SARCOMERE: STRUKTUR OG DELER, FUNKSJONER OG HISTOLOGI - ANATOMI OG FYSIOLOGI - 2026

En sarkomere er den grunnleggende funksjonelle enheten til skjelettmuskulatur, det vil si skjelett- og hjertemuskulatur. Skjelettmuskulatur er den muskeltypen som brukes i frivillig bevegelse, og hjertemuskelen er muskelen som er en del av hjertet.

Å si at sarkomeren er den funksjonelle enheten betyr at alle komponentene som er nødvendige for sammentrekning, er inneholdt i hver sarkomere. Faktisk består skjelettmuskulaturen av millioner av bittesmå sarkomerer som individuelt forkortes med hver muskelsammentrekning.

Mikrograf av en sarkomere (øverst) og dens fremstilling (nederst)

Her ligger hovedformålet med sarkomeren. Sarcomeres er i stand til å sette i gang store bevegelser ved å trekke seg sammen. Den unike strukturen gjør at disse små enhetene kan koordinere sammentrekningene i musklene.

Faktisk er muskelens kontraktile egenskaper et definerende kjennetegn ved dyr, siden bevegelsen av dyr er bemerkelsesverdig jevn og kompleks. Bevegelse krever en endring i muskelens lengde når den bøyer seg, noe som krever en molekylstruktur som lar muskelen forkorte.

Struktur og deler

Hvis skjelettmuskelvevet undersøkes nøye, observeres et stripete utseende kalt striation. Disse "stripene" representerer et mønster av vekslende bånd, lyse og mørke, tilsvarende forskjellige proteinfilamenter. Det vil si at disse stripene består av sammenflettede proteinfibre som utgjør hver sarkomere.

myofibrils

Muskelfibre består av hundrevis til tusenvis av kontraktile organeller kalt myofibriller; Disse myofibrillene er anordnet parallelt for å danne muskelvev. Imidlertid er myofibrillene i seg selv hovedsakelig polymerer, det vil si gjentagende enheter av sarkomerer.

Myofibriller er lange, fibrøse strukturer og er laget av to typer proteinfilamenter som er stablet oppå hverandre.

Myosin og aktin

Myosin er en tykk fiber med et kulehode, og actin er et tynnere filament som samspiller med myosin under prosessen med muskelkontraksjon.

En gitt myofibril inneholder omtrent 10.000 sarkomerer, som hver er omtrent 3 mikron lang. Selv om hver sarkomere er liten, spenner flere aggregerte sarkomerer over muskelfiberens lengde.

Myofilaments

Hver sarkomere består av tykke og tynne bunter av proteiner nevnt ovenfor, som sammen kalles myofilamenter.

Ved å forstørre en del av myofilamentene kan molekylene som utgjør dem identifiseres. De tykke filamentene er laget av myosin, mens de fine filamentene er laget av aktin.

Actin og myosin er kontraktile proteiner som forårsaker muskelforkortelse når de interagerer med hverandre. I tillegg inneholder de tynne filamentene andre proteiner med reguleringsfunksjon kalt troponin og tropomyosin, som regulerer samspillet mellom kontraktile proteiner.

Egenskaper

Hovedfunksjonen til sarkomeren er å la en muskelcelle trekke seg sammen. For å gjøre dette, må sarkomeren forkorte som svar på en nerveimpuls.

De tykke og tynne filamentene forkortes ikke, men glir i stedet rundt hverandre, og får sarkomeren til å forkorte mens glødetrådene forblir like lange. Denne prosessen er kjent som glidefilamentmodellen for muskelkontraksjon.

Glidningen av glødetråden genererer muskelspenninger, som utvilsomt er sarkomeres viktigste bidrag. Denne handlingen gir musklene deres fysiske styrke.

En rask analogi for dette er måten en lang stige kan forlenges eller brettes avhengig av våre behov, uten fysisk å forkorte metalldelene.

Myosin involvering

Heldigvis tilbyr nyere forskning en god ide om hvordan denne glippen fungerer. Teorien med glidende glødetråd er blitt modifisert for å inkludere hvordan myosin er i stand til å trekke på aktin for å forkorte lengden på sarkomeren.

I denne teorien ligger det kulehodet av myosin nær aktin i et område som kalles S1-regionen. Denne regionen er rik på hengslede segmenter som kan bøye seg og dermed lette sammentrekning.

S1-bøyning kan være nøkkelen til å forstå hvordan myosin er i stand til å "gå" langs aktinfilamenter. Dette oppnås ved å sykle myosin S1-fragmentet, dets sammentrekning og den endelige frigjøringen.

Forening av myosin og actiba

Når myosin og aktin går sammen, danner de utvidelser som kalles "tverrbroer." Disse tverrbroene kan dannes og knuses i nærvær (eller fravær) av ATP, som er det energiske molekylet som gjør sammentrekning mulig.

Når ATP binder seg til aktinfilamentet, flytter den den til en stilling som utsetter det myosinbindende stedet. Dette gjør at det kulehode av myosin kan binde seg til dette stedet for å danne tverrbroen.

Denne foreningen får fosfatgruppen til ATP til å dissosiere, og dermed begynner myosin sin funksjon. Myosinet går deretter i en lavere energitilstand der sarkomeren kan forkorte.

For å bryte tverrbroen og la myosin binde seg til aktin igjen i neste syklus, er bindingen av et annet ATP-molekyl til myosin nødvendig. Det vil si at ATP-molekylet er nødvendig for både sammentrekning og avspenning.

histologi

Histologiske seksjoner av muskelen viser de anatomiske trekkene til sarkomerer. De tykke filamenter, sammensatt av myosin, er synlige og er representert som A-båndet til en sarkomere.

De tynne filamentene, bestående av aktin, binder seg til et protein i Z-disken (eller Z-linjen) kalt alfa-aktinin, og er til stede i hele I-båndets lengde og en del av A-båndet.

Regionen der de tykke og tynne filamentene overlapper hverandre har et tett utseende, da det er lite mellomrom mellom glødetrådene. Dette området hvor de tynne og tykke filamentene overlapper hverandre er veldig viktig for muskelsammentrekning, ettersom det er stedet der filamentens bevegelse begynner.

De tynne filamentene strekker seg ikke helt inn i A-båndene, og etterlater et sentralt område av A-båndet som bare inneholder tykke filamenter. Denne sentrale regionen av bånd A fremstår litt lettere enn resten av bånd A, og kalles sone H.

Sentrum av H-sonen har en vertikal linje kalt M-linjen, der tilbehørsproteiner holder de tykke filamentene sammen.

Hovedkomponentene i histologien til en sarkomere er oppsummert nedenfor:

Band A

Tykk trådssone, sammensatt av myosinproteiner.

Sone H

Sentral A-båndsone, uten overlappende aktinproteiner når muskelen er avslappet.

Band I

Tynn filament sone, sammensatt av aktinproteiner (uten myosin).

Z-plater

De er grensene mellom tilstøtende sarkomerer, som består av aktinbindende proteiner vinkelrett på sarkomeren.

Linje M

Sentral sone dannet av tilbehørsproteiner. De er lokalisert i sentrum av det tykke myosinfilamentet, vinkelrett på sarkomeren.

Som nevnt tidligere oppstår sammentrekning når tykke filamenter glir langs tynne filamenter i rask rekkefølge for å forkorte myofibriller. En avgjørende skille å huske er imidlertid at myofilamentene i seg selv ikke trekker seg sammen; det er glideaksjonen som gir dem sin kraft til å forkorte eller forlenge.

referanser

1. Clarke, M. (2004). Glidetråden ved 50. Nature, 429 (6988), 145.
2. Hale, T. (2004) Treningsfysiologi: En tematisk tilnærming (1. utg.). Wiley
3. Rhoades, R. & Bell, D. (2013). Medisinsk fysiologi: Prinsipper for klinisk medisin (4. utg.). Lippincott Williams & Wilkins.
4. Spudich, JA (2001). Myosin-svingende tverrbro-modell. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2 (5), 387–392.
5. Thibodeau, P. (2013). Anatomi og Phisiology (8 ^th ). Mosby, Inc.
6. Tortora, G. & Derrickson, B. (2012). Prinsipper for anatomi og fysiologi (13. utg.). John Wiley & Sons Inc.