Miofibryle i sarkomery

Płyn cytoplazmatyczny wewnątrz komórek mięśniowych jest w dużej mierze zajęty przez miofibryle, które stanowią składnik kurczliwy.

Każde włókno mięśniowe składa się z około 1000 miofibryli, otoczonych siateczką sarkoplazmatyczną; miofibryle rozciągają się na całej długości włókna i są zorganizowane w długie podłużne wiązki.

Każda miofibryl ma grubość od 0,5 do 2 µm, na długość w zakresie od 10 do 100 mikronów (1 mikron = 1/1000 mm.).

Zgodnie z przewidywaniami miofibryle są otoczone siateczką sarkoplazmatyczną, złożonym układem pęcherzyków i kanalików, który daje początek systemowi sarcotubular. Celem tej struktury jest gromadzenie wapnia niezbędnego do skurczu.

Przechodząc coraz bardziej do mikroskopu, odkrywamy, że same miofibryle składają się z równoległych miofilamentów, które są dwojakiego rodzaju: grube i cienkie. Można również zaobserwować charakterystyczną smugę wzdłuż głównej osi miofibryli, dzięki regularnej przemianie jasnych i ciemnych pasm.

Ciemne pasma nazywane są pasmami lub dyskami A
Jasne pasma nazywane są pasmami I
Każdy zespół I jest podzielony na dwie części linią Z
Każde pasmo A jest podzielone na dwie części paskiem zwanym H, umieszczonym w jego centralnej części.

Rozciągnięcie miofibryli między dwiema sąsiednimi liniami Z

(1/2 zespołu I + zespół A + 1/2 zespołu I)

przyjmuje nazwę SARCOMERO

Sarkomery to strukturalna i funkcjonalna jednostka miofibryli, czyli najmniejsza jednostka mięśnia zdolna do skurczu.

Wewnątrz pojedynczej miofibryli różne sarkomery następują po sobie, jakby tworzyły wysoki stos cylindrów. Co więcej, w mięśniu włókna są ułożone równolegle, tak że odpowiednie sarkomery są ustawione w jednej linii. Innymi słowy, obok linii Z miofibryli zawsze występuje linia Z sąsiadującej miofibryli, ta symetria oznacza, że całe włókno mięśniowe jest poprzecznie prążkowane.

Myofilamenty

Obserwowane pod mikroskopem elektronowym, każdy sarkomer wydaje się być utworzony przez wiązkę włókien ułożonych wzdłużnie i równolegle do siebie. Składnikami tych miofilamentów są dwa białka, zwane aktyną i miozyną.

W centrum każdego sarkomeru znajduje się około tysiąca grubych włókien składających się z miozyny. Na swoich końcach te cząsteczki białka wywodzą się z cienkich włókien, składających się z „innego białka”, aktyny.

W komórce włókna mięśnia szkieletowego te elementy kurczliwe (grube i cienkie włókna) są ułożone w rejestrze i są częściowo splecione (nałożone na siebie).

Wiązka grubych (miozynowych) włókien znajduje się w centrum sarkomeru i stanowi pasmo A;
Wiązka cienkich włókien, zbudowana z aktyny, znajduje się na biegunach sarkomeru i tworzy dwa półpasma I, które sięgają aż do dysków Z.

Ta złożona struktura jest podstawą skurczu mięśni, możliwego dzięki przesuwaniu cienkich włókien po grubych.

Podczas skurczu sarkomer skraca się z powodu zbliżania się dwóch włókien Z:

podczas gdy długość włókien i pasma A pozostaje niezmieniona, następuje zmniejszenie pasma I i pasma H.

Uogólnienie zjawiska warunkuje skrócenie miofibryli, włókien mięśniowych, pęczków i całego mięśnia. Warto zauważyć, że każdy sarkomer może w spoczynku skrócić się maksymalnie do 50% swojej długości.

Podczas skurczu mięśni mostki aktomiozyny są stale tworzone i rozpuszczane, o ile dostępna jest wystarczająca ilość jonów wapnia i ATP; lepiej zajmiemy się tym aspektem w następnym artykule.

NAPIĘCIE WYKONYWANE PRZEZ WŁÓKNO MIĘŚNIOWE JEST BEZPOŚREDNIO PROPORCJONALNE DO ILOŚCI MOSTÓW KRZYŻOWYCH, KTÓRE POWSTAJĄ POMIĘDZY GRUBYM I CIENKIMI WŁÓKNAMI.

W konsekwencji mięsień, który jest zbyt rozciągnięty lub zbyt napięty, rozwija mniejszą siłę niż mięsień, który kurczy się od optymalnego stopnia rozciągnięcia.

Zależność długość-napięcie w skurczu mięśni. Obraz przedstawia napięcie generowane przez mięsień na podstawie jego długości przed rozpoczęciem ćwiczenia / skurczu mięśnia.Uwagę skupiamy na krzywej siły czynnej (skurczu mięśnia), pomijając czerwoną odnoszącą się do siły całkowitej i niebieską jeden w stosunku do siły biernej (ze względu na niekurczliwe składniki sarkomeru - connectin / titin); w szczególności, podążając za trendem krzywej odnoszącej się do siły czynnej, zauważamy, że:

A) nie ma aktywnej siły, ponieważ nie ma kontaktu między głowami miozyny a aktyną
Pomiędzy A) i B): następuje liniowy wzrost siły czynnej ze względu na wzrost miejsc wiązania aktyny dla główek miozyny
Pomiędzy B) i C): siła czynna osiąga maksymalny szczyt i pozostaje względnie stabilna; w tej fazie w rzeczywistości wszystkie głowy miozyny są związane z aktyną
Pomiędzy C) i D): siła czynna zaczyna się zmniejszać, ponieważ nakładanie się łańcuchów aktyny zmniejsza miejsca wiązania dostępne dla głów miozyny
E): gdy miozyna zderzy się z krążkiem Z, nie ma aktywnej siły, ponieważ wszystkie główki miozyny są przyczepione do aktyny; ponadto miozyna jest ściskana na krążkach Z i działa jak sprężyna przeciwstawiająca się skurczowi z siłą proporcjonalną do stopień kompresji (a więc skrócenia mięśni)