MYOFIBRILS: CIRI, STRUKTUR, KOMPOSISI, FUNGSI - BIOLOGI - 2024

The myofibrils adalah unit struktur sel-sel otot, juga dikenali sebagai gentian otot. Mereka sangat banyak, mereka disusun secara selari dan tertanam oleh sitosol sel-sel ini.

Sel otot atau serat striated adalah sel yang sangat panjang, berukuran hingga 15 cm dan diameter 10 hingga 100 μm. Membran plasma dikenali sebagai sarcolemma dan sitosolnya sebagai sarkoplasma.

Diagram struktur otot manusia (Sumber: Deglr6328 ~ commonswiki, melalui Wikimedia Commons)

Di dalam sel-sel ini terdapat, selain myofibril, beberapa inti dan mitokondria yang dikenal sebagai sarkosom, serta retikulum endoplasma yang terkenal yang dikenali sebagai retikulum sarkoplasma.

Myofibril diakui sebagai "unsur kontraktil" otot pada haiwan vertebrata. Mereka terdiri daripada beberapa jenis protein yang memberi mereka ciri elastik dan boleh ditarik. Di samping itu, mereka menempati bahagian penting dari sarkoplasma serat otot.

Perbezaan antara serat otot

Terdapat dua jenis serat otot: gentian regangan dan halus, masing-masing mempunyai taburan anatomi dan fungsi tertentu. Myofibril sangat penting dan jelas pada serat otot belang yang membentuk otot rangka.

Serat berserabut menunjukkan corak berulang jalur melintang apabila dilihat di bawah mikroskop dan dihubungkan dengan otot rangka dan bahagian otot jantung.

Serat halus, sebaliknya, tidak menunjukkan corak yang sama di bawah mikroskop dan terdapat pada otot ciri sistem pembuluh darah dan pencernaan (dan semua visera).

Ciri umum

Myofibril terdiri dari dua jenis filamen kontraktil (juga dikenal sebagai myofilaments), yang pada gilirannya terdiri dari protein filamen myosin dan aktin, yang akan dijelaskan kemudian.

Perwakilan grafik myofibril pada otot rangka (Sumber: Diubah suai dari BruceBlaus melalui Wikimedia Commons)

Penyelidik yang berbeza telah menentukan bahawa jangka hayat protein kontraktil myofibril berkisar antara 5 hari hingga 2 minggu, sehingga otot adalah tisu yang sangat dinamik, bukan sahaja dari sudut kontraktil, tetapi juga dari sudut sintesis dan pembaharuan unsur strukturnya.

Unit fungsional setiap myofibril dalam sel otot atau serat disebut sarcomere dan dibatasi oleh kawasan yang dikenali sebagai "jalur Z atau garis", dari mana myofilamen aktin memanjang dalam urutan selari.

Oleh kerana myofibril menempati sebahagian besar sarkoplasma, struktur berserabut ini menyekat lokasi nukleus sel-sel di mana mereka berada menuju ke pinggiran sel, dekat dengan sarcolemma.

Beberapa patologi manusia berkaitan dengan perpindahan inti ke bahagian dalam bundel myofibrillar, dan ini dikenali sebagai miopati nuklear sentro.

Pembentukan myofibril atau "myofibrillogenesis"

Myofibril pertama dipasang semasa pengembangan otot rangka embrio.

Protein yang membentuk sarcomeres (unit fungsional myofibril) pada mulanya diselaraskan dari hujung dan sisi beberapa "premiofibril" yang terdiri daripada filamen aktin dan bahagian kecil myosin II yang tidak berotot dan α-aktin tertentu otot.

Ketika ini berlaku, gen yang mengekodkan isoform jantung dan rangka α-aktin dinyatakan dalam bahagian yang berlainan dalam serat otot. Mula-mula jumlah isoform jantung yang dinyatakan lebih besar dan kemudian ini berubah ke arah rangka.

Selepas pembentukan premiofibril, myofibril yang baru lahir berkumpul di belakang zon pembentukan premiofibril dan di dalamnya bentuk otot myosin II dikesan.

Pada ketika ini, filamen myosin sejajar dan kompleks dengan protein pengikat myosin spesifik lain, yang juga berlaku dengan filamen aktin.

Struktur dan komposisi

Seperti disebutkan sebentar tadi, myofibril terdiri dari myofilaments protein kontraktil: aktin dan myosin, yang masing-masing juga dikenali sebagai myofilamen nipis dan tebal. Ini dapat dilihat di bawah mikroskop cahaya.

- Myofilamen nipis

Filamen nipis dari myofibril terdiri daripada protein actin dalam bentuk filamennya (actin F), yang merupakan polimer dari bentuk globular (actin G), yang ukurannya lebih kecil.

Jalur filamen G-actin (F-actin) membentuk helai ganda yang melilit menjadi heliks. Setiap monomer ini mempunyai berat lebih kurang 40 kDa dan mampu mengikat myosin di lokasi tertentu.

Filamen ini berdiameter kira-kira 7 nm dan berlari di antara dua kawasan yang dikenali sebagai jalur I dan jalur A. Di jalur A, filamen ini terletak di sekitar filamen tebal dalam susunan heksagon sekunder.

Secara khusus, setiap filamen nipis dipisahkan secara simetri dari tiga filamen tebal, dan setiap filamen tebal dikelilingi oleh enam filamen nipis.

Filamen nipis dan tebal saling berinteraksi melalui "jambatan silang" yang menonjol dari filamen tebal dan muncul di struktur myofibril pada selang jarak jarak dekat dengan 14 nm.

Perwakilan skematik myofilaments yang membentuk myofibril dan keratan rentasnya (Sumber: Kamran Maqsood 93 melalui Wikimedia Commons)

Filamen aktin dan protein lain yang berkaitan meluas di "tepi" garis Z dan bertindih dengan filamen myosin ke arah pusat setiap sarcomere.

- Myofilamen tebal

Filamen tebal adalah polimer protein myosin II (masing-masing 510 kDa) dan dibatasi oleh kawasan yang dikenali sebagai "Jalur A".

Myofilaments myosin panjangnya kira-kira 16 nm dan disusun dalam susunan heksagon (jika penampang myofibril diperhatikan).

Setiap filamen myosin II terdiri dari banyak molekul myosin yang dibungkus, masing-masing terdiri dari dua rantai polipeptida yang mempunyai kawasan berbentuk "klub" atau "kepala" dan yang disusun dalam "berkas" untuk membentuk filamen.

Kedua-dua bundel dipegang di hujungnya di tengah setiap sarcomere, sehingga "kepala" setiap myosin diarahkan ke garis Z, di mana filamen tipis dilampirkan.

Kepala myosin memenuhi fungsi yang sangat penting, kerana mereka mempunyai tempat mengikat molekul ATP dan, di samping itu, semasa pengecutan otot, mereka mampu membentuk jambatan silang untuk berinteraksi dengan filamen aktin nipis.

- Protein yang berkaitan

Filamen aktin "berlabuh" atau "terpaku" pada membran plasma serat otot (sarcolemma) berkat interaksi mereka dengan protein lain yang dikenali sebagai dystrophin.

Selain itu, terdapat dua protein pengikat aktin yang penting yang dikenali sebagai troponin dan tropomyosin yang, bersama-sama dengan filamen aktin, membentuk kompleks protein. Kedua-dua protein penting untuk mengatur interaksi yang berlaku antara filamen nipis dan tebal.

Tropomyosin juga merupakan molekul filamen dua helai yang bersekutu dengan heliks aktin secara khusus di kawasan alur antara kedua helai. Troponin adalah kompleks protein globular tripartit yang disusun secara berkala pada filamen aktin.

Kompleks terakhir ini berfungsi sebagai "suis" yang bergantung pada kalsium yang mengatur proses pengecutan serat otot, sebab itulah ia sangat penting.

Di otot belang haiwan vertebrata, di samping itu, terdapat dua protein lain yang berinteraksi dengan filamen tebal dan nipis, masing-masing dikenali sebagai titin dan nebulin.

Nebulin mempunyai fungsi penting dalam mengatur panjang filamen aktin, sementara titin turut serta dalam penyokong dan penahan filamen myosin di kawasan sarkoma yang dikenali sebagai garis M.

Protein lain

Terdapat protein lain yang berkait dengan myofilamen tebal yang dikenali sebagai protein C mengikat myosin dan myomesin, yang bertanggungjawab untuk penetapan filamen myosin di garis M.

ciri-ciri

Myofibril mempunyai implikasi dasar untuk keupayaan pergerakan haiwan vertebrata.

Oleh kerana mereka dibentuk oleh kompleks protein berserat dan kontraktil dari alat otot, ini penting untuk melaksanakan tindak balas terhadap rangsangan saraf yang membawa kepada pergerakan dan anjakan (pada otot-otot rangka).

Sifat dinamik otot rangka yang tidak dapat dipertikaikan, yang terdiri daripada lebih daripada 40% berat badan, diberikan oleh myofibril yang, pada masa yang sama, mempunyai antara 50 dan 70% protein dalam tubuh manusia.

Myofibril, sebagai sebahagian daripada otot ini, mengambil bahagian dalam semua fungsinya:

- Mekanikal : untuk menukar tenaga kimia menjadi tenaga mekanikal untuk menghasilkan daya, mengekalkan postur, menghasilkan pergerakan, dll.

- Metabolik : kerana otot mengambil bahagian dalam metabolisme tenaga asas dan berfungsi sebagai tempat penyimpanan bahan asas seperti asid amino dan karbohidrat; ia juga menyumbang kepada pengeluaran haba dan penggunaan tenaga dan oksigen yang digunakan semasa aktiviti fizikal atau latihan sukan.

Oleh kerana myofibril terdiri terutamanya dari protein, mereka mewakili tempat penyimpanan dan pembebasan asid amino yang menyumbang kepada pemeliharaan tahap glukosa darah semasa berpuasa atau kelaparan.

Pelepasan asid amino dari struktur otot ini juga penting dari sudut keperluan biosintetik tisu lain seperti kulit, otak, jantung dan organ lain.

Rujukan

1. Despopoulos, A., & Silbernagl, S. (2003). Atlas Warna Fisiologi (edisi ke-5). New York: Thieme.
2. Friedman, AL, & Goldman, YE (1996). Pencirian mekanikal myofibril otot rangka. Jurnal Biofizik, 71 (5), 2774–2785.
3. Frontera, WR, & Ochala, J. (2014). Otot Skeletal: Kajian Ringkas Struktur dan Fungsi. Calcif Tissue Int, 45 (2), 183–195.
4. Goldspink, G. (1970). Percambahan Myofibril semasa pertumbuhan serat otot. J. Cell Sct. , 6, 593-603.
5. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Biokimia Ilustrasi Harper (edisi ke-28). Perubatan McGraw-Hill.
6. Rosen, JN, & Baylies, MK (2017). Myofibril meletakkan pemeras pada inti. Biologi Sel Alam, 19 (10).
7. Sanger, J., Wangs, J., Fan, Y., White, J., Mi-Mi, L., Dube, D.,… Pruyne, D. (2016). Pemasangan dan Penyelenggaraan Myofibril pada Otot Berkerut. Dalam Buku Panduan Farmakologi Eksperimen (hlm. 37). New York, Amerika Syarikat: Springer International Publishing Switzerland.
8. Sanger, JW, Wang, J., Fan, Y., White, J., & Sanger, JM (2010). Perhimpunan dan Dinamika Myofibrils. Jurnal Bioperubatan dan Bioteknologi, 2010, 8.
9. Sobieszek, A., & Bremel, R. (1975). Penyediaan dan Sifat Vertebrate Smooth - Myofibrils Otot dan Actomyosin. Jurnal Biokimia Eropah, 55 (1), 49-60.
10. Villee, C., Walker, W., & Smith, F. (1963). Zoologi Umum (edisi ke-2). London: WB Saunders Company.