Sarkomer: Struktur und Teile, Funktionen und Histologie

Ein Sarkomer ist die grundlegende funktionelle Einheit des quergestreiften Muskels, dh des Skelett- und Herzmuskels. Der Skelettmuskel ist der Muskeltyp, der für die freiwillige Bewegung verwendet wird, und der Herzmuskel ist der Muskel, der Teil des Herzens ist.

Zu sagen, dass das Sarkomer die funktionale Einheit ist, bedeutet, dass alle für die Kontraktion erforderlichen Komponenten in jedem Sarkomer enthalten sind. Tatsächlich besteht der gestreifte Muskel aus Millionen kleiner Sarkomere, die sich bei jeder Muskelkontraktion einzeln verkürzen.

Hier liegt der Hauptzweck des Sarkomers. Die Sarkomere können große Bewegungen auslösen, indem sie sich gleichzeitig zusammenziehen. Dank ihrer einzigartigen Struktur können diese kleinen Einheiten die Kontraktionen der Muskeln koordinieren.

Tatsächlich sind die kontraktilen Eigenschaften des Muskels ein bestimmendes Merkmal von Tieren, da die Bewegung von Tieren bemerkenswert glatt und komplex ist. Die Fortbewegung erfordert eine Veränderung der Länge des Muskels, wenn er sich biegt, was eine molekulare Struktur erfordert, die eine Verkürzung des Muskels ermöglicht.

Struktur und Teile

Wenn das Skelettmuskelgewebe genau untersucht wird, wird ein gestreiftes Erscheinungsbild beobachtet, das als Streifenbildung bezeichnet wird. Diese "Streifen" stellen ein Muster abwechselnder Banden dar, die hell und dunkel sind und unterschiedlichen Proteinfilamenten entsprechen. Das heißt, diese Streifen werden von verschachtelten Proteinfasern gebildet, aus denen jedes Sarkomer besteht.

Myofibrillen

Muskelfasern bestehen aus Hunderten bis Tausenden von kontraktilen Organellen, die als Myofibrillen bezeichnet werden. Diese Myofibrillen sind parallel angeordnet, um Muskelgewebe zu bilden. Die Myofibrillen selbst sind jedoch im wesentlichen Polymere, dh sich wiederholende Einheiten von Sarkomeren.

Myofibrillen sind faserige und lange Strukturen und bestehen aus zwei Arten von Proteinfilamenten, die übereinander gestapelt sind.

Myosin und Aktin

Myosin ist eine dicke Faser mit einem kugelförmigen Kopf, und Actin ist ein dünneres Filament, das während des Prozesses der Muskelkontraktion mit Myosin interagiert.

Eine gegebene Myofibrille enthält ungefähr 10.000 Sarkomere, von denen jedes ungefähr 3 Mikrometer lang ist. Während jedes Sarkomer klein ist, überspannen mehrere aggregierte Sarkomere die Länge der Muskelfaser.

Myofilamente

Jedes Sarkomer besteht aus dicken, dünnen Strahlen der oben genannten Proteine, die zusammen als Myofilamente bezeichnet werden.

Indem Sie einen Teil der Myofilamente ausdehnen, können Sie die Moleküle identifizieren, aus denen sie bestehen. Die dicken Filamente bestehen aus Myosin, während die feinen Filamente aus Aktin bestehen.

Actin und Myosin sind die kontraktilen Proteine, die im Zusammenspiel Muskelverkürzungen verursachen. Darüber hinaus enthalten dünne Filamente andere Proteine ​​mit regulatorischer Funktion, Troponin und Tropomyosin, die die Wechselwirkung zwischen kontraktilen Proteinen regulieren.

Funktionen

Die Hauptfunktion des Sarkomers besteht darin, einer Muskelzelle die Kontraktion zu ermöglichen. Dazu muss das Sarkomer als Reaktion auf einen Nervenimpuls verkürzt werden.

Die dicken und dünnen Filamente verkürzen sich nicht, sondern gleiten umeinander, wodurch sich das Sarkomer verkürzt, während die Filamente die gleiche Länge behalten. Dieser Prozess ist als Gleitfadenmodell der Muskelkontraktion bekannt.

Das Gleiten des Filaments erzeugt Muskelverspannungen, die zweifellos den Hauptbeitrag des Sarkomers darstellen. Diese Aktion verleiht den Muskeln ihre körperliche Stärke.

Eine schnelle Analogie dazu ist die Art und Weise, wie eine lange Leiter je nach Bedarf ausgefahren oder eingeklappt werden kann, ohne ihre Metallteile physisch zu verkürzen.

Beteiligung von Myosin

Glücklicherweise bietet die jüngste Forschung eine gute Vorstellung davon, wie dieser Schlupf funktioniert. Die Theorie des gleitenden Filaments wurde dahingehend modifiziert, wie Myosin Aktin ziehen kann, um die Länge des Sarkomers zu verkürzen.

In dieser Theorie befindet sich der Kugelkopf von Myosin in der Nähe von Actin in einem Bereich, der als S1-Region bezeichnet wird. Dieser Bereich ist reich an Segmenten mit Scharnieren, die gebogen werden können und somit die Kontraktion erleichtern.

Die Beugung von S1 kann der Schlüssel zum Verständnis sein, wie Myosin entlang der Aktinfilamente "wandeln" kann. Dies wird durch Bindungszyklen des S1-Myosin-Fragments, seine Kontraktion und seine endgültige Freisetzung erreicht.

Union von Myosin und Actiba

Wenn Myosin und Actin zusammenkommen, bilden sie Verlängerungen, die als "gekreuzte Brücken" bezeichnet werden. Diese gekreuzten Brücken können mit der Anwesenheit (oder Abwesenheit) von ATP, dem Energiemolekül, das die Kontraktion ermöglicht, gebildet werden und brechen.

Wenn ATP an das Aktinfilament bindet, bewegt es es an eine Position, die seine Myosin-Bindungsstelle freilegt. Dies ermöglicht es dem Kugelkopf des Myosins, sich an diese Stelle anzulagern, um die Kreuzbrücke zu bilden.

Diese Vereinigung bewirkt, dass die Phosphatgruppe von ATP dissoziiert und somit das Myosin seine Funktion einleitet. Dann geht das Myosin in einen Zustand niedrigerer Energie über, in dem das Sarkomer verkürzt werden kann.

Um die Kreuzbrücke aufzubrechen und die Bindung von Myosin an Actin im nächsten Zyklus wieder zu ermöglichen, muss ein weiteres ATP-Molekül an Myosin gebunden werden. Das heißt, das ATP-Molekül ist sowohl für die Kontraktion als auch für die Relaxation notwendig.

Histologie

Die histologischen Abschnitte des Muskels zeigen die anatomischen Eigenschaften der Sarkomere. Dicke Filamente aus Myosin sind sichtbar und werden als A-Band eines Sarkomers dargestellt.

Dünne Filamente, die aus Aktin bestehen, binden an ein Protein auf der Z-Scheibe (oder Z-Linie), das als Alpha-Aktinin bezeichnet wird, und sind entlang der gesamten Länge von Bande I und einem Teil von Bande A vorhanden.

Der Bereich, in dem sich die dicken und dünnen Filamente überlappen, hat ein dichtes Aussehen, da zwischen den Filamenten wenig Raum ist. Dieser Bereich, in dem sich die dünnen und dicken Filamente überlappen, ist für die Muskelkontraktion sehr wichtig, da hier die Bewegung des Filaments beginnt.

Die dünnen Filamente erstrecken sich nicht vollständig in den Bändern A und hinterlassen einen zentralen Bereich des Bandes A, der nur dicke Filamente enthält. Dieser zentrale Bereich von Band A scheint etwas heller zu sein als der Rest von Band A und wird als Zone H bezeichnet.

Das Zentrum der Zone H weist eine vertikale Linie auf, die als Linie M bezeichnet wird, wo akzessorische Proteine ​​die dicken Filamente zusammenhalten.

Die Hauptkomponenten der Histologie eines Sarkomers sind nachfolgend zusammengefasst:

Band A

Dicke Filamentzone, bestehend aus Myosin-Proteinen.

Zone H

Zentrale Zone von Band A, ohne überlagerte Aktinproteine, wenn der Muskel entspannt ist.

Band I

Zone dünner Filamente, bestehend aus Aktinproteinen (ohne Myosin).

Z-Scheiben

Sie sind die Grenzen zwischen benachbarten Sarkomeren, die von Aktin-bindenden Proteinen senkrecht zum Sarkomer gebildet werden.

Linie M

Zentrale Zone, die von akzessorischen Proteinen gebildet wird. Sie befinden sich in der Mitte des dicken Myosinfilaments senkrecht zum Sarkomer.

Wie oben erwähnt, tritt eine Schrumpfung auf, wenn die dicken Filamente schnell hintereinander entlang der feinen Filamente gleiten, um die Myofibrillen zu verkürzen. Ein entscheidender Unterschied ist jedoch, dass sich die Myofilamente selbst nicht zusammenziehen. es ist die gleitende Aktion, die ihnen die Kraft gibt, sich zu verkürzen oder zu verlängern.