12.7: אקטין - מבני מיוסין בשריר
- Page ID
- 208447
החלבונים המוטוריים המעבירים חומרים לאורך המיקרופילמנטים הפועלים דומים במובנים מסוימים, כגון קבוצת הראש הכדורית הקושרת ומיידרת ATP, אך שונה בדרכים אחרות, כגון התנועה המזרזת על ידי הידרוליזה של ATP. חלק גדול מה-f-actin והמיוסין בתאי שריר מפוספסים ותאי שריר לב נמצא בסידור מוזר שנועד לספק תגובה התכווצות חזקה לאורך כל התא. הסרקומר הוא סידור של סיבים מתחלפים של f-actin (המכונה גם "סיבים דקים" על סמך הופעתם במיקרוגרפים אלקטרונים) ומיוסין II (או "סיבים עבים"). למרות שבדרך כלל איננו חושבים על החלבון המוטורי כסיב, במקרה זה זנבות מולקולות המיוסין II משתלבים זה בזה ויוצרים סיב רציף של מולקולות מיוסין. ככל שמחזור ההתכווצות מתקדם, מולקולות המיוסין אוחזות בסיבי האקטין הסמוכים ומזיזות אותן. באיור\(\PageIndex{11}\), אתה יכול לראות שסרקומר בנוי כך שסיבי המיוסין הנייחים ממוקמים במרכז, עם שתי קבוצות מקבילות של סיבי אקטין שזורים בין סיבי המיוסין, משמאל ומימין למרכז. שימו לב שסיבי האקטין אינם חוצים את קו המרכז, וכי במרכז מולקולות המיוסין מחליפות כיוון. ההשפעה הפיזיולוגית של זה היא שחוטי האקטין נמשכים כולם פנימה לכיוון מרכז הסרקומר. הסרקומר בתורו, הוא רק אחד מני רבים המחוברים יחד ליצירת מיופיבריל. המיופיברילים מאריכים את אורך תא השריר.


כאשר ראש המיוסין נמצא במצב מנוחה, הוא מחובר היטב לחוט האקטין. למעשה, קפדנות מורטיס מתרחשת בבעלי חיים מתים מכיוון שלא נוצר יותר ATP, וכך הסרקומרים ננעלים במקומם. הקפדה מתחילה בערך 2-3 שעות לאחר המוות בבני אדם, לאחר שמאגרי ה- ATP מתרוקנים. כאשר הגוף נרגע שוב בעוד כשלושה ימים, זה נובע מפירוק והתמוטטות חלבוני האקטין והמיוסין. עם זאת, בעוד שהם עדיין בעלי חיים חיים, ATP זמין בדרך כלל, והוא יכול להיקשר לראש המיוסין, ולגרום לו לאבד זיקה ל- f-actin ולהרפות (איור\(\PageIndex{12}\)). בשלב זה לא התרחשה תנועה משמעותית. עם זאת, לאחר שה- ATP עובר הידרוליזה, ראש המיוסין יכול להתחבר מחדש ל- f-actin קצת יותר במורד החוט ממה שהיה במקור. האנרגיה המשתחררת מאוחסנת באזור הצוואר. ה- ADP ו- P i עדיין מחוברים גם לראש המיוסין. השלב הבא הוא שה- P i יוריד את המיוסין, מה שמוביל למכת הכוח. הצוואר של המיוסין מסתובב מסביב, מה שמוביל לטרנסלוקציה של הראש בכ -10 ננומטר עבור מיוסין II. מרחק הטרנסלוקציה משתנה בהתאם לסוג המיוסין, אך עדיין לא ברור אם אורך הצוואר פרופורציונלי לעקירת הראש. לבסוף, ה-ADP מוריד את ראש המיוסין, ומגביר את הזיקה של הראש ל-f-actin.

מבנה הסרקומר המתואר בפסקה הראשונה לא היה שלם על מנת למקם את השחקנים הגדולים בבירור בתפקידיהם. ישנם חלבונים אחרים בסרקומר עם פונקציות מבניות ורגולטוריות חשובות. אחד המרכיבים הרגולטוריים העיקריים הוא טרופומיוסין. זהו חלבון סיבי השוכן בחריץ של מיקרופילמנט אקטין וחוסם את הגישה לאתר הקישור של מיוסין. טרופומיוסין מתחבר למיקרופילמנט בשילוב עם קומפלקס טרופונין מרובה יחידות משנה. כאשר Ca 2+ זמין, הוא יכול להיקשר לטרופונין-C, מה שמוביל לשינוי קונפורמטיבי המשנה את מיקומו של טרופומיוסין כדי לחשוף את אתר הקישור למיוסין. זוהי נקודת השליטה העיקרית להתכווצות השרירים: זכרו שרמות Ca 2+ התוך-תאיות נשמרות נמוכות במיוחד מכיוון שתפקידה העיקרי הוא באיתות תוך תאי. אחת הדרכים שבהן רמות Ca 2+ נשמרות כל כך נמוכות היא לשאוב אותו למאגר, כגון הרשת האנדופלזמית.

בתאי שריר קיימת התמחות של ה- ER הנקראת הרשתית הסרקופלסמית (SR) העשירה במשאבות Ca 2+ ו- Ca 2+. כאשר נשלח אות מתא עצב שולט לתא השריר, הוא גורם לדפולריזציה של קרום תאי השריר. כתוצאה מכך זה מבטל את הפולריזציה של קבוצה של ממברנות הנקראות צינוריות רוחביות (צינורות T) השוכנים ישירות על חלקים מהרשת הסרקופלסמית. ישנם חלבונים על פני ה-tubule המקיימים אינטראקציה ישירה עם קבוצה של חלבוני ערוץ Ca 2+, המחזיקים את התעלה סגורה כרגיל. כאשר ה-t-tubule עובר דה-פולריזציה, החלבונים משנים צורה, מה שמשנה את האינטראקציה עם ערוצי Ca 2+ ב-SR, ומאפשר להם להיפתח. Ca 2+ ממהר לצאת מה- SR שם הוא זמין לטרופונין-c. טרופונין-C הקשור ל- Ca 2+ מסיט את הטרופומיוסין מחוט האקטין, וראש המיוסין יכול להיקשר אליו. ATP יכול לקשור את ראש המיוסין כדי להתחיל את מחזור שבץ הכוח, וואלה, שלטנו בהתכווצות תאי השריר.
ה-SR הוא התמחות של חלק מהרשת האנדופלזמית, ומכיל ריכוז גבוה של יוני Ca 2+ מכיוון שממברנת ה-SR מוטמעת במשאבות Ca 2+ (ATPases) כדי לשמור על הריכוז הציטופלזמי נמוך ולפזר את יוני Ca 2+ בתוך ה-SR. זה מוסדר על ידי זרחון ו- [Ca 2+] באמצעות חלבון רגולטורי כגון פוספולמבן (בשריר הלב). פוספולמבן הוא חלבון ממברנה אינטגרלי של ה-SR שבדרך כלל מתחבר ומעכב את משאבת Ca 2+. אולם כאשר הוא זרחני, או כאשר רמות Ca 2+ ציטופלזמיות עולות, הפוספולמבן משתחרר ממשאבת Ca 2+ ומאפשר לו לתפקד.
בנוסף ל"חלקים הנעים ", ישנם גם חלבונים סטטיים, מבניים יותר בסרקומר (איור\(\PageIndex{11}\)). טיטין הוא חלבון ענק (הגדול ביותר הידוע, כמעט 3 מד"א), וניתן לחשוב עליו כמשהו של חבל באנג'י לסיב המיוסין. מטרתו המהותית היא למנוע מהכוחות הנוצרים על ידי המיוסין למשוך את הסיבים זה מזה. טיטין עוטף את סיבי המיוסין ומתחבר במספר נקודות, כאשר המדיאלי ביותר קרוב לקצה אזור H. בקו Z, טיטין מתחבר לקומפלקס טלתונין, הנצמד לחלבוני דיסק Z (אנטי-מקביל α-actinin). טיטין גם מקיים אינטראקציה עם אובסקורין באזור ה-I-band, שם הוא עשוי לקשר מיופיברילים ל-SR, ובאזור ה-M-band הוא יכול לקיים אינטראקציה עם החלבון קושר Ca 2+ קלמודולין-1 ו-TRIM63, שנחשב כקשר בין טיטין לבין שלד הציטוס המיקרוטובולי. ישנם איזופורמים מרובים של טיטין מחבור חלופי, כאשר רוב השונות מגיעה באזור ה-i-band.
הפרעות להיווצרות תקינה של מבנה התמיכה המבוסס על טיטין יכולות להיות גורם לקרדיומיופתיה מורחבת, ומכאן אי ספיקת לב. כ -20-30% מהמקרים של קרדיומיופתיה מורחבת הם משפחתיים, ומוטציות מופו לאזור ה-N-טרמינלי של טיטין, שם החלבון מקיים אינטראקציה עם טלתונין. פגמים בטיטין נחקרים גם ביחס למחלת ריאות חסימתית כרונית, וכמה סוגים של ניוון שרירים.
כמובן שבשריר ממשי (איור\(\PageIndex{14}\)), מה שקורה הוא שעצבים צומחים לתוך השריר ויוצרים איתם קשרים סינפטיים. בחיבורים סינפטיים אלה, תא העצב משחרר נוירוטרנסמיטורים כגון אצטילכולין (ACh), הנקשרים לקולטנים (AChR) בתא השריר. לאחר מכן זה פותח תעלות יונים בקרום תאי השריר, ומפעיל שינוי מתח על פני הממברנה ההיא, מה שבמקרה משפיע גם על הממברנה הסמוכה של הצינורות הרוחביים לאחר מכן פותח תעלות Ca 2+ ב- SR. התכווצות הסרקומרים יכולה להמשיך כפי שתואר לעיל.
