Sarcomere definition

en sarcomere är den funktionella enheten av strimmig muskel. Det betyder att det är den mest grundläggande enheten som utgör vår skelettmuskel. Skelettmuskel är den muskeltyp som initierar all vår frivilliga rörelse. Häri ligger sarkomerens huvudsyfte. Sarkomerer kan initiera stor, svepande rörelse genom att dra ihop sig. Deras unika struktur gör att dessa små enheter kan samordna våra muskels sammandragningar.

bilden visar skelettmuskelfiber.

faktum är att muskelens kontraktila egenskaper är en definierande egenskap hos djur. Djurrörelsen är särskilt smidig och komplex. Dexterous rörelse kräver en förändring i muskellängd när muskeln böjer sig. Detta kräver en molekylär struktur som kan förkortas tillsammans med förkortningsmuskeln. Sådana krav finns i sarkomeren.

vid närmare granskning ger skelettmuskelvävnaden ett randigt utseende, kallat striation. Dessa ”ränder” avges av ett mönster av alternerande ljusa och mörka band som motsvarar olika proteinfilament. Dessa ränder bildas av de sammankopplade fibrerna som innefattar varje sarkomer. Rörformiga fibrer som kallas myofibriller är de grundläggande komponenterna som bildar muskelvävnad. Myofibriller själva är emellertid väsentligen polymerer, eller upprepande enheter, av sarkomer. Myofibriller är fibrösa och långa och gjorda av två typer av proteinfilament som staplar ovanpå varandra. Myosin är en tjock fiber med ett globulärt huvud, och aktin är ett tunnare filament som interagerar med myosin när vi böjer.

avbildad är en grundläggande illustration av skelettmuskelns underliggande komponenter, ner till sarkomeren.

Sarcomere structure

När man tittar under ett mikroskop organiseras muskelfibrer med varierande längder i ett staplat mönster. Myofibrilsträngarna, därigenom aktin och myosin, bildar buntar av filament anordnade parallellt med varandra. När en muskel i vår kropp kontraherar, är det underförstått att hur detta händer följer glidfilamentteorin. Denna teori förutspår att en muskel dras samman när filament får glida mot varandra. Denna interaktion kan då ge kontraktil kraft. Anledningen till att sarkomerstrukturen är så avgörande i denna teori är dock att en muskel behöver förkortas fysiskt. Således finns det ett behov av en enhet som kan kompensera för förlängning eller förkortning av en böjmuskel.

den glidande filamentteorin ställdes först av forskare som hade använt högupplöst mikroskopi och filamentfläckar för att observera myosin-och aktinfilament i aktion vid olika stadier av sammandragning. De kunde visualisera den fysiska förlängningen av sarkomeren i sitt avslappnade tillstånd och förkortningen i dess kontrakterade tillstånd. Deras observationer ledde till upptäckten av sarkomerzoner.

figuren visar strukturen hos en Sarcomere. (Varje zon är märkt).

de observerade först att de dynamiska förändringarna som ägde rum alltid hände på samma platser eller zoner. De märkte att en zon av upprepad sarkomer, senare kallad ”A-bandet”, behöll en konstant längd under sammandragning. A-bandet har ett högre innehåll av tjockt myosinfilament, vilket förväntas av områdets styvhet. A-bandet är området i mitten av sarkomeren där tjocka och tunna filament överlappar varandra. Detta gav forskare en uppfattning om myosins centrala läge. Inom A-bandet är H-zonen, vilket är det område som endast består av tjockt myosin. I huvudsak kan a-bandet tros inkludera ”alla” av myosin inklusive myosin sammanflätade med aktin vid dess bulbous Huvud. Ligger på varje ände av sarcomere längd är i-bandet. I-banden är de två regionerna som uteslutande innehåller tunn filament. Ett snabbt sätt att komma ihåg detta är att I-bandet har ”tunna, aktinfilament”. De tjocka filamenten ligger inte för långt från platsen för I-bandet; men på vardera sidan avgränsar deras marginaler var de tjocka filamenten slutar. På samma sätt avgränsar Z-linjerna eller skivorna som ger sarkomerer ett randigt utseende under ett ljusmikroskop faktiskt regionerna mellan intilliggande sarkomerer. M-linjen, eller mellandelningen, finns mitt i Z-linjerna och innehåller en mindre viktig tredje filament som kallas myomesin.

Filament mental genväg:

som tidigare nämnts sker sammandragning när de tjocka filamenten glider längs de tunna filamenten i snabb följd för att förkorta myofibrillerna. En avgörande skillnad att komma ihåg är dock att myofilamenten själva inte dras samman. Det är den glidande åtgärden som ger dem sin kraft att förkorta eller förlänga.

Sarcomere funktion

Filamentglidning genererar muskelspänning, vilket utan tvekan är sarcomeres huvudbidrag. Denna åtgärd ger musklerna sin fysiska kraft. En snabb analogi med detta är hur en lång stege kan förlängas eller vikas beroende på våra behov för den, utan att fysiskt förkorta dess metalldelar.

Tack och lov ger ny forskning oss en bra uppfattning om hur denna glidning fungerar. Den glidande filamentteorin har modifierats för att inkludera hur myosin kan dra på aktin för att förkorta sarkomerens längd. I denna teori ligger myosins globulära Huvud nära aktin i ett område som kallas S1-regionen. Denna region är rik på gångjärnssegment som kan böjas och därmed underlätta sammandragning. Böjningen av S1 kan vara nyckeln till att förstå hur myosin kan ”gå” längs aktinfilamentens längd. Detta uppnås genom myosin-aktin cykling. Detta är bindningen av myosin S1-fragmentet, dess sammandragning och dess eventuella frisättning.

När myosin och aktin binder bildar de tillägg som kallas ” cross-bridges.”Dessa korsbroar kan bildas och bryta med närvaron (eller frånvaron) av ATP. ATP gör S1-sammandragning möjlig. När ATP binder till aktin filament, flyttar den den till en position som exponerar sin myosinbindningsplats. Detta gör det möjligt för myosins globulära huvud att binda till denna sida för att bilda tvärbroen. Denna bindning får fosfatgruppen av ATP att dissociera, och sålunda initierar myosin sin kraftslag. Myosin går således in i ett lägre energitillstånd där sarkomeren kan förkortas. Dessutom måste ATP binda myosin för att bryta tvärbroen och tillåta myosin att binda aktin igen och initiera nästa spasm.

frågesport

1. Vilken zon av sarkomeren upprätthåller en konstant längd under sammandragning?
A. z linjer
B. A band
C. I band
D. S zone

2. Vilket av följande innehåller endast aktinfilament?
A. A band
B. H band
C. I band
D. Z linje

3. Vilket av följande innehåller endast myosinfilament?
A. A band
B. H band
C. I band
D. Z linje

• Krans, Jacob et al. (2010). ”Den glidande filamentteorin om muskelkontraktion.”Naturutbildning 3. 3(9):66.
• MH utbildning (2017). ”Animation: Sarcomere Kontraktion.”Mänsklig Anatomi: Mckinley O’ Loughlin.”Hämtad på 2017-6-16 från http://www.macroevolution.net/sarcomere.html
• gränslös (2017). ”ATP och muskelkontraktion.”Gränslös: Muskuloskeletala Systemet. Hämtad 2017-6-15 från https://www.boundless.com/biology/textbooks/boundless-biology-textbook/the-musculoskeletal-system-38/muscle-contraction-and-locomotion-218/atp-and-muscle-contraction-826-12069/