. Dess unika struktur gör det möjligt för dessa små enheter att koordinera muskelsammandragningarna.

I själva verket är muskels sammandragande egenskaper ett avgörande kännetecken för djur, eftersom djurens rörelse är anmärkningsvärt smidig och komplex. Rörelse kräver en förändring i muskelns längd när den böjs, vilket kräver en molekylstruktur som gör att muskeln kan förkortas.

Struktur och delar

Om skelettmuskelvävnaden undersöks noggrant, observeras ett randigt utseende som kallas striation. Dessa "ränder" representerar ett mönster av alternerande band, ljusa och mörka, motsvarande olika proteinfilament. Det vill säga, dessa ränder består av sammanflätade proteinfibrer som utgör varje sarkom.

myofibrils

Muskelfibrer består av hundratals till tusentals kontraktila organeller som kallas myofibriller; Dessa myofibriller är arrangerade parallellt för att bilda muskelvävnad. Myofibrillerna är emellertid i huvudsak polymerer, det vill säga upprepande enheter av sarkomerer.

Myofibriller är långa, fibrösa strukturer och är gjorda av två typer av proteinfilament som är staplade ovanpå varandra.

Myosin och aktin

Myosin är en tjock fiber med ett kulahuvud, och aktin är en tunnare filament som interagerar med myosin under muskelkontraktion.

En given myofibril innehåller ungefär 10 000 sarkomerer, som var och en är ungefär 3 mikron långa. Även om varje sarkomerer är liten, sträcker sig flera aggregerade sarkomerer över muskelfiberns längd.

myofilament

Varje sarkomerer består av tjocka och tunna buntar av de proteiner som nämns ovan, som tillsammans kallas myofilament.

Genom att förstora en del av myofilamenten kan molekylerna som komponerar dem identifieras. De tjocka filamenten är gjorda av myosin, medan de fina filamenten är gjorda av aktin.

Actin och myosin är kontraktila proteiner som orsakar muskelförkortning när de interagerar med varandra. Dessutom innehåller de tunna filamenten andra proteiner med reglerande funktion som kallas troponin och tropomyosin, som reglerar interaktionen mellan kontraktila proteiner.

Funktioner

Huvudfunktionen för sarkomeren är att låta en muskelcell dra sig samman. För att göra detta måste sarkomeren förkorta som svar på en nervimpuls.

De tjocka och tunna filamenten förkortas inte utan glider istället runt varandra, vilket gör att sarkomeren förkortas medan filamenten förblir samma längd. Denna process är känd som glidtrådmodellen för muskelkontraktion.

Glidningen av glödtråden genererar muskelspänning, vilket utan tvekan är sarkomers huvudsakliga bidrag. Denna åtgärd ger musklerna deras fysiska styrka.

En snabb analogi för detta är hur en lång stege kan förlängas eller vikas beroende på våra behov utan att fysiskt förkorta metalldelarna.

Myosin engagemang

Lyckligtvis erbjuder ny forskning en god uppfattning om hur det här slipet fungerar. Glidtrådsteorin har modifierats för att inkludera hur myosin kan dra på aktin för att förkorta sarkomers längd.

I den här teorin ligger det kulahuvudet av myosin nära actin i ett område som kallas S1-regionen. Denna region är rik på gångjärnssegment som kan böjas och därmed underlätta sammandragning.

S1-böjning kan vara nyckeln till att förstå hur myosin kan "gå" längs aktinfilamenten. Detta åstadkoms genom att cykla myosin S1-fragmentet, dess sammandragning och dess slutliga frisättning.

Förening av myosin och actiba

När myosin och aktin går ihop, bildar de tillägg som kallas "tvärbroar." Dessa tvärbroar kan formas och brytas i närvaro (eller frånvaro) av ATP, som är den energiska molekylen som möjliggör sammandragning.

När ATP binder till aktintråden flyttar den den till en position som exponerar sitt myosinbindande ställe. Detta tillåter det kugliga huvudet av myosin att binda till denna plats för att bilda korsbryggan.

Denna sammanslutning får fosfatgruppen av ATP att dissociera, och således börjar myosin sin funktion. Myosinet går sedan in i ett lägre energitillstånd där sarkomeren kan förkorta.

För att bryta tvärbryggan och låta myosin binda till aktin igen i nästa cykel är bindningen av en annan ATP-molekyl till myosin nödvändig. Det vill säga ATP-molekylen är nödvändig för både kontraktion och avslappning.

Histologi

Histologiska delar av muskeln visar de anatomiska egenskaperna hos sarkomererna. De tjocka filamenten, som består av myosin, är synliga och representeras som ett sarkomers A-band.

De tunna filamenten, som består av aktin, binder till ett protein i Z-skivan (eller Z-linjen) som kallas alfa-aktinin och finns närvarande i hela I-bandets längd och en del av A-bandet.

Regionen där de tjocka och tunna filamenten överlappar har ett tätt utseende, eftersom det är lite utrymme mellan filamenten. Detta område där de tunna och tjocka filamenten överlappar är mycket viktigt för muskelkontraktion, eftersom det är platsen där filamentets rörelse börjar.

De tunna filamenten sträcker sig inte helt in i A-banden, vilket lämnar ett centralt område i A-bandet som endast innehåller tjocka filament. Denna centrala region i band A verkar något lättare än resten av band A och kallas zon H.

Mitten av H-zonen har en vertikal linje som kallas M-linjen, där tillbehörsproteiner håller de tjocka filamenten samman.

Huvudkomponenterna i histologin hos en sarkomerer sammanfattas nedan:

Band A

Tjock filamentzon, sammansatt av myosinproteiner.

Zon H

Central A-bandzon, utan överlappande aktinproteiner när musklerna är avslappnade.

Band I

Tunn filamentzon, sammansatt av aktinproteiner (utan myosin).

Z-skivor

De är gränserna mellan angränsande sarkomerer, som består av aktinbindande proteiner vinkelrätt mot sarkomeren.

Linje M

Centralzon bildad av tillbehörsproteiner De är belägna i mitten av den tjocka myosintråden, vinkelrätt mot sarkomeren.

Som nämnts tidigare inträffar sammandragning när tjocka filament glider längs tunna filament i snabb följd för att förkorta myofibriller. En avgörande skillnad att komma ihåg är emellertid att myofilamenten själva inte drar sig ihop; det är glidningen som ger dem deras kraft att förkorta eller förlänga.

referenser

1. Clarke, M. (2004). Glidtråden vid 50. Nature, 429 (6988), 145.
2. Hale, T. (2004) Motionsfysiologi: En tematisk strategi (1: a upplagan). Wiley
3. Rhoades, R. & Bell, D. (2013). Medicinsk fysiologi: Principer för klinisk medicin (4: e upplagan). Lippincott Williams & Wilkins.
4. Spudich, JA (2001). Myosin svängande tvärbro-modellen. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2 (5), 387–392.
5. Thibodeau, P. (2013). Anatomi och fisiologi (8: ^e ). Mosby, Inc.
6. Tortora, G. & Derrickson, B. (2012). Principer of Anatomy and Physiology (13: e upplagan). John Wiley & Sons Inc.