MYOFIBRILY: VLASTNOSTI, ŠTRUKTÚRA, ZLOŽENIE, FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2025

Tieto myofibril sú štruktúrne jednotky svalových buniek, tiež známy ako svalových vlákien. Sú veľmi hojné, sú usporiadané paralelne a sú zaliate cytozolom týchto buniek.

Prúžkové svalové bunky alebo vlákna sú veľmi dlhé bunky, merajú až do 15 cm a priemeru 10 až 100 μm. Jeho plazmatická membrána je známa ako sarkolemma a jej cytosol ako sarkoplazma.

Schéma svalovej štruktúry človeka (Zdroj: Deglr6328 ~ commonswiki, cez Wikimedia Commons)

V týchto bunkách sa okrem myofibríl nachádzajú aj viaceré jadrá a mitochondrie známe ako sarkozómy, ako aj významné endoplazmatické retikulum známe ako sarkoplazmatické retikulum.

Myofibrily sa u stavovcov považujú za „sťahovacie prvky“ svalov. Skladajú sa z niekoľkých druhov proteínov, ktoré im dávajú elastické a stiahnuteľné vlastnosti. Okrem toho zaberajú dôležitú časť sarkoplazmy svalových vlákien.

Rozdiely medzi svalovými vláknami

Existujú dva typy svalových vlákien: pruhované a hladké vlákna, každé s anatomickým rozdelením a špecifickou funkciou. Myofibrily sú obzvlášť dôležité a evidentné v pruhovaných svalových vláknach, ktoré tvoria kostrové svaly.

Pruhované vlákna predstavujú pri pohľade pod mikroskopom opakujúci sa obraz priečnych pásov a sú spojené s kostrovými svalmi a časťami srdcových svalov.

Naproti tomu hladké vlákna nevykazujú ten istý obrazec pod mikroskopom a nachádzajú sa v charakteristických svaloch vaskulatúry a tráviaceho systému (a vo všetkých vnútornostiach).

Všeobecné charakteristiky

Myofibrily sa skladajú z dvoch typov kontraktilných vlákien (tiež známych ako myofilamenty), ktoré sú zase tvorené vláknitými proteínmi myozín a aktín, ktoré budú opísané neskôr.

Grafické znázornenie myofibríl v kostrovom svale (Zdroj: Upravené z BruceBlaus pomocou Wikimedia Commons)

Rôzni vedci stanovili, že polčas kontraktilných proteínov myofibríl je v rozmedzí od 5 dní do 2 týždňov, takže sval je vysoko dynamickým tkanivom nielen z hľadiska kontraktility, ale aj z hľadiska syntézy a obnovy. jej štrukturálnych prvkov.

Funkčná jednotka každého myofibrilu vo svalových bunkách alebo vláknach sa nazýva sarkomér a je ohraničená oblasťou známou ako „pás alebo línia Z“, odkiaľ sa aktínové myofilamenty rozkladajú v paralelnom poradí.

Pretože myofibrily zaberajú podstatnú časť sarkoplazmy, tieto vláknité štruktúry obmedzujú umiestnenie jadier buniek, ku ktorým patria, k periférii buniek v blízkosti sarkolemmy.

Niektoré patológie u ľudí súvisia s posunom jadier smerom do vnútra myofibrilárnych zväzkov, ktoré sa nazývajú centro nukleárne myopatie.

Tvorba myofibríl alebo "myofibrillogenéza"

Prvé myofibrily sa zhromažďujú počas vývoja embryonálneho kostrového svalu.

Proteíny, ktoré tvoria sarkoméry (funkčné jednotky myofibríl), sú spočiatku zarovnané od koncov a strán niektorých „premiofibríl“, ktoré sú zložené z aktínových filamentov a malých častí nemosvalového myozínu II a špecifického a-aktínu. svalov.

Keď k tomu dôjde, gény kódujúce srdcové a kostrové izoformy a-aktínu sú exprimované v rôznych pomeroch vo svalových vláknach. Najprv je väčšie množstvo exprimovanej srdcovej izoformy, ktorá sa potom mení smerom ku kostrovej.

Po vytvorení premiofibríl sa rodiace sa myofibrily zhromažďujú za zónou tvorby premiofibríl a v nich sa zisťuje forma svalového myozínu II.

V tomto okamihu sa myozínové vlákna zarovnávajú a komplexujú s inými špecifickými proteínmi viažucimi sa na myozín, čo je tiež prípad aktínových filamentov.

Štruktúra a zloženie

Ako bolo spomenuté pred chvíľou, myofibrily sa skladajú zo kontraktívnych proteínových myofilamentov: aktínu a myozínu, ktoré sú známe aj ako tenké a silné myofily. Tieto sú viditeľné pod svetelným mikroskopom.

- Tenké vlákna

Tenké vlákna myofibríl sú tvorené proteínovým aktínom v jeho vláknitej forme (aktín F), čo je polymér globulárnej formy (aktín G), ktorý má menšiu veľkosť.

Vláknité vlákna G-aktínu (F-aktín) tvoria dvojreťazec, ktorý sa stočí do špirály. Každý z týchto monomérov váži viac alebo menej 40 kDa a je schopný viazať myozín na konkrétnych miestach.

Tieto vlákna majú priemer asi 7 nm a prebiehajú medzi dvoma oblasťami známymi ako pás I a pás A. V pásme A sú tieto vlákna umiestnené okolo hrubých vlákien v sekundárnom hexagonálnom usporiadaní.

Konkrétne je každé tenké vlákno symetricky oddelené od troch hrubých vlákien a každé silné vlákno je obklopené šiestimi tenkými vláknami.

Tenké a silné vlákna vzájomne pôsobia prostredníctvom „priečnych mostov“, ktoré vyčnievajú z hrubých vlákien a objavujú sa v štruktúre myofibrilu v pravidelných intervaloch vzdialeností blízkych 14 nm.

Schematické znázornenie myofilamentov tvoriacich myofibrily a ich prierezov (Zdroj: Kamran Maqsood 93 prostredníctvom Wikimedia Commons)

Aktínové vlákna a ďalšie pridružené proteíny siahajú za „hrany“ Z línií a prekrývajú myozínové vlákna smerom do stredu každej sarkoméry.

- Husté vlákna

Husté vlákna sú polyméry proteínu myozínu II (každý 510 kDa) a sú ohraničené oblasťami známymi ako „pásy A“.

Myozínové myofily sú dlhé približne 16 nm a sú usporiadané v hexagonálnych usporiadaniach (ak je pozorovaný prierez myofibrilu).

Každé vlákno myozínu II je tvorené mnohými zabalenými molekulami myozínu, z ktorých každý pozostáva z dvoch polypeptidových reťazcov, ktoré majú oblasť v tvare klubu alebo „hlavu“ a ktoré sú usporiadané do „zväzkov“, aby vytvorili vlákna.

Oba zväzky sú držané cez svoje konce v strede každej sarkoméry, takže „hlavy“ každého myozínu sú nasmerované k čiare Z, kde sú pripojené tenké vlákna.

Myozínové hlavy plnia veľmi dôležité funkcie, pretože majú väzbové miesta pre molekuly ATP a okrem toho sú schopné počas kontrakcie svalov vytvárať priečne mostíky, ktoré môžu interagovať s tenkými aktínovými vláknami.

- Priradené proteíny

Aktínové vlákna sú „ukotvené“ alebo „fixované“ k plazmatickej membráne svalových vlákien (sarkolemma) vďaka ich interakcii s ďalším proteínom známym ako dystrofín.

Okrem toho existujú dva dôležité proteíny viažuce aktín známe ako troponín a tropomyozín, ktoré spolu s aktínovými vláknami tvoria proteínový komplex. Oba proteíny sú nevyhnutné na reguláciu interakcií, ktoré sa vyskytujú medzi tenkými a hrubými vláknami.

Tropomyozín je tiež dvojvláknová vláknitá molekula, ktorá sa asociuje s aktínovými helixmi špecificky v oblasti drážok, ktoré sa vyskytujú medzi dvoma vláknami. Troponín je tripartitný globulárny proteínový komplex, ktorý je usporiadaný v intervaloch na aktínových vláknach.

Tento posledný komplex funguje ako „spínač“ závislý od vápnika, ktorý reguluje kontrakčné procesy svalových vlákien, a preto je nanajvýš dôležitý.

V pruhovanom svale stavovcov sú okrem toho dva ďalšie proteíny, ktoré interagujú s hrubými a tenkými vláknami, ktoré sú známe ako titín a nebulín.

Nebulín má dôležité funkcie pri regulácii dĺžky aktínových filamentov, zatiaľ čo titín sa podieľa na podpore a ukotvení myozínových filamentov v oblasti sarkoméru známej ako línia M.

Iné proteíny

Existujú ďalšie proteíny, ktoré sa spájajú so silnými myofilamentami známymi ako proteín C viažuci myozín a myomesín, ktoré sú zodpovedné za fixáciu myozínových filamentov v línii M.

Vlastnosti

Myofibrily majú základné dôsledky na pohybovú schopnosť stavovcov.

Pretože sú tvorené vláknitými a kontraktilnými proteínovými komplexmi svalového aparátu, sú nevyhnutné na vykonanie reakcií na nervové stimuly, ktoré vedú k pohybu a premiestneniu (v svaloch pruhovaných v kostre).

Nesporné dynamické vlastnosti kostrového svalu, ktoré tvoria viac ako 40% telesnej hmotnosti, sú dané myofibrilami, ktoré súčasne vlastnia medzi 50 a 70% proteínov v ľudskom tele.

Myofibrily sa ako súčasť týchto svalov podieľajú na všetkých svojich funkciách:

- Mechanické : premieňať chemickú energiu na mechanickú energiu, aby sa vytvorila sila, udržala držanie tela, vyvolali pohyby atď.

- Metabolické : pretože sval sa podieľa na metabolizme bazálnej energie a slúži ako úložisko základných látok, ako sú aminokyseliny a uhľohydráty; prispieva tiež k výrobe tepla a k spotrebe energie a kyslíka, ktoré sa používajú pri fyzických činnostiach alebo pri športových cvičeniach.

Pretože myofibrily sa skladajú hlavne z proteínov, predstavujú miesto na ukladanie a uvoľňovanie aminokyselín, ktoré prispievajú k udržiavaniu hladín glukózy v krvi počas hladovania alebo hladovania.

Uvoľňovanie aminokyselín z týchto svalových štruktúr je tiež dôležité z hľadiska biosyntetických potrieb iných tkanív, ako je koža, mozog, srdce a ďalšie orgány.

Referencie

1. Despopoulos, A., & Silbernagl, S. (2003). Farebný atlas fyziológie (5. vydanie). New York: Thieme.
2. Friedman, AL, a Goldman, YE (1996). Mechanická charakterizácia myofibríl kostrového svalstva. Biofyzical Journal, 71 (5), 2774-2785.
3. Frontera, WR, a Ochala, J. (2014). Kostrový sval: Stručný prehľad štruktúry a funkcie. Calcif Tissue Int., 45 (2), 183-195.
4. Goldspink, G. (1970). Šírenie myofibríl počas rastu svalových vlákien. J. Cell Sct. , 6, 593 - 603.
5. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V. a Weil, P. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (28. vydanie). McGraw-Hill Medical.
6. Rosen, JN a Baylies, MK (2017). Myofibrily stlačili jadrá. Nature Cell Biology, 19 (10).
7. Sanger, J., Wangs, J., Fan, Y., White, J., Mi-Mi, L., Dube, D.,… Pruyne, D. (2016). Zostavenie a údržba myofibríl v priečne pruhovanom svale. V Handbook of Experimental Pharmacology (str. 37). New York, USA: Springer International Publishing Switzerland.
8. Sanger, JW, Wang, J., Fan, Y., White, J. a Sanger, JM (2010). Zostavenie a dynamika myofibríl. Journal of Biomedicine and Biotechnology, 2010, 8.
9. Sobieszek, A., & Bremel, R. (1975). Príprava a vlastnosti hladkých stavovcov - svalové myofibrily a aktomyozín. European Journal of Biochemistry, 55 (1), 49–60.
10. Villee, C., Walker, W. a Smith, F. (1963). Všeobecná zoológia (2. vydanie). Londýn: WB Saunders Company.