Sarkomerdefinition

Ein Sarkomer ist die Funktionseinheit des quergestreiften Muskels. Dies bedeutet, dass es die grundlegendste Einheit ist, aus der unser Skelettmuskel besteht. Skelettmuskel ist der Muskeltyp, der alle unsere freiwilligen Bewegungen initiiert. Hierin liegt der Hauptzweck des Sarkomers. Sarkomere sind in der Lage, große, ausgedehnte Bewegungen auszulösen, indem sie sich im Einklang zusammenziehen. Ihre einzigartige Struktur ermöglicht es diesen winzigen Einheiten, die Kontraktionen unserer Muskeln zu koordinieren.

Das Bild zeigt Skelettmuskelfaser.

Tatsächlich sind die kontraktilen Eigenschaften von Muskeln ein bestimmendes Merkmal von Tieren. Tierbewegung ist besonders glatt und komplex. Geschickte Bewegung erfordert eine Änderung der Muskellänge, wenn sich der Muskel beugt. Dies erfordert eine molekulare Struktur, die sich zusammen mit dem verkürzenden Muskel verkürzen kann. Solche Voraussetzungen finden sich im Sarkomer.

Bei näherer Betrachtung gibt Skelettmuskelgewebe ein gestreiftes Aussehen ab, das als Streifenbildung bezeichnet wird. Diese „Streifen“ werden durch ein Muster von abwechselnden hellen und dunklen Bändern abgegeben, die verschiedenen Proteinfilamenten entsprechen. Diese Streifen werden durch die ineinandergreifenden Fasern gebildet, die jedes Sarkomer umfassen. Tubuläre Fasern, Myofibrillen genannt, sind die Grundkomponenten, die Muskelgewebe bilden. Myofibrillen selbst sind jedoch im Wesentlichen Polymere oder sich wiederholende Einheiten von Sarkomeren. Myofibrillen sind faserig und lang und bestehen aus zwei Arten von Proteinfilamenten, die sich übereinander stapeln. Myosin ist eine dicke Faser mit einem kugelförmigen Kopf, und Aktin ist ein dünneres Filament, das beim Biegen mit Myosin interagiert.

Dargestellt ist eine grundlegende Darstellung der zugrunde liegenden Komponenten des Skelettmuskels bis hin zum Sarkomer.

Sarkomerstruktur

Unter dem Mikroskop betrachtet sind Muskelfasern unterschiedlicher Länge in einem gestapelten Muster organisiert. Die Myofibrillenstränge, dabei Aktin und Myosin, bilden parallel zueinander angeordnete Filamentbündel. Wenn sich ein Muskel in unserem Körper zusammenzieht, versteht es sich, dass die Art und Weise, wie dies geschieht, der Gleitfilamenttheorie folgt. Diese Theorie sagt voraus, dass sich ein Muskel zusammenzieht, wenn Filamente gegeneinander gleiten dürfen. Diese Wechselwirkung ist dann in der Lage, kontraktile Kraft zu ergeben. Der Grund, warum die Sarkomerstruktur in dieser Theorie so entscheidend ist, ist jedoch, dass sich ein Muskel physisch verkürzen muss. Somit besteht ein Bedarf an einer Einheit, die in der Lage ist, die Verlängerung oder Verkürzung eines biegenden Muskels auszugleichen.Die Gleitfilamenttheorie wurde zuerst von Wissenschaftlern postuliert, die hochauflösende Mikroskopie und Filamentflecken verwendet hatten, um Myosin- und Aktinfilamente in Aktion in verschiedenen Stadien der Kontraktion zu beobachten. Sie konnten die physische Verlängerung des Sarkomers in seinem entspannten Zustand und die Verkürzung in seinem kontrahierten Zustand visualisieren. Ihre Beobachtungen führten zur Entdeckung von Sarkomerzonen.

Die Abbildung zeigt die Struktur eines Sarkomers. (Jede Zone ist beschriftet).

Sie beobachteten zunächst, dass die dynamischen Veränderungen, die stattfanden, immer an denselben Stellen oder Zonen stattfanden. Sie bemerkten, dass eine Zone des wiederholten Sarkomers, später „A-Band“ genannt, während der Kontraktion eine konstante Länge beibehielt. Das A-Band hat einen höheren Gehalt an dickem Myosin-Filament, wie durch die Steifigkeit des Bereichs erwartet. Das A-Band ist der Bereich in der Mitte des Sarkomers, in dem sich dicke und dünne Filamente überlappen. Dies gab den Forschern eine Vorstellung von der zentralen Lage von Myosin. Innerhalb der A-Bande befindet sich die H-Zone, die nur aus dickem Myosin besteht. Im Wesentlichen kann angenommen werden, dass die A-Bande „alles“ des Myosins einschließt, einschließlich des Myosins, das an seinem bauchigen Kopf mit Aktin verflochten ist. An jedem Ende der Länge des Sarkomers befindet sich das I-Band. Die I-Bänder sind die beiden Bereiche, die ausschließlich dünnes Filament enthalten. Eine schnelle Möglichkeit, sich daran zu erinnern, ist, dass das I-Band „dünne, aktinische“ Filamente hat. Die dicken Filamente befinden sich nicht zu weit von der Stelle des I-Bandes entfernt; aber auf beiden Seiten beschreiben ihre Ränder, wo die dicken Filamente enden. Ebenso beschreiben die Z-Linien oder Scheiben, die Sarkomeren unter einem Lichtmikroskop ein gestreiftes Aussehen verleihen, tatsächlich die Regionen zwischen benachbarten Sarkomeren. Die M-Linie oder mittlere Teilung befindet sich genau in der Mitte der Z-Linien und enthält ein weniger wichtiges drittes Filament namens Myomesin.

Filament geistige verknüpfung:

Wie bereits erwähnt, kommt es zu einer Kontraktion, wenn die dicken Filamente schnell hintereinander an den dünnen Filamenten entlang gleiten, um die Myofibrillen zu verkürzen. Ein entscheidender Unterschied ist jedoch, dass sich die Myofilamente selbst nicht zusammenziehen. Es ist die Gleitwirkung, die ihnen ihre Kraft verleiht, sich zu verkürzen oder zu verlängern.

Sarkomerfunktion

Das Gleiten des Filaments erzeugt Muskelverspannungen, die ohne Frage der Hauptbeitrag des Sarkomers sind. Diese Aktion verleiht den Muskeln ihre körperliche Kraft. Eine schnelle Analogie dazu ist die Art und Weise, wie eine lange Leiter je nach Bedarf verlängert oder gefaltet werden kann, ohne die Metallteile physisch zu verkürzen.

Zum Glück gibt uns die jüngste Forschung eine gute Vorstellung davon, wie dieses Verfahren funktioniert. Die Gleitfilamenttheorie wurde modifiziert, um zu berücksichtigen, wie Myosin an Aktin ziehen kann, um die Länge des Sarkomers zu verkürzen. In dieser Theorie befindet sich der Kugelkopf von Myosin in der Nähe von Aktin in einem Bereich, der als S1-Region bezeichnet wird. Dieser Bereich ist reich an Scharniersegmenten, die sich biegen und so die Kontraktion erleichtern können. Die Biegung von S1 kann der Schlüssel zum Verständnis sein, wie Myosin entlang der Länge der Aktinfilamente „laufen“ kann. Dies wird durch Myosin-Aktin-Radfahren erreicht. Dies ist die Bindung des Myosin-S1-Fragments, seine Kontraktion und seine eventuelle Freisetzung.

Wenn Myosin und Aktin binden, bilden sie Erweiterungen, die als „Kreuzbrücken“ bezeichnet werden.“ Diese Kreuzbrücken können sich mit der Anwesenheit (oder Abwesenheit) von ATP bilden und brechen. ATP macht S1 Kontraktion möglich. Wenn ATP an Aktinfilament bindet, bewegt es es in eine Position, die seine Myosin-Bindungsstelle freilegt. Dadurch kann sich der Kugelkopf von Myosin an diese Stelle binden, um die Querbrücke zu bilden. Diese Bindung bewirkt, dass die Phosphatgruppe des ATP dissoziiert und somit Myosin seinen Kraftschlag auslöst. Myosin tritt somit in einen niedrigeren Energiezustand ein, in dem sich das Sarkomer verkürzen kann. Darüber hinaus muss ATP Myosin binden, um die Querbrücke zu brechen, und Myosin erlauben, Aktin wieder zu binden und den nächsten Krampf auszulösen.

Quiz

1. Welche Zone des Sarkomers behält während der Kontraktion eine konstante Länge bei?
A. Z Linien
B. A Band
C. I Band
D. S zone

2. Welche der folgenden enthält nur Aktin Filament?
A. A Band
B. H Band
C. I Band
D. Z line

3. Welche der folgenden enthält nur Myosin Filament?
A. A Band
B. H Band
C. I Band
D. Z line

• Krans, Jacob et al. (2010). „Die Gleitfilamenttheorie der Muskelkontraktion.“ Naturerziehung 3. 3(9):66.
• MH Bildung (2017). „Animation: Sarkomerkontraktion.“ Menschliche Anatomie: Mckinley O’Loughlin.“ Abgerufen am 16.6.2017 von http://www.macroevolution.net/sarcomere.html
• Boundless (2017). „ATP und Muskelkontraktion.“ Grenzenlos: Der Bewegungsapparat. Abgerufen am 15.6.2017 von https://www.boundless.com/biology/textbooks/boundless-biology-textbook/the-musculoskeletal-system-38/muscle-contraction-and-locomotion-218/atp-and-muscle-contraction-826-12069/