SARCOMERE: CẤU TRÚC VÀ CÁC BỘ PHẬN, CHỨC NĂNG VÀ MÔ HỌC - GIẢI PHẨU HỌC VÀ SINH LÝ HỌC - 2026

Một sarcomere là đơn vị chức năng cơ bản của cơ xương, có nghĩa là, xương và cơ tim. Cơ xương là loại cơ được sử dụng để vận động tự nguyện, và cơ tim là cơ là một phần của tim.

Nói rằng sarcomere là đơn vị chức năng có nghĩa là tất cả các thành phần cần thiết cho sự co lại được chứa trong mỗi sarcomere. Trên thực tế, cơ xương được tạo thành từ hàng triệu sarcome nhỏ riêng lẻ rút ngắn lại sau mỗi lần co cơ.

Ảnh hiển vi của một sarcomere (trên cùng) và biểu diễn của nó (dưới cùng)

Đây là mục đích chính của sarcomere. Sarcomeres có khả năng bắt đầu các chuyển động lớn bằng cách co đồng loạt. Cấu trúc độc đáo của nó cho phép các đơn vị nhỏ này điều phối sự co bóp của các cơ.

Trên thực tế, đặc tính co của cơ là một đặc điểm xác định của động vật, vì chuyển động của động vật rất mượt mà và phức tạp. Vận động đòi hỏi sự thay đổi chiều dài của cơ khi nó uốn cong, điều này đòi hỏi cấu trúc phân tử cho phép cơ ngắn lại.

Cấu trúc và các bộ phận

Nếu kiểm tra kỹ mô cơ xương sẽ quan sát thấy hình dạng sọc được gọi là vân. Những "sọc" này đại diện cho một mô hình của các dải xen kẽ, sáng và tối, tương ứng với các sợi protein khác nhau. Có nghĩa là, những sọc này được tạo thành từ các sợi protein đan xen nhau tạo nên mỗi sarcomere.

Myofibrils

Sợi cơ được tạo thành từ hàng trăm đến hàng nghìn bào quan co lại được gọi là myofibrils; Các myofibrils này được sắp xếp song song để tạo thành mô cơ. Tuy nhiên, bản thân các myofibrils về cơ bản là polyme, tức là các đơn vị lặp lại của sarcomeres.

Myofibrils là những cấu trúc dài, dạng sợi và được tạo thành từ hai loại sợi protein xếp chồng lên nhau.

Myosin và actin

Myosin là một sợi dày có đầu hình cầu, và actin là một sợi mỏng hơn tương tác với myosin trong quá trình co cơ.

Một myofibril nhất định chứa khoảng 10.000 sarcome, mỗi sarcome dài khoảng 3 micron. Mặc dù mỗi sarcomere nhỏ, một số sarcomere tổng hợp kéo dài theo chiều dài của sợi cơ.

Myofilaments

Mỗi sarcomere bao gồm các bó dày và mỏng của các protein được đề cập ở trên, chúng cùng được gọi là myofilaments.

Bằng cách phóng to một phần của myofilaments, các phân tử tạo thành chúng có thể được xác định. Các sợi dày được làm bằng myosin, trong khi các sợi nhỏ được làm bằng actin.

Actin và myosin là những protein co lại gây ngắn cơ khi chúng tương tác với nhau. Ngoài ra, các sợi mảnh còn chứa các protein khác có chức năng điều hòa gọi là troponin và tropomyosin, điều hòa sự tương tác giữa các protein co lại.

Đặc trưng

Chức năng chính của sarcomere là cho phép tế bào cơ co lại. Để làm được điều này, sarcomere phải ngắn lại để đáp ứng với xung thần kinh.

Các sợi dày và mỏng không ngắn lại mà trượt xung quanh nhau, làm cho sarcomere ngắn lại trong khi các sợi vẫn giữ nguyên độ dài. Quá trình này được gọi là mô hình sợi trượt của sự co cơ.

Sự trượt của dây tóc tạo ra sức căng cơ, chắc chắn là nguyên nhân chính của sarcomere. Động tác này mang lại sức mạnh thể chất cho các cơ.

Một sự tương tự nhanh chóng cho điều này là cách một chiếc thang dài có thể được kéo dài hoặc gấp lại tùy theo nhu cầu của chúng ta mà không làm ngắn các bộ phận kim loại của nó.

Myosin tham gia

May mắn thay, nghiên cứu gần đây cung cấp một ý tưởng tốt về cách thức hoạt động của vết trượt này. Lý thuyết về sợi trượt đã được sửa đổi để bao gồm cách myosin có thể kéo actin để rút ngắn chiều dài của sarcomere.

Theo lý thuyết này, đầu hình cầu của myosin nằm gần actin trong một khu vực được gọi là vùng S1. Vùng này có nhiều đoạn bản lề có thể uốn cong và do đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc co lại.

Sự uốn cong S1 có thể là chìa khóa để hiểu cách myosin có thể "đi" dọc theo các sợi actin. Điều này được thực hiện bằng cách xoay vòng đoạn myosin S1, sự co lại và giải phóng cuối cùng của nó.

Liên minh myosin và actiba

Khi myosin và actin kết hợp với nhau, chúng tạo thành phần mở rộng được gọi là "cầu nối chéo". Những cầu chéo này có thể được hình thành và bị phá vỡ khi có (hoặc không có) ATP, là phân tử năng lượng giúp cho quá trình co lại có thể xảy ra.

Khi ATP liên kết với sợi actin, nó sẽ di chuyển nó đến một vị trí để lộ vị trí liên kết myosin của nó. Điều này cho phép đầu hình cầu của myosin liên kết với vị trí này để tạo thành cầu chéo.

Sự kết hợp này làm cho nhóm photphat của ATP phân ly, và do đó myosin bắt đầu chức năng của nó. Sau đó myosin chuyển sang trạng thái năng lượng thấp hơn, nơi sarcomere có thể rút ngắn.

Để phá vỡ cầu nối chéo và cho phép myosin liên kết lại với actin trong chu kỳ tiếp theo, sự liên kết của một phân tử ATP khác với myosin là cần thiết. Tức là, phân tử ATP cần thiết cho cả quá trình co và giãn.

Mô học

Các phần mô học của cơ cho thấy các đặc điểm giải phẫu của sarcomeres. Các sợi dày, bao gồm myosin, có thể nhìn thấy được và được biểu thị dưới dạng dải A của sarcomere.

Các sợi mảnh, được tạo thành từ actin, liên kết với một protein trong đĩa Z (hoặc dòng Z) được gọi là alpha-actinin, và có trong suốt chiều dài của dải I và một phần của dải A.

Vùng mà các sợi dày và mỏng chồng lên nhau có vẻ dày đặc, vì có rất ít khoảng trống giữa các sợi. Khu vực mà các sợi mỏng và dày chồng lên nhau rất quan trọng đối với sự co cơ, vì nó là nơi bắt đầu chuyển động của các sợi.

Các sợi mảnh không kéo dài hoàn toàn vào các dải A, để lại vùng trung tâm của dải A chỉ chứa các sợi dày. Vùng trung tâm của dải A này có vẻ nhạt hơn một chút so với phần còn lại của dải A, và được gọi là vùng H.

Trung tâm của vùng H có một đường thẳng đứng gọi là đường M, nơi các protein phụ giữ các sợi dày lại với nhau.

Các thành phần chính của mô học của sarcomere được tóm tắt dưới đây:

Ban nhạc A

Vùng sợi dày, bao gồm các protein myosin.

Khu H

Vùng dải A trung tâm, không có các protein actin chồng lên nhau khi cơ được thả lỏng.

Ban nhạc I

Vùng sợi mảnh, bao gồm các protein actin (không có myosin).

Đĩa Z

Chúng là ranh giới giữa các sarcomere liền kề, được tạo thành từ các protein liên kết actin vuông góc với sarcomere.

Dòng M

Vùng trung tâm do các protein phụ tạo thành. Chúng nằm ở trung tâm của sợi myosin dày, vuông góc với sarcomere.

Như đã đề cập trước đó, sự co rút xảy ra khi các sợi dày trượt dọc theo các sợi mỏng liên tiếp nhanh chóng để rút ngắn myofibrils. Tuy nhiên, một điểm khác biệt quan trọng cần nhớ là bản thân các myofilaments không co lại; chính hành động trượt cung cấp cho họ sức mạnh để rút ngắn hoặc kéo dài.

Người giới thiệu

1. Clarke, M. (2004). Dây tóc trượt ở 50. Nature, 429 (6988), 145.
2. Hale, T. (2004) Sinh lý học tập thể dục: Phương pháp tiếp cận theo chủ đề (xuất bản lần 1). Wiley
3. Rhoades, R. & Bell, D. (2013). Sinh lý y tế: Nguyên tắc y học lâm sàng (xuất bản lần thứ 4). Lippincott Williams và Wilkins.
4. Spudich, JA (2001). Mô hình cây cầu đu dây bằng myosin. Bản chất Nhận xét Sinh học Tế bào Phân tử, 2 (5), 387–392.
5. Thibodeau, P. (2013). Giải phẫu và Sinh lý học ( ^thứ 8 ). Mosby, Inc.
6. Tortora, G. & Derrickson, B. (2012). Nguyên tắc của Giải phẫu và Sinh lý học (xuất bản lần thứ 13). John Wiley & Sons Inc.