Informatie

38.4C: Glijdend filamentmodel van contractie - biologie


In het glijdende filamentmodel passeren de dikke en dunne filamenten elkaar, waardoor het sarcomeer wordt verkort.

leerdoelen

  • Beschrijf het glijdende filamentmodel van spiercontractie

Belangrijkste punten

  • Het sarcomeer is het gebied waarin glijdende filamentcontractie optreedt.
  • Tijdens contractie ratelen myosine-myofilamenten over actine-myofilamenten die het sarcomeer samentrekken.
  • Binnen het sarcomeer worden belangrijke regio's, bekend als de I- en H-band, samengedrukt en uitgezet om deze beweging te vergemakkelijken.
  • De myofilamenten zelf zetten niet uit of krimpen niet.

Sleutelbegrippen

  • I-band: Het gebied grenzend aan de Z-lijn, waar actine-myofilamenten niet worden gesuperponeerd door myosine-myofilamenten.
  • Een band: De lengte van een myosine myofilament in een sarcomeer.
  • M-lijn: De lijn in het midden van een sarcomeer waaraan myosine myofilamenten binden.
  • Z-lijn: Naburige, evenwijdige lijnen die een sarcomeer definiëren.
  • H-band: Het gebied grenzend aan de M-lijn, waar myosine-myofilamenten niet worden gesuperponeerd door actine-myofilamenten.

Beweging vereist vaak de samentrekking van een skeletspier, zoals kan worden waargenomen wanneer de biceps-spier in de arm samentrekt en de onderarm naar de romp trekt. Het glijdende filamentmodel beschrijft het proces dat spieren gebruiken om samen te trekken. Het is een cyclus van zich herhalende gebeurtenissen die ervoor zorgen dat actine- en myosine-myofilamenten over elkaar glijden, het sarcomeer samentrekken en spanning in de spier opwekken.

Sarcomeer structuur

Om het glijdende filamentmodel te begrijpen, is een goed begrip van de sarcomeerstructuur vereist. Een sarcomeer wordt gedefinieerd als het segment tussen twee aangrenzende, evenwijdige Z-lijnen. Z-lijnen zijn samengesteld uit een mengsel van actine-myofilamenten en moleculen van het zeer elastische eiwit titine, verknoopt door alfa-actinine. Actine-myofilamenten hechten direct aan de Z-lijnen, terwijl myosine-myofilamenten via titine hechten
moleculen.

Rondom de Z-lijn bevindt zich de I-band, het gebied waar actine-myofilamenten niet worden gesuperponeerd door myosine-myofilamenten. De I-band wordt overspannen door het titinemolecuul dat de Z-lijn verbindt met een myosinefilament.

Het gebied tussen twee aangrenzende, parallelle I-banden staat bekend als de A-band en bevat de gehele lengte van enkele myosine-myofilamenten. Binnen de A-band bevindt zich een gebied dat bekend staat als de H-band, het gebied dat niet wordt gesuperponeerd door actine-myofilamenten. Binnen de H-band bevindt zich de M-lijn, die is samengesteld uit myosine-myofilamenten en titine-moleculen die zijn verknoopt door myomesine.

Titine-moleculen verbinden de Z-lijn met de M-lijn en vormen een steiger voor myosine-myofilamenten. Hun elasticiteit zorgt voor de onderbouwing van spiercontractie. Men denkt dat Titine-moleculen een sleutelrol spelen als een moleculaire heerser die de parallelle uitlijning binnen het sarcomeer handhaaft. Van een ander eiwit, nebuline, wordt gedacht dat het een vergelijkbare rol speelt voor actine-myofilamenten.

Model van samentrekking

Het moleculaire mechanisme waarbij myosine en werkende myofilamenten over elkaar schuiven, wordt de cross-bridge-cyclus genoemd. Tijdens spiercontractie binden de koppen van myosine-myofilamenten zich snel en laten ze los op een ratelende manier, waarbij ze zichzelf langs het actine-myofilament trekken.

Op het niveau van het glijdende filamentmodel vindt uitzetting en samentrekking alleen plaats binnen de I- en H-banden. De myofilamenten zelf trekken niet samen of zetten niet uit en dus blijft de A-band constant.

De hoeveelheid kracht en beweging die door een individueel sarcomeer wordt gegenereerd, is klein. Wanneer echter vermenigvuldigd met het aantal sarcomeren in een myofibril, myofibrillen in een myocyt en myocyten in een spier, is de hoeveelheid gegenereerde kracht en beweging significant.


Glijdend filamentmodel van spiercontractie

Communiceer op desktop, mobiel en cloud met de gratis Wolfram Player of andere Wolfram Language-producten.

De basiseenheid van dwarsgestreept spierweefsel staat bekend als een sarcomeer. Sarcomeren zijn herhalende eenheden die zijn uitgelijnd langs een spiervezel, begrensd door de Z-lijnen, zoals weergegeven in het diagram. Wanneer een spier samentrekt, wordt het sarcomeer korter naarmate de Z-lijnen dichter bij elkaar worden gebracht.

De twee belangrijkste filamenten die betrokken zijn bij spiercontractie zijn samengesteld uit actine, de dunne filamenten, en myosine, de dikke filamenten. Let op de kruisbruggen op de myosine, die tijdens contractie aan de actine hechten. De rangschikking van deze filamenten in sarcomeren resulteert in het gestreepte uiterlijk van spiercellen onder een microscoop. De I-banden (of lichte zones) bevatten alleen actine, terwijl de A-band (of donkere zone) myosine bevat dat overlapt met actine. Het gedeelte van de A-band waar alleen myosine aanwezig is, staat bekend als de H-zone.

Aanvankelijk geloofden wetenschappers dat de actine- en myosinefilamenten zelf korter werden tijdens contractie. Latere onderzoeken onder de microscoop toonden echter aan dat de lengte van de A-band hetzelfde bleef tijdens de contractie, alleen de I-banden werden korter. Dit resulteerde in de vorming van de glijdende filamenttheorie van spiercontractie, die stelt dat myosine en actine tijdens contractie langs elkaar glijden. Naarmate de myosine-kruisbruggen de actinefilamenten dichter bij elkaar trekken, neemt het overlapgebied tussen myosine en actine toe. Dit zou resulteren in een verkorting van de lichte zone, maar aangezien de myosinefilamenten nergens heen bewegen, blijft de donkere zone even lang. Deze demonstratie simuleert dit model van spiercontractie.

Bijgedragen door: Stephanie Hu  (maart 2016)
Open inhoud gelicentieerd onder CC BY-NC-SA


Referenties

ORIGINELE ONDERZOEKSDAPIER

Huxley, A.F. & Niedergerke, R. Structurele veranderingen in spieren tijdens contractie: interferentiemicroscopie van levende spiervezels. Natuur 173, 971-973 (1954) & Huxley, H.E. & Hanson, J. Veranderingen in de dwarsstrepen van spieren tijdens contractie en rek en hun structurele interpretatie. Natuur 173, 973–976 (1954)

Huxley, A.F. Spierstructuur en samentrekkingstheorieën. prog. Biofysica. Biofysica. Chem. 7, 255–318 (1957)

Huxley, H.E. De dubbele reeks filamenten in dwarsgestreepte spieren. J. Biophys. Biochem. cytol. 3, 631–648 (1957)

VERDERE INFORMATIE

Huxley, H.E. Elektronenmicroscoopstudies naar de structuur van natuurlijke en synthetische eiwitfilamenten van dwarsgestreepte spieren. J. Mol. Biol. 7, 281–308 (1963)

Huxley, H.E. Structureel verschil tussen rust en rigor spierbewijs door intensiteitsveranderingen in het equatoriale röntgendiagram met lage hoek. J. Mol. Biol. 37, 507–520 (1968)

Huxley, A.F. en Simmons, R.M. Voorgesteld mechanisme van krachtopwekking in dwarsgestreepte spieren. Natuur 233, 533–538 (1971)

Huxley, A.F. Reflections on Muscle. De Sherrington Lezingen Xiv(Liverpool Univ. Press, 1981)

Huxley, H.E. Een persoonlijke kijk op spier- en beweeglijkheidsmechanismen. Ann. Rev. Physiol. 58, 1–19 (1996)


Glijdend filamentmodel van contractie

Om een ​​spiercel te laten samentrekken, moet het sarcomeer korter worden. Dikke en dunne filamenten - de componenten van sarcomeren - worden echter niet korter. In plaats daarvan schuiven ze langs elkaar, waardoor de sarcomeer korter wordt terwijl de filamenten dezelfde lengte behouden. De glijdende filamenttheorie van spiercontractie werd ontwikkeld om te passen bij de verschillen die werden waargenomen in de genoemde banden op het sarcomeer bij verschillende graden van spiercontractie en ontspanning. Het mechanisme van samentrekking is de binding van myosine aan actine, waardoor kruisbruggen worden gevormd die filamentbeweging genereren.

Wanneer een sarcomeer korter wordt, worden sommige regio's korter terwijl andere dezelfde lengte behouden. Een sarcomeer wordt gedefinieerd als de afstand tussen twee opeenvolgende Z-schijven of Z-lijnen wanneer een spier samentrekt, de afstand tussen de Z-schijven wordt verkleind. De H-zone - het centrale gebied van de A-zone - bevat alleen dikke filamenten en wordt tijdens contractie verkort. De I-band bevat alleen dunne filamenten en wordt ook korter. De A-band wordt niet korter - hij blijft even lang - maar A-banden van verschillende sarcomeren komen tijdens de samentrekking dichter bij elkaar en verdwijnen uiteindelijk. Dunne filamenten worden door de dikke filamenten naar het midden van het sarcomeer getrokken totdat de Z-schijven de dikke filamenten naderen. De overlapzone, waarin dunne filamenten en dikke filamenten hetzelfde gebied bezetten, neemt toe naarmate de dunne filamenten naar binnen bewegen.


  • herinneren dat spieren vrijwillig of onvrijwillig kunnen zijn,
  • beschrijf de coördinatie van het skelet, het zenuwstelsel en de spieren bij het bewegen van het lichaam,
  • beschrijven hoe elektrische impulsen worden overgedragen over een neuromusculaire junctie, inclusief de rol van calciumionen, acetylcholine en natriumionen,
  • herinneren aan de glijdende filamenttheorie als de geaccepteerde theorie van skeletspiercontractie,
  • beschrijven hoe spieren samentrekken volgens de glijdende filamenttheorie, inclusief de werking van actine- en myosinefilamenten en de rol van tropomyosine, calciumionen en ATP,
  • suggereren wat er gebeurt als spieren vermoeid raken.