Sarcomere: โครงสร้างและชิ้นส่วนฟังก์ชั่นและเนื้อเยื่อวิทยา

sarcomere เป็นหน่วยการทำงานพื้นฐานของกล้ามเนื้อโครงร่างซึ่งก็คือกล้ามเนื้อโครงร่างและกล้ามเนื้อหัวใจ Skeletal กล้ามเนื้อเป็นประเภทของกล้ามเนื้อที่ใช้ในการเคลื่อนไหวโดยสมัครใจและกล้ามเนื้อหัวใจเป็นกล้ามเนื้อที่เป็นส่วนหนึ่งของหัวใจ

ในการบอกว่า sarcomere เป็นหน่วยการทำงานหมายความว่าส่วนประกอบทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการหดตัวจะถูกบรรจุไว้ในแต่ละ sarcomere ในความเป็นจริงกล้ามเนื้อเชิงเส้นนั้นประกอบไปด้วย sarcomeres ขนาดเล็กหลายล้านตัวที่สั้นลงทีละตัวพร้อมกับกล้ามเนื้อหดตัว

นี่คือวัตถุประสงค์หลักของ sarcomere sarcomeres สามารถเริ่มต้นการเคลื่อนไหวขนาดใหญ่โดยการทำสัญญาในเวลาเดียวกัน โครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ช่วยให้ยูนิตขนาดเล็กเหล่านี้สามารถประสานการหดตัวของกล้ามเนื้อได้

ในความเป็นจริงคุณสมบัติการหดตัวของกล้ามเนื้อเป็นลักษณะที่กำหนดของสัตว์เนื่องจากการเคลื่อนไหวของสัตว์นั้นราบรื่นและซับซ้อนอย่างน่าทึ่ง การเคลื่อนไหวต้องมีการเปลี่ยนแปลงความยาวของกล้ามเนื้อในขณะที่มันโค้งงอซึ่งต้องมีโครงสร้างโมเลกุลที่ช่วยให้กล้ามเนื้อสั้นลง

โครงสร้างและชิ้นส่วน

หากตรวจสอบเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อโครงร่างอย่างใกล้ชิดจะมีการตรวจพบลักษณะแถบที่เรียกว่า striation "แถบ" เหล่านี้แสดงถึงรูปแบบของแถบสลับแสงและมืดซึ่งสอดคล้องกับเส้นใยโปรตีนที่แตกต่างกัน นั่นคือแถบเหล่านี้เกิดขึ้นจากเส้นใยโปรตีนแบบ interlaced ที่ประกอบขึ้นเป็น sarcomere แต่ละอัน

myofibrils

เส้นใยกล้ามเนื้อประกอบด้วยออร์แกเนลล์หดตัวหลายแสนถึงหมื่นเรียกว่า myofibrils Myofibrils เหล่านี้จัดเรียงในแนวขนานกับเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อ อย่างไรก็ตาม myofibrils นั้นเป็นโพลีเมอร์ซึ่งก็คือหน่วย sarcomeres ซ้ำ ๆ

Myofibrils เป็นเส้นใยที่มีโครงสร้างและมีความยาวและทำมาจากเส้นใยโปรตีนสองชนิดที่เรียงซ้อนกันอยู่ด้านบนของอีกด้านหนึ่ง

Myosin และ actin

Myosin เป็นเส้นใยหนาที่มีหัวกลมและแอคตินเป็นใยทินเนอร์ที่มีปฏิสัมพันธ์กับ myosin ในระหว่างกระบวนการหดตัวของกล้ามเนื้อ

Myofibril ที่ให้นั้นมี sarcomeres ประมาณ 10, 000 ตัวโดยแต่ละอันมีความยาวประมาณ 3 ไมโครเมตร ในขณะที่แต่ละ sarcomere มีขนาดเล็ก sarcomeres รวมหลายขยายความยาวของเส้นใยกล้ามเนื้อ

myofilaments

แต่ละ sarcomere ประกอบด้วยลำแสงที่หนาและบางของโปรตีนที่กล่าวถึงข้างต้นซึ่งรวมกันเรียกว่า myofilaments

โดยการขยายส่วนของ myofilaments คุณสามารถระบุโมเลกุลที่ทำขึ้น ไส้หนาทำจาก myosin ในขณะที่ filaments ชั้นดีทำจาก actin

Actin และ myosin เป็นโปรตีนที่หดตัวที่ทำให้กล้ามเนื้อสั้นลงเมื่อพวกมันมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน นอกจากนี้เส้นใยบาง ๆ ยังมีโปรตีนชนิดอื่นที่มีฟังก์ชั่นการควบคุมที่เรียกว่า troponin และ tropomyosin ซึ่งควบคุมการทำงานร่วมกันระหว่างโปรตีนที่หดตัว

ฟังก์ชั่น

หน้าที่หลักของ sarcomere คือการยอมให้เซลล์กล้ามเนื้อหดตัว สำหรับเรื่องนี้ sarcomere จะต้องสั้นลงเพื่อตอบสนองต่อแรงกระตุ้นประสาท

เส้นใยที่หนาและบางไม่สั้นลง แต่เลื่อนไปมารอบ ๆ ซึ่งทำให้เกิด sarcomere ที่จะย่นในขณะที่เส้นใยจะรักษาความยาวเท่ากัน กระบวนการนี้เป็นที่รู้จักกันในชื่อแบบจำลองการหดตัวของกล้ามเนื้อ

การเลื่อนของไส้หลอดทำให้เกิดความตึงเครียดของกล้ามเนื้อซึ่งไม่ต้องสงสัยเลยว่าเป็นการมีส่วนร่วมหลักของ sarcomere การกระทำนี้ช่วยให้กล้ามเนื้อแข็งแรงทางกายภาพของพวกเขา

การเปรียบเทียบอย่างรวดเร็วกับสิ่งนี้คือวิธีการที่บันไดยาวสามารถขยายหรือพับได้ขึ้นอยู่กับความต้องการของเราโดยไม่ทำให้ชิ้นส่วนโลหะสั้นลง

การมีส่วนร่วมของ Myosin

โชคดีที่การวิจัยเมื่อเร็ว ๆ นี้เสนอความคิดที่ดีว่าการเลื่อนหลุดนี้ทำงานอย่างไร ทฤษฎีของไส้หลอดแบบเลื่อนได้รับการปรับเปลี่ยนเพื่อรวมถึงวิธีที่ myosin สามารถดึง actin เพื่อลดความยาวของ sarcomere

ในทฤษฎีนี้หัวกลมของ myosin ตั้งอยู่ใกล้กับ actin ในพื้นที่ที่เรียกว่าภูมิภาค S1 ภูมิภาคนี้เต็มไปด้วยเซ็กเมนต์ที่มีบานพับซึ่งสามารถงอได้และทำให้เกิดการหดตัว

การโค้งงอของ S1 อาจเป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจว่า myosin สามารถ "เดิน" ไปตามเส้นใยแอคตินได้อย่างไร นี่คือความสำเร็จโดยการผูกพันรอบของชิ้นส่วน myosin S1, การหดตัวและการเปิดตัวครั้งสุดท้ายของมัน

ยูเนี่ยนของ myosin และ actiba

เมื่อ myosin และ actin มารวมกันพวกมันจะสร้างส่วนขยายที่เรียกว่า "สะพานข้าม" สะพานข้ามเหล่านี้สามารถเกิดขึ้นและแตกได้ด้วยการมีอยู่ (หรือไม่มี) ของ ATP ซึ่งเป็นโมเลกุลพลังงานที่ทำให้เกิดการหดตัว

เมื่อ ATP ผูกกับใยแอคตินมันจะย้ายไปยังตำแหน่งที่ทำให้เกิดการรวมตัวของ myosin สิ่งนี้ทำให้หัวกลมของ myosin สามารถติดกับไซต์นี้เพื่อสร้างสะพานข้าม

การรวมกันนี้ทำให้กลุ่มฟอสเฟตของ ATP แยกตัวออกจากกันและทำให้ myosin เริ่มต้นการทำงานของมัน จากนั้น myosin จะเข้าสู่สถานะของพลังงานที่ต่ำกว่าซึ่ง sarcomere สามารถสั้นลงได้

ในการทำลายสะพานข้ามและอนุญาตให้มีการจับตัวของ myosin อีกครั้งในรอบถัดไปจำเป็นต้องผูกโมเลกุล ATP อีกตัวกับ myosin นั่นคือโมเลกุลเอทีพีเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการหดตัวและการผ่อนคลาย

จุลกายวิภาคศาสตร์เนื้อเยื่อ

ส่วนเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อแสดงลักษณะทางกายวิภาคของ sarcomeres เส้นใยหนาประกอบด้วย myosin สามารถมองเห็นได้และแสดงเป็นวง A ของ sarcomere

เส้นใยบาง ๆ ประกอบด้วยแอคตินผูกกับโปรตีนในจาน Z (หรือเส้น Z) เรียกว่าอัลฟ่า - แอคตินินและมีอยู่ตลอดความยาวของวง I และส่วนหนึ่งของวงดนตรี A

บริเวณที่มีเส้นใยหนาและบางทับซ้อนกันมีลักษณะหนาแน่นเนื่องจากมีช่องว่างเล็ก ๆ ระหว่างเส้นใย บริเวณนี้ซึ่งเส้นใยบางและหนาทับซ้อนกันเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับการหดตัวของกล้ามเนื้อเนื่องจากเป็นสถานที่ที่การเคลื่อนไหวของเส้นใยเริ่มต้น

เส้นใยบาง ๆ จะไม่ขยายอย่างสมบูรณ์ในวงดนตรี A ออกจากบริเวณกลางของแถบ A ที่มีเส้นใยหนาเท่านั้น ดูเหมือนว่าภาคกลางของกลุ่มเอเบากว่ากลุ่มอื่น ๆ เล็กน้อยและเรียกว่าโซนเอช

ศูนย์กลางของโซน H มีเส้นแนวตั้งที่เรียกว่า line M ซึ่งโปรตีนเสริมจับเส้นใยหนาไว้ด้วยกัน

ส่วนประกอบหลักของเนื้อเยื่อวิทยาของ sarcomere สรุปได้ดังนี้:

วงดนตรี

โซนใยหนาประกอบด้วยโปรตีน myosin

โซน H

โซนกลางของย่านความถี่ A โดยไม่มีโปรตีนแอคตินทับเมื่อกล้ามเนื้อผ่อนคลาย

วงดนตรีฉัน

โซนของเส้นใยบาง ๆ ประกอบด้วยโปรตีนแอคติน (ไม่มีไมโอซิน)

ดิสก์ Z

มันเป็นรอยต่อระหว่าง sarcomeres ที่อยู่ติดกันซึ่งเกิดขึ้นจากโปรตีนที่มีพันธะกับโปรตีนในแนวตั้งฉากกับ sarcomere

สาย M

โซนกลางเกิดจากโปรตีนเสริม พวกเขาตั้งอยู่ในใจกลางของเส้นใยหนาของ myosin ตั้งฉากกับ sarcomere

ดังกล่าวข้างต้นการหดตัวเกิดขึ้นเมื่อเส้นใยหนาเลื่อนไปตามเส้นใยที่ดีอย่างต่อเนื่องเพื่อลด myofibrils อย่างไรก็ตามความแตกต่างที่สำคัญที่ต้องจำไว้คือ มันคือการเลื่อนที่ให้พลังแก่พวกเขาในการย่นหรือยืดให้สั้นลง