Sarcomere: struttura e parti, funzioni e istologia
Un sarcomero è l'unità funzionale fondamentale del muscolo striato, cioè del muscolo scheletrico e cardiaco. Il muscolo scheletrico è il tipo di muscolo che viene utilizzato nei movimenti volontari e il muscolo cardiaco è il muscolo che fa parte del cuore.
Dire che il sarcomero è l'unità funzionale significa che tutte le componenti necessarie alla contrazione sono contenute in ogni sarcomero. Infatti, il muscolo striato è composto da milioni di piccoli sarcomeri che si accorciano, individualmente, con ogni contrazione muscolare.
Qui sta lo scopo principale del sarcomero. I sarcomeri sono in grado di iniziare grandi movimenti contraendosi all'unisono. La sua struttura unica consente a queste piccole unità di coordinare le contrazioni dei muscoli.
In effetti, le proprietà contrattili del muscolo sono una caratteristica distintiva degli animali, poiché il movimento degli animali è straordinariamente regolare e complesso. La locomozione richiede un cambiamento nella lunghezza del muscolo mentre si flette, il che richiede una struttura molecolare che consente l'accorciamento muscolare.
Struttura e parti
Se il tessuto muscolare scheletrico viene esaminato attentamente, si osserva un aspetto a strisce chiamato striatura. Queste "strisce" rappresentano uno schema di bande alternate, chiare e scure, corrispondenti a diversi filamenti di proteine. Cioè, queste strisce sono formate da fibre proteiche intrecciate che costituiscono ciascun sarcomero.
miofibrille
Le fibre muscolari sono composte da centinaia di migliaia di organuli contrattili chiamati miofibrille; Queste miofibrille sono disposte in parallelo per formare il tessuto muscolare. Tuttavia, le miofibrille stesse sono essenzialmente polimeri, cioè unità ripetitive di sarcomeri.
Le miofibrille sono strutture fibrose e lunghe e sono costituite da due tipi di filamenti di proteine che sono impilati uno sull'altro.
Miosina e actina
La miosina è una fibra spessa con una testa globulare e l'actina è un filamento più sottile che interagisce con la miosina durante il processo di contrazione muscolare.
Una data miofibrilla contiene circa 10.000 sarcomeri, ciascuno dei quali è lungo circa 3 micrometri. Mentre ogni sarcomero è piccolo, diversi sarcomeri aggregati coprono la lunghezza della fibra muscolare.
miofilamenti
Ogni sarcomero è costituito da fasci sottili e sottili delle proteine sopra menzionate, che insieme sono chiamati miofilamenti.
Espandendo una parte dei miofilamenti, puoi identificare le molecole che li formano. I filamenti spessi sono fatti di miosina, mentre i sottili filamenti sono fatti di actina.
L'actina e la miosina sono le proteine contrattili che causano l'accorciamento muscolare quando interagiscono tra loro. Inoltre, i filamenti sottili contengono altre proteine con funzione regolatrice chiamata troponina e tropomiosina, che regolano l'interazione tra proteine contrattili.
funzioni
La funzione principale del sarcomero è quella di permettere a una cellula muscolare di contrarsi. Per questo, il sarcomero deve essere accorciato in risposta a un impulso nervoso.
I filamenti spessi e sottili non si accorciano, ma scivolano l'uno sull'altro, il che fa accorciare il sarcomero mentre i filamenti mantengono la stessa lunghezza. Questo processo è noto come il modello a filamento scorrevole della contrazione muscolare.
Lo scivolamento del filamento genera tensione muscolare, che è senza dubbio il principale contributo del sarcomero. Questa azione dà ai muscoli la loro forza fisica.
Una rapida analogia con questo è il modo in cui una lunga scala può essere estesa o piegata a seconda delle nostre esigenze, senza accorciare fisicamente le sue parti metalliche.
Coinvolgimento della miosina
Fortunatamente, la ricerca recente offre una buona idea di come funziona questo slittamento. La teoria del filamento scorrevole è stata modificata per includere il modo in cui la miosina è in grado di tirare l'actina per accorciare la lunghezza del sarcomero.
In questa teoria, la testa globulare di miosina si trova vicino all'actina in un'area chiamata regione S1. Questa regione è ricca di segmenti con cerniere che possono essere piegate e quindi facilitare la contrazione.
La flessione di S1 può essere la chiave per capire come la miosina è in grado di "camminare" lungo i filamenti di actina. Ciò è ottenuto mediante cicli di legame del frammento di miosina S1, la sua contrazione e il suo rilascio finale.
Unione di miosina e actiba
Quando la miosina e l'actina si uniscono, formano estensioni chiamate "ponti incrociati". Questi ponti incrociati possono essere formati e rompersi con la presenza (o assenza) di ATP, che è la molecola di energia che rende possibile la contrazione.
Quando l'ATP si lega al filamento di actina, lo sposta in una posizione che espone il suo sito di legame della miosina. Ciò consente alla testa globulare della miosina di attaccarsi a questo sito per formare il cross bridge.
Questa unione fa sì che il gruppo fosfato di ATP si dissocia, e quindi la miosina inizia la sua funzione. Quindi, la miosina entra in uno stato di energia inferiore dove il sarcomero può essere accorciato.
Per rompere il cross bridge e permettere nuovamente il legame della miosina con l'actina nel ciclo successivo, è necessario legare un'altra molecola di ATP alla miosina. Cioè, la molecola di ATP è necessaria sia per la contrazione che per il rilassamento.
istologia
Le sezioni istologiche del muscolo mostrano le caratteristiche anatomiche dei sarcomeri. Filamenti spessi, composti da miosina, sono visibili e sono rappresentati come la banda A di un sarcomero.
Filamenti sottili, composti da actina, si legano a una proteina sul disco Z (o linea Z) chiamata alfa-actinina e sono presenti lungo l'intera lunghezza della banda I e una parte della banda A.
La regione in cui i filamenti spessi e sottili si sovrappongono ha un aspetto denso, poiché c'è poco spazio tra i filamenti. Questa zona in cui i filamenti sottili e spessi si sovrappongono è molto importante per la contrazione muscolare, poiché è il luogo in cui inizia il movimento del filamento.
I sottili filamenti non si estendono completamente nelle bande A, lasciando una regione centrale della banda A che contiene solo filamenti spessi. Questa regione centrale della banda A sembra leggermente più leggera rispetto al resto della banda A, ed è chiamata zona H.
Il centro della zona H ha una linea verticale chiamata linea M, dove le proteine accessorie tengono insieme i filamenti spessi.
I componenti principali dell'istologia di un sarcomero sono riassunti di seguito:
Banda A
Zona a filamenti spessi, composta da proteine della miosina.
Zona H
Zona centrale della banda A, senza proteine dell'actina sovrapposte quando il muscolo è rilassato.
Band I
Zona di sottili filamenti, composta da proteine di actina (senza miosina).
Z dischi
Sono i confini tra sarcomeri adiacenti, formati da proteine leganti l'actina perpendicolari al sarcomero.
Linea M
Zona centrale formata da proteine accessorie. Si trovano al centro dello spesso filamento di miosina, perpendicolare al sarcomero.
Come accennato in precedenza, il ritiro si verifica quando i filamenti spessi scorrono lungo i sottili filamenti in rapida successione per accorciare le miofibrille. Tuttavia, una distinzione cruciale da ricordare è che i miofilamenti stessi non si contraggono; è l'azione scorrevole che dà loro il potere di accorciare o allungare.
