סרקומר: מבנה וחלקים, פונקציות והיסטולוגיה - אנטומיה ופיזיולוגיה - 2025

Sarcomere הוא היחידה תפקודית הבסיסית של שרירי שלד, כלומר, שלד שריר לב. שריר השלד הוא סוג השריר המשמש בתנועה מרצון, ושריר הלב הוא השריר שהוא חלק מהלב.

האמירה כי סרקומר היא היחידה הפונקציונאלית פירושה שכל הרכיבים הדרושים להתכווצות כלולים בכל סרקומר. למעשה, שריר השלד מורכב ממיליוני סרקומרים זעירים שמתקצרים בנפרד עם כל כיווץ שרירים.

מיקרוגרף של סרקומר (למעלה) וייצוגו (למטה)

כאן טמונה המטרה העיקרית של סרקומר. סרקומרים מסוגלים ליזום תנועות גדולות על ידי התכווצות אחת לאחת. המבנה הייחודי שלה מאפשר ליחידות קטנות אלה לתאם את התכווצויות השרירים.

למעשה, המאפיינים של התכווצות שרירים הם מאפיין מכונן של בעלי חיים, שכן תנועת בעלי החיים חלקה ומורכבת להפליא. תנועה מחייבת שינוי באורך השריר בזמן שהוא מתכווץ, מה שמצריך מבנה מולקולרי המאפשר לקצר את השריר.

מבנה וחלקים

אם רקמת שריר השלד נבדקת מקרוב, נצפה מראה פסים הנקרא striation. "פסים" אלה מייצגים תבנית של להקות מתחלפות, בהירות וכהות, המתאימות לחוטי חלבון שונים. כלומר, פסים אלה מורכבים מסיבי חלבון שזורים זה בזה המרכיבים כל סרקומר.

Myofibrils

סיבי שריר מורכבים ממאות עד אלפי אבני חבלה התכווצות הנקראים מיופיברילים; Myofibrils אלה מסודרים במקביל ליצירת רקמת שריר. עם זאת, myofibrils עצמם הם למעשה פולימרים, כלומר חוזרים על יחידות סרקומרים.

Myofibrils הם מבנים סיביים ארוכים ועשויים משני סוגים של חוטי חלבון הנערמים זה על גבי זה.

מיוזין ואקטין

מיוזין הוא סיב עבה עם ראש כדורית, ואקטין הוא נימה דקה יותר אשר אינטראקציה עם מיוזין בתהליך התכווצות השרירים.

מיופיבריל נתון מכיל כ -10,000 סרקומרים, שכל אחד מהם אורך כ- 3 מיקרון. למרות שכל סרקומר קטן, מספר סרקומרים מצטברים משתרעים על אורך סיבי השריר.

Myofilaments

כל סרקומר מורכב מצרורות עבות ודקות של החלבונים שהוזכרו לעיל, שנקראות יחד מיופילמנטים.

על ידי הגדלת חלק מה- myofilaments ניתן לזהות את המולקולות המרכיבות אותן. החוטים העבים עשויים מיוזין, ואילו החוטים העדינים עשויים אקטין.

אקטין ומיוזין הם חלבונים מתכווכים הגורמים לקיצור שרירים כאשר הם מתקשרים זה עם זה. בנוסף, החוטים הדקים מכילים חלבונים אחרים בעלי תפקוד רגולטורי הנקרא טרופונין וטרופומיוזין, המווסתים את האינטראקציה בין חלבונים חוזלים.

מאפיינים

תפקידו העיקרי של סרקומר הוא לאפשר לתא שריר להתכווץ. לשם כך, על הסרקומרים להתקצר בתגובה לדחף עצבי.

החוטים העבים והדקים אינם מתקצרים, אלא במקום זאת מחליקים זה סביב זה, וגורמים לסרקומום להתקצר בזמן שהחוטים נשארים באותו אורך. תהליך זה ידוע כמודל הנימה הזזה של התכווצות שרירים.

החלקה של הנימה מייצרת מתח שרירים, שהוא ללא ספק התרומה העיקרית של הסרקום. פעולה זו מעניקה לשרירים את כוחם הגופני.

אנלוגיה מהירה לכך היא הדרך בה ניתן להרחיב או לקפל סולם ארוך בהתאם לצרכים שלנו, מבלי לקצר פיזית את חלקי המתכת שלו.

מעורבות מיוזין

למרבה המזל, מחקרים עדכניים מציעים מושג טוב כיצד עובד התלוש הזה. תיאוריית נימת הזזה שונתה כך שתכלול כיצד מיוזין מסוגל למשוך אקטין כדי לקצר את אורך הסרקום.

בתיאוריה זו, הראש הכדורי של מיוזין ממוקם קרוב לאקטין באזור המכונה אזור S1. אזור זה עשיר בקטעים צירים שיכולים להתכופף ובכך להקל על התכווצות.

כיפוף S1 עשוי להיות המפתח להבנת האופן בו מיוזין מסוגל "ללכת" לאורך חוטי אקטין. ניתן להשיג זאת על ידי רכיבה על שבר מיוזין S1, התכווצותו ושחרורו הסופי.

איחוד מיוזין ואקטיבה

כאשר מיוזין ואקטין מתחברים זה לזה, הם יוצרים הרחבות המכונות "גשרים חוצים". גשרים חוצים אלה יכולים להיווצר ולשבור בנוכחות (או בהיעדרו) של ATP, שהיא המולקולה האנרגטית המאפשרת התכווצות.

כאשר ATP נקשר לחוט האקטין הוא מעביר אותו למצב החושף את האתר המחייב את המיוזין שלו. זה מאפשר לראש הכדורית של מיוזין להיקשר לאתר זה ליצירת הגשר הנגדי.

איחוד זה גורם לקבוצת הפוספט של ATP להתנתק, וכך מיוזין מתחיל בתפקודו. לאחר מכן המוזין נכנס למצב אנרגטי נמוך יותר בו הסרקום יכול להתקצר.

כדי לשבור את הגשר החוצה ולאפשר למיוזין להיקשר לאקטין שוב במחזור הבא, יש צורך בקשירה של מולקולת ATP אחרת למיוזין. כלומר, מולקולת ה- ATP הכרחית הן להתכווצות והן להרפיה.

היסטולוגיה

קטעים היסטולוגיים של השריר מראים את התכונות האנטומיות של הסרקומרים. הנימים העבים, המורכבים מיוזין, נראים ומוצגים כלהקת A של סרקומר.

החוטים הדקים, המורכבים מאקטין, נקשרים לחלבון בדיסק ה- Z (או קו Z) הנקרא אלפא-אקטינין, ונמצאים לאורך אורך רצועת ה- I וחלק מלהקת ה- A.

לאזור בו חוטים החוטים העבים והדקים יש מראה צפוף, מכיוון שיש מעט מקום בין החוטים. אזור זה בו החוטים הדקים והעבים חופפים הוא חשוב מאוד להתכווצות השרירים, שכן זהו האתר בו מתחילה תנועת הנימה.

החוטים הדקים אינם נמתחים במלואם ללהקות A ומשאירים אזור מרכזי ברצועת A המכיל רק חוטים עבים. אזור מרכזי זה של להקה A נראה מעט קל יותר משאר הלהקה A, ונקרא אזור H.

במרכז אזור H יש קו אנכי הנקרא קו M, בו חלבונים אביזרים מחזיקים את החוטים העבים זה בזה.

המרכיבים העיקריים בהיסטולוגיה של סרקומר מסוכמים להלן:

להקה א

אזור נימה עבה, המורכב מחלבוני מיוזין.

אזור H

אזור A-band מרכזי, ללא חלבוני אקטין חופפים כאשר שרירים נינוחים.

להקה אני

אזור נימה דק, המורכב מחלבוני אקטין (ללא מיוזין).

דיסקי Z

הם הגבולות בין סרקומרים סמוכים, המורכבים מחלבונים המחייבים אקטין בניצב לסרקום.

קו M

אזור מרכזי הנוצר על ידי חלבונים אביזרים. הם ממוקמים במרכז נימת המיוזין העבה, בניצב לסרקומרה.

כאמור, התכווצות מתרחשת כאשר חוטים עבים מחליקים לאורך חוטים דקים ברצף מהיר לקיצור מיופיברילים. עם זאת, הבחנה מכרעת שכדאי לזכור היא כי המצעירים עצמם אינם מתכווצים; פעולת ההזזה היא שנותנת להם את הכוח שלהם לקצר או להתארך.

הפניות

1. Clarke, M. (2004). נימת הזזה בגובה 50. טבע, 429 (6988), 145.
2. Hale, T. (2004) הפיזיולוגיה של התרגיל: גישה נושאית (מהדורה ראשונה). וויילי
3. Rhoades, R. & Bell, D. (2013). פיזיולוגיה רפואית: עקרונות לרפואה קלינית (מהדורה רביעית). ליפינקוט וויליאמס ווילקינס.
4. Spudich, JA (2001). הדגם המוזין המסתובב בין הגשר. ביקורות על טבע ביולוגיה מולקולרית של תאים, 2 (5), 387–392.
5. Thibodeau, P. (2013). אנטומיה Phisiology (8 ^th ). מוסבי בע"מ
6. טורטורה, ג 'ודריקסון, ב' (2012). עקרונות האנטומיה והפיזיולוגיה (מהדורה 13). ג'ון וויילי ובניו בע"מ