Sarcomere määritelmä

sarcomere on poikkijuovaisen lihaksen toiminnallinen yksikkö. Tämä tarkoittaa, että se on perusyksikkö, joka muodostaa luurankolihaksemme. Luurankolihas on lihastyyppi, joka käynnistää kaiken vapaaehtoisen liikkeemme. Tässä piilee sarkomeerin päätarkoitus. Sarkomeerit pystyvät aloittamaan suuren, lakaisevan liikkeen supistumalla yhteen ääneen. Niiden ainutlaatuinen rakenne mahdollistaa näiden pienten yksiköiden koordinoida lihasten supistukset.

kuvassa luurankolihaskuitu.

itse asiassa lihaksen supistumiskyky on eläimille ominainen ominaisuus. Eläinten liikkuminen on huomattavan sujuvaa ja monimutkaista. Näppärä liike vaatii lihasten pituuden muutosta, kun lihas taipuu. Tämä edellyttää molekyylirakennetta, joka voi lyhentyä lyhentyvän lihaksen mukana. Tällaiset vaatimukset löytyvät sarkomeerista.

lähemmässä tarkastelussa luurankolihaskudoksesta irtoaa juovikas eli juovikas. Nämä ”raidat” syntyvät eri proteiinisäikeitä vastaavasta, vuorotellen vaihtelevista vaaleista ja tummista nauhoista muodostuvasta kuviosta. Nämä raidat muodostuvat lomittuvista kuiduista, jotka muodostavat jokaisen sarkoomeerin. Myofibrilleiksi kutsutut putkimaiset kuidut muodostavat lihaskudosta. Myofibrilit itsessään ovat kuitenkin lähinnä sarkomeerin polymeerejä eli toistuvia yksiköitä. Myofibrilit ovat kuitumaisia ja pitkiä, ja ne on valmistettu kahdenlaisista proteiinihehkulangoista, jotka pinoutuvat päällekkäin. Myosiini on paksu kuitu, jolla on pallomainen pää, ja aktiini on ohuempi hehkulanka, joka vuorovaikuttaa myosiinin kanssa fleksatessamme.

kuvattu on luustolihaksen taustakomponenttien peruskuva sarkomeeria myöten.

Sarkomeerirakenne

mikroskoopilla tarkasteltaessa eripituiset lihassyyt ovat järjestäytyneet pinotuiksi kuvioiksi. Myofibriilisäikeet, siten aktiini ja myosiini, muodostavat hehkulankakimput, jotka on järjestetty yhdensuuntaisiksi keskenään. Kun lihas kehossamme supistuu, ymmärretään, että tapa, jolla tämä tapahtuu, seuraa liukuhehkuteoriaa. Tämän teorian mukaan lihas supistuu, kun rihmojen annetaan liukua toisiaan vasten. Tämä vuorovaikutus pystyy siis tuottamaan supistuvaa voimaa. Kuitenkin, syy sarcomere rakenne on niin ratkaiseva tässä teoriassa on, että lihas tarvitsee fyysisesti lyhentää. Tarvitaan siis yksikkö, joka pystyy kompensoimaan taipuvan lihaksen pidentymistä tai lyhentymistä.

liukufilamenttiteorian esittivät ensimmäisenä tiedemiehet, jotka olivat käyttäneet korkearesoluutioista mikroskopiaa ja hehkulankatahroja havainnoidakseen myosiini-ja aktiinifilamenttien toimintaa supistumisen eri vaiheissa. He pystyivät kuvittelemaan sarkomeerin fyysisen pitenemisen sen rentoutuneessa tilassa ja lyhenemisen sen supistuneessa tilassa. Heidän havaintonsa johtivat sarcomeren vyöhykkeiden löytämiseen.

luku kuvaa Sarkomeerin rakennetta. (Jokainen alue on merkitty).

he havaitsivat ensin, että dynaamiset muutokset tapahtuivat aina samoissa kohdissa eli vyöhykkeissä. He huomasivat, että yksi toistuvien sarkomeerien vyöhyke, jota myöhemmin kutsuttiin ”A-kaistaksi”, pysyi jatkuvasti pituisena supistumisen aikana. A-kaistalla on suurempi paksun myosiinifilamentin pitoisuus, kuten alueen jäykkyys olettaa. A-kaistale on sarkomeerin keskellä oleva alue, jossa paksut ja ohuet rihmastot menevät päällekkäin. Tämä antoi tutkijoille käsityksen myosinin keskeisestä sijainnista. A-kaistan sisällä on H-vyöhyke, joka on vain paksusta myosiinista koostuva alue. Pohjimmiltaan a-yhtyeen voidaan ajatella sisältävän” kaiken ” myosiinin mukaan lukien aktiinin kanssa kietoutuneen myosiinin sen sipulimaisessa päässä. Sarcomeren pituuden kummassakin päässä on I-kaista. I-kaistat ovat kaksi aluetta, jotka sisältävät yksinomaan ohutta hehkulankaa. Nopea tapa muistaa tämä on se, että I-kaistalla on ”ohuita, aktinisia” rihmastoja. Paksut filamentit sijaitsevat lähellä i-kaistan paikkaa, mutta niiden reunukset rajaavat kummallekin puolelle, mihin paksut filamentit päättyvät. Samoin Z-viivat eli levyt, jotka antavat sarkomeereille raidallisen ulkonäön valomikroskoopilla, itse asiassa rajaavat vierekkäisten sarkomeerien väliset alueet. M-suora eli keskijako löytyy aivan Z-janojen keskeltä ja sisältää vähemmän tärkeän kolmannen hehkulangan, myomesiinin.

Filamenttimäinen oikotie:

kuten aiemmin mainittiin, supistuminen tapahtuu, kun paksut filamentit liukuvat ohutta filamenttia pitkin nopeasti peräkkäin lyhentäen myofibrillejä. On kuitenkin tärkeää muistaa, että myofilamentit itsessään eivät supistu. Se on liukuva toiminta, joka antaa heille voimaa lyhentää tai pidentää.

Sarkomeerin funktio

filamentin liukuminen synnyttää lihasjännitystä, mikä on epäilemättä sarkomeerin tärkein vaikutus. Tämä toimenpide antaa lihaksille niiden fyysisen voiman. Nopea analogia tästä on tapa, jolla pitkiä tikkaita voidaan pidentää tai taittaa tarpeidemme mukaan lyhentämättä fyysisesti sen metalliosia.

onneksi tuore tutkimus antaa hyvän kuvan siitä, miten tämä liuku toimii. Liukufilamenttiteoriaa on muokattu siten, että se sisältää, miten myosiini pystyy vetämään aktiinia lyhentääkseen sarkomeerin pituutta. Tässä teoriassa myosiinin pallomainen pää sijaitsee lähellä aktiinia alueella, jota kutsutaan S1-alueeksi. Tällä alueella on runsaasti saranoituja segmenttejä, jotka voivat taipua ja siten helpottaa supistumista. S1: n taivutus voi olla avain sen ymmärtämiseen, miten myosiini pystyy ”kävelemään” aktiinifilamenttien pituutta pitkin. Tämä saavutetaan myosiini-aktiini-pyöräilyllä. Tämä on myosiinin S1-fragmentin sitoutuminen, sen supistuminen ja sen mahdollinen vapautuminen.

myosiinin ja aktiinin sitoutuessa ne muodostavat laajennuksia, joita kutsutaan ”poikkisilloiksi.”Nämä poikkisillat voivat muodostua ja murtua ATP: n läsnäolon (tai puuttumisen) myötä. ATP mahdollistaa S1: n supistumisen. Kun ATP sitoutuu aktiinifilamenttiin, se siirtää sen asentoon, joka paljastaa sen myosiinisitoutumiskohdan. Näin myosinin pallomainen pää voi sitoutua tähän kohtaan muodostaen poikkisillan. Tämä sitoutuminen saa ATP: n fosfaattiryhmän dissosioitumaan, ja näin myosiini käynnistää sen voimanoston. Myosiini siirtyy näin alempaan energiatilaan, jossa sarkomeeri voi lyhentyä. Lisäksi ATP: n on sidottava myosiini poikkisillan rikkomiseksi ja annettava myosiinin sitoa aktiini uudelleen ja aloittaa seuraava kouristus.

tietokilpailu

1. Mikä sarcomeren alue pitää yllä jatkuvaa pituutta supistumisen aikana?
A. Z lines
B. A band
C. I band
D. S zone

2. Mikä seuraavista sisältää vain aktiinifilamenttia?
A. A band
B. H band
C. I band
D. Z line

3. Mikä seuraavista sisältää vain myosiinifilamenttia?
A. A band
B. H band
C. I band
D. Z line

• Krans, Jacob et al. (2010). ”The sliding filament theory of muscle contraction.”Luontokasvatus 3. 3(9):66.
• MH Education (2017). ”Animaatio: Sarcomere Contraction. Ihmisen Anatomia: Mckinley O ’ Loughlin.”Retrieved on 2017-6-16 from http://www.macroevolution.net/sarcomere.html
• Boundless (2017). ”ATP ja lihasten supistuminen.”Rajaton: Tuki-Ja Liikuntaelimistö. Retrieved on 2017-6-15 from https://www.boundless.com/biology/textbooks/boundless-biology-textbook/the-musculoskeletal-system-38/muscle-contraction-and-locomotion-218/atp-and-muscle-contraction-826-12069/