9.4: Mchanganyiko wa Fiber ya misuli na Utulivu

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza vipengele vinavyohusika katika contraction ya misuli
• Eleza jinsi misuli mkataba na kupumzika
• Eleza mfano wa filament sliding ya contraction misuli

Mlolongo wa matukio ambayo husababisha contraction ya fiber misuli ya mtu binafsi huanza na ishara — nyurotransmita, asetilikolini (ACH) — kutoka neuroni motor innervating kwamba fiber. Wakati uwezekano wa hatua ya kusafiri chini ya neuroni ya motor inakuja kwenye makutano ya neuromuscular ACH inatolewa kutoka kwenye terminal ya axon. Molekuli hizi za ACH hufunga kwa receptors kwenye sahani ya mwisho ya motor (sarcolemma maalumu kwenye makutano ya neuromuscular). Kufungia hii inasababisha ufunguzi wa njia za ioni za sodiamu kwenye sahani ya mwisho ya motor na husababisha sarcolemma kuondoa polarize kama ioni za sodiamu zenye chaji chanya (Na ⁺) kuingia, na kusababisha uwezekano wa hatua unaoenea hadi kwenye membrane iliyobaki, ikiwa ni pamoja na T-tubules. Hii inasababisha kutolewa kwa ioni za kalsiamu (^{Ca ++}) kutoka kwenye hifadhi katika reticulum ya sarcoplasmic (SR). Ca ⁺⁺ kisha huanzisha contraction kwa kumfunga kwa nyembamba filament udhibiti protini (troponin) na kusababisha mwingiliano Masi kwamba hatua nyingine nyembamba filament udhibiti protini (tropomyosin) mbali myosin kisheria maeneo kwenye actin. Mara baada ya maeneo ya kumfunga myosin yanafunuliwa, vichwa vya myosin hufunga kwa actin na kuhamia kupitia “mzunguko wa daraja la msalaba”, unaosababisha kupinga misuli (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Mradi Ca ⁺⁺ ions kubaki katika sarcoplasm kwa kumfunga kwa troponin, ambayo inaweka maeneo ya kitendo kisheria “unshielded,” na kwa muda mrefu kama ATP inapatikana kuendesha baiskeli msalaba-daraja na kuunganisha actin kuachwa na myosin, fiber misuli itaendelea kufupisha kwa kikomo anatomical.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Kupinga kwa Fiber ya Misuli. Aina ya daraja la msalaba kati ya actin na vichwa vya myosin kuanzisha contraction. Kwa muda mrefu kama ioni za ^{Ca ++} zinabaki katika sarcoplasm ili kumfunga kwa troponini, na kwa muda mrefu kama ATP inapatikana, fiber ya misuli itaendelea kufupisha. (Image mikopo: “Contraction” na Openstax ni leseni chini ya CC BY 4.0)

Kupunguza misuli kwa kawaida huacha wakati kuashiria kutoka kwa neuroni ya motor inaisha, ambayo hurejesha tena sarcolemma na T-tubules, na kufunga njia za kalsiamu za voltage-gated katika SR. Ca ⁺⁺ ions kisha pumped nyuma katika SR, kupitia mchakato wa usafiri kazi, ambayo inahitaji ATP. Ukosefu wa ioni ^{Ca ++} husababisha tropomyosin kuimarisha (au kufunika tena) maeneo ya kisheria kwenye vipande vya actin, kuruhusu mwingiliano wa actin (nyembamba) na myosini (nene) kupumzika, kumaliza mzunguko wa daraja la msalaba. Hii inasababisha kupumzika kwa misuli na kupanua. Misuli pia inaweza kuacha kuambukizwa wakati inatoka nje ya ATP na inakuwa imechoka (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Kupumzika kwa Fiber ya Misuli. Ca ⁺⁺ ions hupigwa tena ndani ya SR, ambayo inasababisha tropomyosin kuimarisha maeneo ya kumfunga myosin kwenye vipande vya actin. Misuli inaweza pia kuacha kuambukizwa wakati inatoka nje ya ATP na inakuwa imechoka. (Image mikopo: “Relaxation” na Whitney Menefee leseni chini ya CC BY 4.0/derivative kutoka kazi ya awali)

Matukio ya Masi ya kupunguzwa kwa nyuzi za misuli hutokea ndani ya sarcomeres ya fiber (angalia Mchoro\(\PageIndex{3}\)). Ukandamizaji wa nyuzi za misuli iliyopigwa hutokea kama sarcomeres, iliyopangwa kwa mstari ndani ya myofibrils, kufupishwa kama vichwa vya myosin vinapiga filaments za actin.

Kanda ambapo filaments nyembamba na nyembamba huingiliana inaonekana sana, kwa kuwa kuna nafasi ndogo kati ya filaments. Eneo hili ambapo filaments nyembamba na nene huingiliana ni muhimu sana kwa kupinga misuli, kama ni tovuti ambapo harakati za filament huanza. Nyembamba filaments, nanga katika mwisho wao na Z-rekodi, wala kupanua kabisa katika eneo la kati, ambayo ina tu filaments nene (H-zone), nanga katika misingi yao katika M-line. Myofibril inajumuisha sarcomeres nyingi zinazoendesha urefu wake; hivyo, myofibrils na seli za misuli mkataba kama mkataba wa sarcomeres.

Mfano wa Filament ya Sliding ya Kupinga

Wakati ilionyesha kwa neuron motor, skeletal misuli fiber mikataba kama filaments nyembamba ni vunjwa na kisha slide nyuma filaments nene ndani sarcomeres fiber ya. Utaratibu huu unajulikana kama mfano wa filament ya sliding ya contraction misuli (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Sliding inaweza kutokea tu wakati maeneo ya myosin-kisheria kwenye filaments ya actin yanafunuliwa na mfululizo wa hatua zinazoanza na ^{Ca ++} kuingia kwenye sarcoplasm.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Mfano wa Filament ya Sliding ya Kupinga misuli. Wakati mikataba sarcomere, Z mistari hoja karibu pamoja, na mimi band inakuwa ndogo. Bendi ya A inakaa upana sawa, lakini eneo la H linapunguza au kutoweka. Kwa contraction kamili, filaments nyembamba na nene huingiliana. (Image mikopo: “Sliding Filament Model ya misuli Contraction” na Openstax ni leseni chini ya CC BY 4.0)

Tropomyosin ni protini inayozunguka minyororo ya filament ya actin na inashughulikia maeneo ya kumfunga myosin-kuzuia actin kutoka kumfunga kwa myosin. Tropomyosin hufunga kwa troponin, ambayo huweka tropomyosin mahali, ili kuunda troponin-tropomyosin tata. Katika misuli iliyofuatana, tata ya troponin-tropomyosin inazuia vichwa vya myosin kutoka kwa kumfunga kwenye maeneo ya kazi kwenye microfilaments ya actin. Troponin pia ina tovuti ya kumfunga kwa ioni za ^{Ca ++}.

Protini hizi mbili za udhibiti hufanya kazi pamoja ili kukabiliana na kalsiamu na hivyo “kudhibiti” contraction ya sarcomere. Kuanzisha misuli contraction, nafasi ya tropomyosin ni kubadilishwa kwa wazi myosin-kisheria tovuti kwenye filament actin kuruhusu msalaba daraja malezi kati ya actin na myosin microfilaments. Hatua ya kwanza katika mchakato wa contraction ni kwa Ca ⁺⁺ kumfunga kwa troponini na kusababisha mwingiliano kwamba slides tropomyosin mbali na maeneo ya kisheria juu ya filaments actin. Hii inaruhusu vichwa vya myosin kumfunga kwenye maeneo haya ya kisheria yaliyo wazi na kuunda madaraja ya msalaba. Filaments nyembamba ni kisha vunjwa na vichwa myosin slide nyuma filaments nene kuelekea katikati ya sarcomere. Lakini kila kichwa kinaweza kuvuta umbali mfupi sana kabla haijafikia kikomo chake na lazima “kiweke tena” kabla haijaweza kuvuta tena, hatua inayohitaji ATP.

ATP na Mzunguko wa Daraja la Msalaba

Kwa filaments nyembamba kuendelea slide nyuma filaments nene wakati wa misuli contraction, vichwa myosin lazima kuvuta actin katika maeneo ya kisheria, detach, re-jogoo, ambatanisha na maeneo zaidi kisheria, kuvuta, detach, re-jogoo, nk Harakati hii ya mara kwa mara inajulikana kama mzunguko wa daraja la msalaba. Mwendo huu wa vichwa vya myosin ni sawa na makasia wakati mtu binafsi safu mashua: Paddle ya oars (vichwa vya myosin) kuvuta, huinuliwa kutoka maji (detach), imewekwa upya (re-cocked) na kisha kuzama tena kuvuta (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Kila mzunguko unahitaji nishati, na hatua ya vichwa vya myosin katika sarcomeres mara kwa mara kuunganisha kwenye filaments nyembamba pia inahitaji nishati, ambayo hutolewa na ATP.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Mifupa ya misuli ya mifupa. (a) Tovuti ya kazi kwenye actin inaonekana kama kalsiamu inafunga kwa troponin. (b) Kichwa cha myosin kinavutiwa na actin, na myosin hufunga actin kwenye tovuti yake ya kisheria, na kutengeneza daraja la msalaba. (c) Wakati wa kiharusi cha nguvu, kichwa cha myosini kinaelekea katikati ya sarcomere, na ADP na kundi la phosphate hutolewa. (d) Molekuli mpya ya ATP inashikilia kichwa cha myosin, na kusababisha daraja la msalaba kuacha. (e) kichwa cha myosin hidrolyzes ATP kwa ADP na phosphate, ambayo inarudi myosin kwenye nafasi iliyopigwa. (Image mikopo: “Skeletal misuli contraction” na Openstax ni leseni chini ya CC BY 4.0)

Msalaba daraja malezi hutokea wakati kichwa myosin inaona actin wakati adenosine diphosphate (ADP) na isokaboni phosphate (P _i) bado amefungwa na myosin (Kielelezo\(\PageIndex{4}\) a., b.). _{P ni kisha kutolewa, na kusababisha myosin kuunda attachment nguvu kwa actin, baada ya hapo kichwa myosin inakwenda kuelekea M-line, kuunganisha action pamoja nayo.} Kama actin ni vunjwa, filaments hoja takriban 10 nm kuelekea M-line. Harakati hii inaitwa kiharusi cha nguvu, kama harakati ya filament nyembamba hutokea kwa hatua hii (Kielelezo\(\PageIndex{4}\) .c.). Kutokuwepo kwa ATP, kichwa cha myosin hakitazuia kutoka kwa actin.

Mbali na maeneo ya kisheria ya actin kwenye vichwa vya myosin, pia kuna tovuti ya kisheria ya ATP. Wakati ATP inafunga mahali hapa, inasababisha kichwa cha myosin kuondokana na actin (Kielelezo\(\PageIndex{4}\) .d.). Baada ya hayo hutokea, ATP inabadilishwa kuwa ADP na P _i kwa shughuli ya ndani ya ATPase ya myosin. Nishati iliyotolewa wakati wa hidrolisisi ya ATP inabadilisha angle ya kichwa cha myosini kwenye nafasi iliyofungwa (Kielelezo\(\PageIndex{4}\) e.). Kichwa cha myosin sasa iko katika nafasi ya harakati zaidi.

Wakati kichwa cha myosin kinapigwa, myosin iko katika usanidi wa juu-nishati. Nishati hii hutumiwa kama kichwa cha myosini kinapita kupitia kiharusi cha nguvu, na mwishoni mwa kiharusi cha nguvu, kichwa cha myosin kina nafasi ya chini ya nishati. Baada ya kiharusi cha nguvu, ADP inatolewa; hata hivyo, daraja la msalaba lililoundwa bado liko, na actin na myosin hufungwa pamoja. Kwa muda mrefu kama ATP inapatikana, inaunganisha kwa urahisi myosin, mzunguko wa daraja la msalaba unaweza kurudi, na contraction ya misuli inaweza kuendelea.

Kumbuka kwamba kila filament nene ya takribani 300 molekuli myosin ina vichwa mbalimbali myosin, na wengi kuvuka madaraja fomu na kuvunja kuendelea wakati wa misuli contraction. Kuzidisha hii kwa sarcomeres yote katika myofibril moja, myofibrils wote katika nyuzi moja ya misuli, na nyuzi zote za misuli katika misuli moja ya mifupa, na unaweza kuelewa kwa nini nishati nyingi (ATP) zinahitajika ili kuweka misuli ya mifupa kufanya kazi. Kwa kweli, ni kupoteza kwa ATP ambayo husababisha mortis kali kuzingatiwa mara baada ya mtu kufa. Na hakuna uzalishaji zaidi wa ATP iwezekanavyo, hakuna ATP inapatikana kwa vichwa vya myosin ili kuondokana na maeneo ya kisheria ya kitendo, hivyo madaraja ya msalaba hukaa mahali, na kusababisha ugumu katika misuli ya mifupa.

Kupumzika kwa misuli ya Skeletal

Kufurahi nyuzi za misuli ya mifupa, na hatimaye, misuli ya mifupa, huanza na neuroni ya motor, ambayo huacha kutolewa ishara yake ya kemikali, ACH, ndani ya sinepsi kwenye NMJ. Fiber ya misuli itarejesha tena, ambayo inafunga milango katika SR ambapo ^{Ca ++} ilitolewa. ATP inayotokana pampu hoja ^{Ca ++} nje ya sarcoplasm nyuma katika SR. Hii inasababisha “reshielding” ya maeneo ya kisheria ya kitendo kwenye filaments nyembamba. Bila uwezo wa kuunda madaraja ya msalaba kati ya filaments nyembamba na nene, fiber misuli inapoteza mvutano wake na relaxes.

Nguvu ya misuli

Idadi na aina ya nyuzi za misuli ya mifupa katika misuli iliyotolewa ni maumbile na haibadilika. Nguvu ya misuli ni moja kwa moja kuhusiana na kiasi cha myofibrils na sarcomeres ndani ya kila fiber. Mambo, kama vile homoni na dhiki (na steroids anabolic bandia), kaimu juu ya misuli inaweza kuongeza uzalishaji wa sarcomeres na myofibrils ndani ya nyuzi misuli, mabadiliko inayoitwa hypertrophy, ambayo husababisha kuongezeka kwa wingi na wingi wa misuli ya mifupa. Vivyo hivyo, ilipungua matumizi ya matokeo ya misuli skeletal katika atrophy, ambapo idadi ya sarcomeres na myofibrils kupungua (lakini si idadi ya nyuzi misuli). Ni kawaida kwa kiungo katika kutupwa kusababisha misuli kwa kasi atrophied na magonjwa fulani, kama vile polio, sasa na atrophy misuli kama comorbidity.

MATATIZO YA...

Mfumo wa misuli

Duchenne misuli dystrophy (DMD) ni kudhoofika kwa maendeleo ya misuli ya mifupa. Ni moja ya magonjwa kadhaa kwa pamoja hujulikana kama “dystrophy ya misuli.” DMD husababishwa na ukosefu wa dystrophin ya protini, ambayo husaidia filaments nyembamba ya myofibrils kumfunga kwa sarcolemma. Bila dystrophin ya kutosha, vipindi vya misuli husababisha sarcolemma kupasuka, na kusababisha mvuto wa Ca++, na kusababisha uharibifu wa seli na uharibifu wa nyuzi za misuli. Baada ya muda, kama uharibifu wa misuli hujilimbikiza, misuli ya misuli imepotea, na uharibifu mkubwa wa kazi huendeleza.

DMD ni ugonjwa wa kurithi unaosababishwa na kromosomu isiyo ya kawaida ya X. Kimsingi huathiri wanaume, na kwa kawaida hutolewa katika utoto wa mapema. DMD kawaida kwanza inaonekana kama ugumu na usawa na mwendo, na kisha inaendelea na kutokuwa na uwezo wa kutembea. Inaendelea kuendelea juu katika mwili kutoka kwa mwisho wa chini hadi mwili wa juu, ambapo huathiri misuli inayohusika na kupumua na mzunguko. Hatimaye husababisha kifo kutokana na kushindwa kupumua, na wale wanaosumbuliwa hawana kawaida kuishi nyuma ya miaka 20 yao.

Kwa sababu DMD inasababishwa na mabadiliko katika jeni ambayo codes kwa dystrophin, ilidhaniwa kuwa kuanzisha myoblasts afya katika wagonjwa inaweza kuwa matibabu bora. Myoblasts ni seli embryonic kuwajibika kwa ajili ya maendeleo ya misuli, na walau, wangeweza kubeba jeni afya ambayo inaweza kuzalisha dystrophin zinahitajika kwa contraction kawaida misuli. Mbinu hii haikufanikiwa kwa wanadamu. Mbinu ya hivi karibuni zaidi imehusisha kujaribu kuongeza uzalishaji wa misuli ya utrophin, protini inayofanana na dystrophin ambayo inaweza kuwa na uwezo wa kudhani jukumu la dystrophin na kuzuia uharibifu wa seli kutokea.

Mapitio ya dhana

Kiini cha misuli kinajazwa na maelfu ya myofibrils, minyororo ya sarcomeres iliyounganishwa kutoka Z-disc hadi Z-disc. Sarcomeres ni sehemu ndogo ya mikataba ya misuli. Myofibrils zinajumuisha filaments nyembamba na nyembamba. Filaments nene zinajumuisha myosin ya protini; filaments nyembamba zinajumuisha actin ya protini. Troponin na tropomyosin ni protini za udhibiti zinazohusiana na filament nyembamba.

Ukandamizaji wa misuli unaelezewa na mfano wa filament wa kupiga sliding. ACH ni nyurotransmita inayofunga kwenye makutano ya neuromuscular (NMJ) ili kusababisha uharibifu wa kingamizi, na uwezo wa hatua husafiri kando ya sarcolemma ili kusababisha kutolewa kwa kalsiamu kutoka SR. Maeneo ya kumfunga myosini kwenye maeneo ya actin yanafunuliwa baada ya kalsiamu inapoingia sarcoplasm na hufanya troponin-tropomyosin tata kuhama. Kuunganishwa kwa vichwa vya myosin vinavyoingia kwenye maeneo ya kisheria ya kitendo huanza “mzunguko wa daraja la msalaba” mchakato unaoendelea kwa muda mrefu kama kalsiamu na ATP zipo. Wakati wa “kiharusi nguvu” myosin pulls filaments nyembamba kuelekea M-line na kama filaments nyembamba slide juu ya filaments nene, Z-rekodi katika myofibril kuteka karibu pamoja ili kufupisha nzima misuli fiber. Hatimaye, sarcomeres, myofibrils, na nyuzi misuli kufupisha kuzalisha contraction skeletal misuli.

Mapitio ya Maswali

Swali: Katika misuli iliyofuatana, tovuti ya myosin-kisheria kwenye actin imefungwa na ________.

A. titin

B. troponini

C. myoglobin

D. tropomyosin

Jibu

Jibu: D

Swali: Kwa mujibu wa mfano wa filament ya sliding, maeneo ya kumfunga kwenye actin wazi wakati ________.

A. creatine phosphate ngazi kupanda

B. ngazi ATP kupanda

C. ngazi asetilikolini kupanda

D. viwango vya ioni calcium kupanda

Jibu

Jibu: D

Swali: Mbinu ya seli ya fiber ya misuli inaitwa ________.

A. myofibril

B. sarcolemma

C. sarcoplasm

D. myofilament

Jibu

Jibu: B

Swali: Utulivu wa misuli hutokea wakati ________.

A. ions calcium ni kikamilifu kusafirishwa nje ya reticulum sarcoplasmic

B. ions ya kalsiamu huenea nje ya reticulum ya sarcoplasmic

C. ions calcium ni kikamilifu kusafirishwa katika reticulum sarcoplasmic

D. ions ya kalsiamu huenea ndani ya reticulum ya sarcoplasmic

Jibu

Jibu: C

Swali: Wakati wa kupinga misuli, daraja la msalaba linazuia wakati ________.

A. molekuli ya ADP hufunga kichwa cha myosin

B. molekuli ya ATP hufunga kichwa cha myosin

C. ions calcium kumfunga kwa troponin

D. ions kalsiamu kumfunga kwa actin

Jibu

Jibu: B

Swali: Filaments nyembamba na nene hupangwa katika vitengo vya kazi vinavyoitwa ________.

A. myofibrils

B. myofilaments

C. T-tubules

D. sarcomeres

Jibu

Jibu: D

Maswali muhimu ya kufikiri

Swali: Vipande vya misuli vinaweza kuathiriwa ikiwa nyuzi za misuli ya mifupa hazikuwa na T-tubules?

Jibu

Bila T-tubules, hatua uwezo upitishaji ndani ya mambo ya ndani ya seli ingekuwa polepole zaidi, na kusababisha ucheleweshaji kati ya kusisimua neva na misuli contraction, kusababisha polepole, dhaifu contractions.

Swali: Ni nini kinachosababisha kuonekana kwa tishu za misuli ya mifupa?

Jibu

A. mpangilio microscopic ya myofilaments ndani ya sarcomeres matokeo katika giza bendi na mwanga mimi bendi. Bendi hizi hurudia pamoja na myofibrils, na usawa wa myofibrils katika seli husababisha seli nzima kuonekana iliyopigwa.

Swali: Vipande vya misuli vinaweza kuathiriwa ikiwa ATP ilikuwa imeharibika kabisa katika fiber ya misuli?

Jibu

A. bila ATP, vichwa vya myosin haviwezi kuondokana na maeneo ya kisheria ya kitendo. Wote wa “kukwama” madaraja ya msalaba husababisha ugumu wa misuli. Katika mtu aliye hai, hii inaweza kusababisha hali kama “miamba ya mwandishi.” Katika mtu aliyekufa hivi karibuni, husababisha mortis kali.

faharasa

kupumua kwa aerobic

uzalishaji wa ATP mbele ya oksijeni

ATPase

enzyme ambayo hydrolyzes ATP kwa ADP

creatine phosphate

phosphagen kutumika kuhifadhi nishati kutoka ATP na kuhamisha kwa misuli

glycolysis

kuvunjika kwa anaerobic ya glucose kwa ATP

asidi lactic

bidhaa ya glycolysis anaerobic

oksijeni madeni

kiasi cha oksijeni zinahitajika kufidia ATP zinazozalishwa bila oksijeni wakati wa contraction misuli

kiharusi cha nguvu

hatua ya myosin kuunganisha actin ndani (kuelekea mstari M)

asidi ya piruvic

bidhaa ya glycolysis ambayo inaweza kutumika katika kupumua aerobic au kubadilishwa kwa asidi lactic

troponini

udhibiti protini kwamba kumfunga kwa actin, tropomyosin, na calcium

tropomyosin

protini ya udhibiti ambayo inashughulikia maeneo ya myosin-kisheria ili kuzuia actin kutoka kumfunga kwa myosin

Wachangiaji na Majina

• Template:ContribOpenStaxAP