Informatie

Hoe coördineren sarcomeren contractie?


Zoals te zien is op de afbeelding

  1. als myosinen van beide kanten gelijke kracht uitoefenen, hoe trekken de spieren dan samen? En ook hoe weerstaan ​​actines scheuren?

  2. Is er enige vorm van coördinatie tussen verschillende sarcomeren? Hoe bereiken ze het? Ik weet dat acetylcholine vrijkomt als reactie op actiepotentiaal, dus wordt de afgifte van acetylcholine in elk afzonderlijk sarcomeer gereguleerd?

  3. Of is er gewoon een toename van het aantal myosines naarmate de afstand van elk sarcomeer tot de neuromusculaire junctie toeneemt?


Ik beantwoord vraag 1, ik denk dat het beter is om deze vragen apart te plaatsen.

Overweeg actie en reactie: myosinen (dik) filament ervaart kracht F richting Z-lijn.

Als de spier inwerkt op iets dat beweegbaar is (bijv. u trekt aan een lade die niet is vergrendeld), is de kracht F naar de Z-lijn groter dan de kracht die uw dikke filamenten op hun plaats houdt, en ze zullen schuiven richting Z-lijn. De snelheid waarmee ze glijden, wordt beperkt door de snelheid waarmee myosinekoppen kunnen loskomen nadat ze een krachtslag hebben uitgevoerd.

Als de lade is vergrendeld, kan kracht F de externe kracht niet overwinnen. Deze kracht is echter normaal gesproken lager dan de kracht die nodig is om actine of z-lijn te scheuren, het wordt beperkt door twee moleculaire factoren: myosine zal afslaan en geen krachtslag bewerkstelligen onder een te sterke tegenkracht, en myosinekoppen zullen na enige tijd loslaten en ontspan de spanning die ze hebben opgebouwd. Zo krijg je de maximale kracht onder geklemde omstandigheden.


MCAT Biologie: Sarcomeren

Welke twee eiwitten zijn de belangrijkste componenten van myofibrillen, die samentrekking van spiervezels mogelijk maken?

Myosine en actine zijn de twee belangrijkste eiwitten in spiercellen die contractie mogelijk maken. Actine is het dunne filament, myosine is het dikke filament. Tijdens spiercontracties resulteert de overlap tussen deze twee eiwitten in een kortere spiervezel en een kortere spier die aan de pees trekt. Het resultaat is beweging. De andere antwoorden bevatten andere structurele elementen van spieren, maar zijn niet de directe oorzaak van spiercontractie.

Voorbeeldvraag #2: Musculoskeletaal systeem en spierweefsel

Welke van de volgende eiwitten speelt geen functionele rol bij het creëren van de kracht-spanningscurve van spiercontractie?

Deze zijn allemaal betrokken bij het creëren van de kracht-spanningscurve

Deze zijn allemaal betrokken bij het creëren van de kracht-spanningscurve

De kracht-spanningscurve wordt gebruikt om de optimale spierlengte te meten voor maximale spiercontractie. Deze lengte komt overeen met de optimale overlap van actine- en myosinefilamenten om kracht te genereren. De lengte van actine- en myosinefilamenten bepaalt de minimaal en maximaal mogelijke overlap. Titine is het eiwit dat verantwoordelijk is voor de elasticiteit van het sarcomeer nadat het is uitgerekt voorbij de maximale overlap tussen actine en myosine. Titin zorgt ervoor dat krachtproductie kan bestaan ​​bij een maximale spanning die iets verder gaat dan alleen actine en myosine, waardoor de kracht-spanningscurve wordt beïnvloed.

Voorbeeldvraag #3: Musculoskeletaal systeem en spierweefsel

Welk type enzym is myosine?

Naast de subeenheden van myosine die het aan actine koppelen, is myosine ook een ATP-hydrolase of ATPase. Myosine moet ATP hydrolyseren tot ADP om de krachtslag mogelijk te maken die myosine naar voren stuwt op de actinepolymeren.

Voorbeeldvraag #4: Musculoskeletaal systeem en spierweefsel

Welke van de volgende delen van een sarcomeer wordt niet korter tijdens contractie?

Bij samentrekking zullen actinefilamenten worden getrokken door myosinekoppen, wat resulteert in de verkorting van de sarcomeren. De I-band bestaat uit: enkel en alleen actinefilamenten, en beginnen te overlappen met de myosinefilamenten, waardoor de band korter wordt. De A-band is echter het gedeelte dat bestaat uit myosinefilamenten. Omdat dit gedeelte niet wordt gewijzigd door samentrekking, blijft het even lang. In tegenstelling tot de I-band kan de A-band overlapgebieden bevatten zonder van lengte te veranderen.

De H-zone daarentegen verwijst naar het gebied van myosine dat niet wordt overlapt door actie. Naarmate het overlapgebied groter wordt, neemt de H-zone af. De afstand tussen Z-schijven vertegenwoordigt de totale lengte van het sarcomeer en moet korter worden om de spier te laten samentrekken.

Voorbeeldvraag #5: Musculoskeletaal systeem en spierweefsel

Welke structuur markeert de scheiding tussen twee sarcomeren?

Z-schijven zijn de scheidingspunten tussen sarcomeren. Actinefilamenten strekken zich uit vanuit dit gebied en zijn met elkaar verbonden door verschillende complexe eiwitstructuren.

De M-lijn is het midden van het sarcomeer en markeert het centrale punt van de myosinefilamenten. De I-band bestaat uit actinefilamenten die niet worden overlapt door myosine. Dit gebied bevat de Z-schijf. De A-band markeert de lengte van een volledig dik filament (myosine), inclusief het overlapgebied met actine.

Voorbeeldvraag #1: Sarcomeren

Welk eiwit, aanwezig in sarcomeren, is verantwoordelijk voor de passieve elasticiteit van spieren?

Titine is een enorm eiwit dat de lengte van de helft van een sarcomeer beslaat (van de Z-schijf tot de M-lijn) en zorgt voor de passieve elasticiteit van spieren. Het is niet direct betrokken bij het samentrekkingsproces dat de functie wordt uitgevoerd door actine en myosine.

Collageeneiwitten spelen een belangrijke rol bij het leveren van treksterkte en het opbouwen van bindweefsel door het hele lichaam, maar spelen slechts een ondergeschikte rol bij de eigenschappen van spierweefsel in de extracellulaire matrix. Collageen wordt niet gevonden in het sarcomeer.

Voorbeeldvraag #1: Musculoskeletaal systeem en spierweefsel

Welke van de volgende verandert van lengte tijdens sarcomeercontractie?

Bedenk dat tijdens sarcomeercontractie de myosinefilamenten zich hechten aan actinefilamenten en langs de actinefilamenten glijden. Door dit mechanisme wordt het overlapgebied tussen de vezels vergroot en wordt de totale sarcomeerlengte korter. Noch actine, noch myosine veranderen daadwerkelijk van lengte, ze bewegen eenvoudigweg ten opzichte van elkaar.

De H-zone verwijst naar het gebied van myosine in het midden van het sarcomeer dat niet wordt overlapt door actine. Wanneer het sarcomeer korter wordt, neemt het overlapgebied toe en neemt de H-zone af.

Voorbeeldvraag #8: Musculoskeletaal systeem en spierweefsel

Welke van de volgende uitspraken over sarcomeren is waar?

Actinefilamenten worden alleen gevonden in de I-band

De sarcomeren dragen bij aan het gestreepte uiterlijk van gladde spiercellen

De A-band bevat zowel actine- als myosinefilamenten

Sarcomeren zijn functionele eenheden van skelet- en gladde spiercellen

De A-band bevat zowel actine- als myosinefilamenten

Bedenk dat sarcomeren functionele eenheden van spieren zijn die spiercontractie vergemakkelijken. Myosinekoppen binden aan actinefilamenten en zorgen ervoor dat de filamenten elkaar overlappen, waardoor het sarcomeer en vervolgens de spier korter worden.

Binnen een sarcomeer zijn er verschillende regio's. Een zo'n gebied is de I-band, die bestaat uit de actinefilamenten in het gebied waar ze niet worden gesuperponeerd door de myosinefilamenten. Dit betekent dat de I-band alleen uit actinefilamenten bestaat, maar actinefilamenten zijn niet exclusief voor de I-band. Ze zijn ook te vinden in andere regio's, zoals A-band. De A-band is het gebied van het sarcomeer dat de myosine (dikke) filamenten bevat, ongeacht de overlap. Dit betekent dat myosine exclusief is voor de A-band, maar dat dit gebied vanwege overlap zowel actine als myosine bevat.

Sarcomeren zijn functionele eenheden van spieren, maar ze worden alleen aangetroffen in skelet- en hartspiercellen. Gladde spiercellen bevatten geen sarcomeren. Actine- en myosinefilamenten veroorzaken nog steeds de samentrekking die wordt gezien in gladde spieren, maar zijn niet op één lijn gerangschikt. Dit betekent dat gladde spiercellen niet lineair samentrekken en in wezen in omvang kunnen krimpen tijdens samentrekking, wat dingen als vernauwing rond organen en bloedvaten kan veroorzaken.

Voorbeeldvraag #9: Musculoskeletaal systeem en spierweefsel

Een onderzoeker observeert een sarcomeer door een microscoop. Hij merkt op dat een enkel myosinefilament veertig micrometer lang is en dat een enkel actinefilament vijftig micrometer lang is. Wat kan de onderzoeker uit deze informatie concluderen?

Om deze vraag te beantwoorden, moet u de structurele regio's van het sarcomeer begrijpen. De I-band, A-band en H-zone zijn gebieden in een sarcomeer die bestaan ​​uit actine (dun) en myosine (dikke) filamenten. I-band is het gebied van actinefilamenten die niet worden gesuperponeerd door myosinefilamenten. De H-zone is het gebied van myosinefilamenten die niet worden gesuperponeerd door actinefilamenten. Om de lengte van de I-band te berekenen, heb je de lengte van het myosinefilament, het actinefilament en de H-zone nodig. Omdat we de lengte van de H-zone niet hebben, kunnen we de lengte van de I-band niet oplossen. In wezen kunnen we, zonder de mate van overlap te kennen, de lengte van niet-overlappende actine bepalen.

De A-band is het gebied van het sarcomeer dat bestaat uit de gehele lengte van het myosinefilament. De vraag stelt dat de lengte van de myosinefilamenten micrometers is, daarom is de lengte van de A-band micrometers.

Voorbeeldvraag #10: Musculoskeletaal systeem en spierweefsel

Welke van de volgende uitspraken is waar over de organisatie van actinefilamenten en myosine in sarcomeren?

Myosinefilamenten lijken dunner dan actinefilamenten

Voorafgaand aan contractie is er geen overlap tussen actine en myosine

De mate van overlap van actine en myosine beïnvloedt de algehele contractiekracht

De mate van overlap van actine en myosine beïnvloedt de algehele contractiekracht

De enige keuze die daadwerkelijk waar is, is dat de mate van overlap van myosine en actine een rol speelt bij de contractiekracht. Als er weinig tot geen overlap is, is de samentrekkracht echter laag, als er te veel overlap is, is de samentrekkracht ook laag. Deze trend kan worden weergegeven in een kracht-spanningscurve, die aantoont dat maximale krachtopwekking optreedt wanneer het sarcomeer begint bij evenwicht.

Bij een normaal sarcomeer is er altijd een klein overlapgebied van myosine en actine voorafgaand aan contractie. Myosine lijkt dikker dan actine en wordt beschouwd als het 'dikke filament'.

Alle MCAT-bronnen voor biologie

Een probleem met deze vraag melden

Als je een probleem met deze vraag hebt gevonden, laat het ons dan weten. Met de hulp van de gemeenschap kunnen we onze leermiddelen blijven verbeteren.


Microscopische spieren: de bron van alle beweging

Een spier is gemaakt van microscopisch kleine contractiele eenheden die in series en bundels zijn gerangschikt: de sarcomeren, kleine pakketjes eiwitten (vooral myosine II, een beroemd molecuul). Spieren contract omdat sarcomeren contract. Deze moleculaire machines zijn het beste voorbeeld van hoe het leven is scheikunde. Hoewel eiwitten veel indrukwekkende eigenschappen hebben en veel oogverblindende dingen doen, is geen enkele meer bepalend voor levende wezens dan dit vermogen om beweging te genereren.

De meeste moleculaire biologie is verbazingwekkend als je het kunt begrijpen, maar moeilijk om verbinding te maken met iets dat zo bekend is als wiebelen met je tenen. Sarcomeren zijn een ongewone verklarende brug tussen vreemde wetenschap en gewone ervaringen, omdat ze eigenlijk lijken op de spieren die ze aandrijven. Er is iets eenvoudigs en moois aan hoe ze zo veel lijken op miniatuurversies van de spieren die ze aandrijven.

Weet je hoe kinderen zo goed zijn in het stellen van een reeks 'waarom'- en 'hoe'-vragen? Sarcomeren zijn het diepst mogelijke antwoord op de reeks kindervragen die begint met: "Hoe bewegen we?" (We zullen, bijna het diepste antwoord.2)

Sarcomeren zijn hoe chemie halters optilt. Zonder sarcomeren zou je hart niet kunnen kloppen, je ingewanden niet kunnen verteren, je kaak niet kunnen klapperen. Je zou nooit knipperen, ademen of boeren. Sarcomeren zijn de ultieme bron van alle beweging, en ze worden aangedreven door de vreemde eigenschappen van verbijsterend gecompliceerde moleculen.

En sarcomeren kunnen waarschijnlijk verknoeien.


Functies

De belangrijkste functie van het sarcomeer is om een ​​spiercel te laten samentrekken. Hiervoor moet het sarcomeer worden ingekort als reactie op een zenuwimpuls.

De dikke en dunne filamenten worden niet korter, maar schuiven om elkaar heen, waardoor de sarcomeer korter wordt terwijl de filamenten dezelfde lengte behouden. Dit proces staat bekend als het glijdende filamentmodel van spiercontractie.

Het glijden van het filament genereert spierspanning, wat ongetwijfeld de belangrijkste bijdrage van het sarcomeer is. Deze actie geeft de spieren hun fysieke kracht.

Een snelle analogie hiermee is de manier waarop een lange ladder kan worden verlengd of ingeklapt, afhankelijk van onze behoeften, zonder de metalen delen fysiek in te korten.

Betrokkenheid van myosine

Gelukkig geeft recent onderzoek een goed beeld van hoe deze slippage werkt. De theorie van het glijdende filament is aangepast om te omvatten hoe myosine actine kan trekken om de lengte van het sarcomeer te verkorten.

In deze theorie bevindt de bolvormige kop van myosine zich in de buurt van actine in een gebied dat het S1-gebied wordt genoemd. Dit gebied is rijk aan segmenten met scharnieren die kunnen buigen en zo samentrekking mogelijk maken.

De flexie van S1 kan de sleutel zijn om te begrijpen hoe myosine langs de actinefilamenten kan "lopen". Dit wordt bereikt door bindingscycli van het S1-myosinefragment, de samentrekking en de uiteindelijke afgifte ervan.

Unie van myosine en actiba

Wanneer myosine en actine samenkomen, vormen ze extensies die "gekruiste bruggen" worden genoemd. Deze gekruiste bruggen kunnen worden gevormd en breken met de aanwezigheid (of afwezigheid) van ATP, het energiemolecuul dat samentrekking mogelijk maakt.

Wanneer ATP bindt aan het actinefilament, verplaatst het het naar een positie die zijn myosine-bindingsplaats blootlegt. Hierdoor kan de bolvormige kop van de myosine zich aan deze site hechten om de kruisbrug te vormen.

Deze vereniging zorgt ervoor dat de fosfaatgroep van ATP dissociëert, en dus initieert myosine zijn functie. Vervolgens komt de myosine in een staat van lagere energie waar het sarcomeer kan worden ingekort.

Om de kruisbrug te doorbreken en de binding van myosine aan actine in de volgende cyclus weer mogelijk te maken, is de binding van een ander ATP-molecuul aan de myosine noodzakelijk. Dat wil zeggen, het ATP-molecuul is nodig voor zowel contractie als ontspanning.


MicroRNA's in hartontwikkeling en -functie

MiRNA-regulatie van Cardiomyocyte Sarcomere Organization

Sarcomeren zijn de basiscontractiele eenheden van de hartspier. Ze zijn samengesteld uit dikke en dunne filamenten die essentieel zijn voor het genereren en verspreiden van mechanische kracht. Myosine, het belangrijkste bestanddeel van het dikke filament, bestaat uit MHC-subeenheden en myosine lichte keten (MLC) subeenheden. α-MHC (Myh6) en β-MHC (Myh7) komen beide tot expressie in het hart tijdens de ontwikkeling en bij volwassenen. Bij knaagdieren wordt de expressie van β-MHC na de geboorte gedownreguleerd, zodat bij de volwassene α-MHC de dominante MHC-isovorm in het hart is (Lyons et al., 1990, Engeland en Loughna, 2013). MHC-isovorm verandert als reactie op cardiale stress of hypothyreoïdie. Pathologische hypertrofie is geassocieerd met opregulatie van -MHC en neerwaartse regulatie van α-MHC (Krenz en Robbins, 2004 Gupta, 2007).

Expressie van α- en β-MHC-isovormen wordt gecontroleerd door miRNA-208a, miRNA-208b en miRNA-499 (van Rooij et al., 2007, 2009 Callis et al., 2009). miRNA-208a en miRNA-208b worden gecodeerd in een intron van respectievelijk het α-MHC- en β-MHC-gen. Muizen nul voor miRNA-208a zijn levensvatbaar, maar vertonen afwijkingen in de sarcomeerstructuur en verminderde hartfunctie op de leeftijd van 6 maanden (van Rooij et al., 2007). MiRNA-208a null-muizen zijn echter resistent tegen cardiale hypertrofie als reactie op stress veroorzaakt door transversale aortabanden of calcineurine (van Rooij et al., 2007 Callis et al., 2009). Dit gaat samen met een verminderde expressie van het langzame contractiele eiwit van de skeletspier, β-MHC, in het miRNA-208a nulhart. De functie van miRNA-208a wordt gedeeltelijk gemedieerd door onderdrukking van het met de schildklierhormoonreceptor geassocieerde eiwit 1 (Thrap1), dat de expressie van β-MHC negatief reguleert.

miRNA-208a regelt niet alleen de expressie van β-MHC in het hart, maar ook die van de nauw verwante langzame myosine-isovorm, Myh7b (van Rooij et al., 2009). Zowel β-MHC- als Myh7b-genen coderen respectievelijk voor intronische miRNA's, miRNA-208b en miRNA-499 (Berezikov et al., 2006 Landgraf et al., 2007). Muizen zonder het miRNA-208b- of miRNA-499-gen hebben geen duidelijke ontwikkelingsdefecten (van Rooij et al., 2009). MiRNA-208b/-499 dubbel-null-mutante muizen vertonen echter verminderde expressie van langzame myovezel β-MHC en verhoogde expressie van myosine-isovormen van het snelle type. Daarentegen leidt overexpressie van miRNA-499 tot verhoogde expressie van β-MHC en drijft de spieren naar een langzaam myovezel-fenotype. Geforceerde cardiale miRNA-499-expressie bevordert hypertrofie bij muizen (Shieh et al., 2011 Matkovich et al., 2012). Samen zijn deze miRNA's belangrijk bij de specificatie van de identiteit van spiervezels door langzame myovezel-genprogramma's te stimuleren ten koste van die welke snelle myovezel-genexpressie regelen (Hodgkinson et al., 2015).

Er is aangetoond dat miRNA-1 en miRNA-133 kunnen werken als specifieke activatoren of suppressors van sarcomeervorming en spiergenexpressie. Deletie van zowel miRNA-1-2 als miRNA-1-1 bij muizen (miRNA-1 null) leidt tot verstoring van het sarcomeer in cardiomyocyten en een verminderde hartfunctie. Alle miRNA-1 null-muizen stierven vóór de speenleeftijd (Heidersbach et al., 2013 Wei et al., 2014). miRNA-1 functioneert om myocardine, de belangrijkste regulator van genexpressie van gladde spieren, en telokine, de gladde spierspecifieke remmer van MLC-2-fosforylering, negatief te reguleren (Heidersbach et al., 2013 Wystub et al., 2013). De opregulatie van myocardine en telokine in miRNA-1 nulharten kan gedeeltelijk bijdragen aan het defect in de sarcomeerorganisatie. Bovendien, studies van Wei et al. gaf aan dat miRNA-1 de nucleaire receptor oestrogeengerelateerde receptor β (Errβ) direct onderdrukt. Het verhoogde niveau van Errβ in miRNA-1 nulhart activeert de expressie van foetale sarcomeer-geassocieerde genen (Wei et al., 2014).

miRNA-133a onderdrukt genexpressie van gladde spieren in het hart door myocardine en SRF direct te richten op repressie (Liu et al., 2008 Wystub et al., 2013). Deletie van zowel miRNA-133a-1 als mIRNA-133a-2 (miRNA-133a null) veroorzaakt late embryonale en neonatale letaliteit als gevolg van ventrikelseptumdefect (VSD) en kamerdilatatie (Liu et al., 2008). miRNA-133a null-muizen vertonen desorganisatie van sarcomeren en ectopische activering van het genprogramma voor gladde spieren (Liu et al., 2008). Bovendien vertoonden muizen die zowel miRNA-1 als miRNA-133a misten ernstige hartstoornissen en stierven vóór embryonale dag 11.5 (E11.5). Muizen met een nulmutatie in miRNA-1/133a vertoonden verhoogde expressie van myocardine- en gladde spiergenen in het hart. Deze onderzoeken geven aan dat miRNA-1- en miRNA-133a-clusters belangrijk zijn bij cardiomyocytdifferentiatie en sarcomeervorming tijdens het embryonale en postnatale leven. Ze werken samen om het genovergangsprogramma te regelen van een onvolwassen toestand die wordt gekenmerkt door expressie van gladde spiergenen naar een volwassen fenotype (Wystub et al., 2013).


Andere bestanden en links

  • APA
  • Standaard
  • Harvard
  • Vancouver
  • Auteur
  • BIBTEX
  • RIS

In: Anatomisch verslag, Vol. 297, nr. 9, 09.2014, p. 1663-1669.

Onderzoeksoutput : Bijdrage aan tijdschrift › Artikel › peer-review

T1 - Celbiologie van sarcomere eiwitengineering

T2 - Ziektemodellering en therapeutisch potentieel

N2 - Het hartsarcomeer is de functionele eenheid voor de contractie van myocyten. Geordende arrays van sarcomere eiwitten, in stoichiometrische balans met elkaar gehouden, reageren op calcium om samentrekking en ontspanning van het hart te coördineren. Veranderde sarcomere structuur-functie ligt ten grondslag aan de primaire basis van ziekte bij meerdere verworven en erfelijke hartziektetoestanden. Hypertrofische en restrictieve cardiomyopathieën worden veroorzaakt door erfelijke mutaties in sarcomere genen en resulteren in veranderde contractiliteit. Ischemie-gemedieerde acidose verandert direct de sarcomeerfunctie, wat resulteert in verminderde contractiliteit. In deze review belichten we het gebruik van acute genetische manipulatie van volwassen cardiale myocyten door stoichiometrische vervanging van sarcomere eiwitten in deze ziektetoestanden, met bijzondere aandacht voor cardiaal troponine I. Stoichiometrische vervanging van ziekteverwekkende mutaties heeft een belangrijke rol gespeeld bij het definiëren van de moleculaire mechanismen van hypertrofische en restrictieve cardiomyopathie in een cellulaire context. Daarnaast wordt het profiteren van stoichiometrische vervanging door gentherapie besproken, waarbij de ischemie-resistente histidine-knop, A164H cTnI, wordt benadrukt. Stoichiometrische vervanging van sarcomere eiwitten biedt een potentiële mogelijkheid voor gentherapie om mutante eiwitten te vervangen, sarcomere reacties op pathofysiologische aanvallen te veranderen of veranderde sarcomere functie bij ziekte te neutraliseren. Anat Rec, 297:1663-1669, 2014.

AB - Het hartsarcomeer is de functionele eenheid voor contractie van myocyten. Geordende arrays van sarcomere eiwitten, in stoichiometrische balans met elkaar gehouden, reageren op calcium om samentrekking en ontspanning van het hart te coördineren. Veranderde sarcomere structuur-functie ligt ten grondslag aan de primaire basis van ziekte bij meerdere verworven en erfelijke hartziektetoestanden. Hypertrofische en restrictieve cardiomyopathieën worden veroorzaakt door erfelijke mutaties in sarcomere genen en resulteren in veranderde contractiliteit. Ischemie-gemedieerde acidose verandert direct de sarcomeerfunctie, wat resulteert in verminderde contractiliteit. In deze review belichten we het gebruik van acute genetische manipulatie van volwassen cardiale myocyten door stoichiometrische vervanging van sarcomere eiwitten in deze ziektetoestanden, met bijzondere aandacht voor cardiaal troponine I. Stoichiometrische vervanging van ziekteverwekkende mutaties heeft een belangrijke rol gespeeld bij het definiëren van de moleculaire mechanismen van hypertrofische en restrictieve cardiomyopathie in een cellulaire context. Daarnaast wordt het profiteren van stoichiometrische vervanging door gentherapie besproken, waarbij de ischemie-resistente histidine-knop, A164H cTnI, wordt benadrukt. Stoichiometrische vervanging van sarcomere eiwitten biedt een potentiële mogelijkheid voor gentherapie om mutante eiwitten te vervangen, sarcomere reacties op pathofysiologische aanvallen te veranderen of veranderde sarcomere functie bij ziekte te neutraliseren. Anat Rec, 297:1663-1669, 2014.


De biologie van desminefilamenten: hoe beïnvloeden mutaties hun structuur, assemblage en organisatie?

Desmine, het belangrijkste intermediaire filament (IF) eiwit van spieren, is evolutionair sterk geconserveerd van haai tot mens. Onlangs is beschreven dat een toenemend aantal mutaties van het desmine-gen geassocieerd zijn met menselijke ziekten zoals bepaalde skelet- en cardiale myopathieën. Deze ziekten worden histologisch gekenmerkt door intracellulaire aggregaten die desmine en verschillende geassocieerde eiwitten bevatten. Hoewel er vooruitgang is met betrekking tot onze kennis over de cellulaire functie van desmine in het cytoskelet, wordt de impact van elke afzonderlijke mutatie momenteel helemaal niet begrepen. Om inzicht te krijgen in hoe dergelijke mutaties de assemblage van filamenten en hun integratie in het cytoskelet beïnvloeden, moeten we de IF-structuur op atomair detail vaststellen. Recente vooruitgang bij het bepalen van de dimeerstructuur van het desmine-gerelateerde IF-eiwit vimentine stelt ons in staat om te beoordelen hoe dergelijke mutaties de desmine-filamentarchitectuur kunnen beïnvloeden.


Spiervezelactie

De skeletspieren van het lichaam kunnen werken door samentrekking van de contactpunten met de botten om krachten te produceren in vrijwel elke richting onder vrijwillige controle. Deze controle maakt gebruik van het somatische zenuwstelsel. De typische spiercel is 10 tot 100 ° 956 m in diameter en meer dan 100 mm lang en bevat honderden kernen. Het wordt gewoonlijk een spiervezel genoemd. Een spier bestaat uit honderden dunne cilindrische strengen die myofibrillen worden genoemd. Elke myofibril bestaat uit een lineaire reeks contractiele eenheden die sarcomeren worden genoemd. De sarcomeren bevatten een reeks gedeeltelijk overlappende dunne actinefilamenten en dikkere myosine-bevattende filamenten. De basisstructuur van een sarcomeer wordt hieronder weergegeven, volgens de vorm uit de ontwikkeling van Karp en met behulp van zijn terminologie om ze te beschrijven.

Het huidige begrip van samentrekking van spiervezels wordt het glijdende filamentmodel genoemd, dat is ontwikkeld door twee groepen Britse onderzoekers, Andrew Huxley en Rolf Niedergerke, en Hugh Huxley en Jean Hanson. Bij aanvang van spiercontractie worden de actinefilamenten in het raamwerk van het myosine-bevattende filament getrokken, waardoor de vezel wordt verkort. Met honderden sarcomeren in serie wordt een substantiële samentrekking van de spier verkregen.

Bij aanvang van spiercontractie worden de myosine-II-moleculen in de dikkere vezel gezien als de middelen voor het verplaatsen van de actinefilamenten naar het midden van het sarcomeer. De koppen van de myosinemoleculen reiken naar buiten en binden zich aan de dunnere actinefilamenten en bewegen ze door middel van een hefboomwerking met ongeveer 10 nm. Dit wordt aangedreven door het universele brandstofmolecuul ATP, en binnen een verzameling van de filamenten van een spiervezel zijn er mitochondriën beschikbaar om de ATP te produceren.


Hoe werken onze spieren?

Wetenschappers onder leiding van Kristina Djinovi'263-Carugo van de Max F. Perutz Laboratories (MFPL) van de Universiteit van Wenen en de Medische Universiteit van Wenen hebben de moleculaire structuur en regulatie van het essentiële spiereiwit en alfa-actinine opgehelderd. De nieuwe bevindingen geven ongekende inzichten in het werkingsmechanisme van het eiwit en zijn rol bij spieraandoeningen. De bevindingen, gemaakt in samenwerking met King's College London (KCL), kunnen leiden tot betere behandelingen en worden gepubliceerd in het toptijdschrift Cel.

De meeste dieren vertrouwen op spieren om te bewegen, of het nu gaat om eten, vechten of vluchten. De kleinste bouwsteen van een spier is het sarcomeer, waarvan er honderden achtereenvolgens zijn gerangschikt om spiervezels te vormen. "Sarcomeren bestaan ​​voornamelijk uit actine- en myosine-eiwitstrengen die filamenten worden genoemd. Spierverkorting of contractie hangt af van het feit dat deze filamenten tegen elkaar schuiven en vereist dat de actinefilamenten verankerd zijn in vlakken, Z-schijven genaamd. Het belangrijkste Z-schijfeiwit is &alpha-actinine, dat ook verantwoordelijk is voor het verankeren van een ander eiwit, titine genaamd.Titin zorgt ervoor dat de actine- en myosinefilamenten van een sarcomeer correct worden gepositioneerd en past het sarcomeer na spieractiviteit weer aan tot zijn oorspronkelijke lengte", legt structuurbioloog Kristina Djinovi& uit. #263-Carugo.

Belangrijke rol bij hart- en spieraandoeningen

&alpha-actinine is duidelijk een essentieel eiwit - embryo's van organismen die het niet kunnen produceren, sterven. Als echter &alfa-actinine wordt geproduceerd maar niet goed functioneert, lijdt het organisme aan ziekten zoals spierdystrofieën en cardiomyopathieën. Het kennen van de gedetailleerde structuur van &alfa-actinine en spieren zou niet alleen ons begrip van de rol van mutante eiwitten bij ziekten verbeteren, maar zou ook helpen bij een nauwkeurige diagnose en kan uiteindelijk helpen bij het ontwerpen van nieuwe therapieën.

De structuur van spiereiwitten is een onderzoeksonderwerp van Kristina Djinovi'263-Carugo aan de Max F. Perutz Laboratories (MFPL) van de Universiteit van Wenen en de afdeling structurele en computationele biologie. Het hoofd van het "Laura Bassi Center of Optimized Structural Studies" legt uit: "We hebben de structuur van &alpha-actinine bepaald met behulp van een techniek die röntgenkristallografie wordt genoemd. Het kostte ons enkele jaren om voldoende hoogwaardige eiwitten te produceren die nodig zijn om kwaliteitskristallen te verkrijgen voor onze analyse." Met geduld en innovatieve ideeën plaagde het team uiteindelijk de gedetailleerde structuur van &alpha-actinine, en in samenwerking met Mathias Gautel van het British Heart Foundation Centre of Research Excellence bij KCL kon ook laten zien hoe het eiwit wordt gereguleerd.

De structuur is vergelijkbaar met Fusilli Pasta

De structuur toonde aan dat &alpha-actinine een symmetrisch complex vormt van twee moleculen. Elk molecuul heeft een kop, een kort nekgebied en een staafvormig lichaam dat eruitziet als vier fusilli-pasta's die in een zigzag zijn uitgelijnd. De kop van &alpha-actinine bindt actine, terwijl twee kleine L-vormige delen aan het uiteinde van de staaf zitten en interageren met de nek van het andere molecuul. De structuur bleek echter meer te zijn dan de som der delen: het plaatsen van twee diametraal tegenovergestelde &alpha-actinine-moleculen maakt niet alleen gelijktijdige binding van actine- en titinefilamenten mogelijk en dus verankering in de Z-schijf, maar verleent ook regulatie.

Het vetzuur PIP2 reguleert en alfa-actininefunctie

"Het was een lang bestaande hypothese dat de interactie van &alfa-actinine met titine wordt gereguleerd via een vetzuurmolecuul genaamd PIP2 dat het molecuul aan en uit zet. Onze structurele gegevens laten nu voor de eerste keer zien hoe een vetzuur opent en sluit het spiereiwit en alfa-actinine, waardoor het vermogen om actine en titine te binden wordt gewijzigd", legt Kristina Djinovi'263-Carugo uit. Als er geen PIP2 is, bindt een van de L-vormige delen van een &alfa-actininemolecuul een op titine lijkend gebied in de nek van het tegenoverliggende molecuul. Als PIP2 aanwezig is, laat het L-vormige deel los van de nek en bindt titine. Het team vulde het structurele beeld van de interactie van PIP2 met &alpha-actinine aan door het dynamische leven van &alpha-actinine te analyseren in samenwerking met Katharina Pirker (University of Natural Resources and Life Sciences Wenen), en Bojan "381agrovi"263 (MFPL) . Het team van Mathias Gautel ontdekte ook dat, toen ze de bindingsplaats van &alpha-actinine voor PIP2 vernietigden of het opsloten in een positie die titine permanent kan binden, bestelde sarcomeren verloren gingen, de spier werd gebroken.

Langetermijnfinanciering en internationale samenwerking waren essentieel

"Onze bevindingen geven nieuwe inzichten in hoe spieren worden opgebouwd en op moleculair niveau buigen. Dit zal helpen om zowel erfelijke als verworven spierziekten beter te begrijpen en de ontwikkeling van therapieën te bevorderen", vat Kristina Djinovi'263-Carugo samen. Ze voegt eraan toe: "Zonder langetermijnfinanciering via de FWF, de Universiteit van Wenen, de FFG, het EU-FP7 Marie Curie Action 'Networks for Initial Training'-programma, de British Heart Foundation, evenals de langdurige samenwerkingen met Mathias Gautel en Katharina Pirker, dit onderzoek zou onmogelijk zijn geweest. Dit artikel is het resultaat van acht jaar hard werken!"


Spieranatomie 101: hoe trekt een spier samen? Deel twee

Tijd voor onze Workout Van De Maand. Elke maand kijken we naar iets dat met fitness te maken heeft en splitsen het op op een manier die je kunt begrijpen, zodat je het in je leven kunt toepassen. Sommige maanden bekijken we een specifieke training en splitsen deze op - andere keren kijken we naar het laatste fitnessonderzoek en scheiden we feit van fictie. Deze maand hebben we het over een van ieders favoriete dingen: spieren. Vorige maand hebben we afgebroken hoe een spier eruit ziet. Deze maand bekijken we hoe een spier de dingen doet die hij doet.

Wat zit er in een spierbeoordeling

Dit is het beeld van een spiercel onder de microscoop. De zwarte lijnen vertegenwoordigen de Z-Lijn: de ruimte tussen de ene spiercel en de andere.

Vorige maand hebben we gekeken naar een eenvoudige spieranatomie en hebben we afgebroken wat er in een spier zit. De spier bestaat uit drie verschillende lagen: een buitenste laag, een middelste laag en een binnenste laag. Alle lagen komen samen aan het einde van de spier om dik bindweefsel te vormen dat ofwel zal verbinden met andere spieren of botten. The inner layer of a muscle fiber is where most of the magic happens. In the inner layer, energy is made and stored and where movement happens. The inner layer is where nerve endings and capillaries that supply oxygen to the muscles are. Part two in muscle anatomy takes place where part one left off: how does a muscle contract?

How Does A Muscle Contract?

The majority of muscle contraction takes place on the inner layer of the muscle fibers. It’s in this layer that a muscle receives its signal from the brain to move. It’s also in this layer that the muscle cells have a rich blood supply and abundant mitochondria. Mitochondria are cells which are responsible for producing energy. They’re like the power plant of the cell.

Components Of Muscle Contraction

  • Sarcomere: The functional unit of muscle found in the inner layer which produces contraction.
  • Myofilaments: The portion of muscle cell contains even smaller muscle cells called filaments. There are two different kinds of filaments, thin and thick. Thin filaments contain actin and thick filaments contain myosin. Actin and myosin are two different proteins responsible for “pulling” muscle cells closer together to make a contraction.
  • Z-Line: A small space in the cell where one sarcomere ends another begins.

The Sliding Filament Theory

The two important things here are the red and the blue. They both represent a myofilament. The myofilaments come together to make the muscle contract.

The sliding filament theory is the current accepted proposal of how a muscle contracts. Let’s say that you wanted to lift a bag of groceries or a forty-five pound dumb-bell. This is the order of events that would take place:

  1. You think of lifting the weight in your hands and your brain sends a signal to your muscle.
  2. In the inner layer of the muscle, the sarcomere gets the message from the neuron.
  3. The myofilaments communicate with each other through different cell transmitters.
  4. The different components of myfilaments pull closer together shortening the z-lines between all sarcomeres.
  5. All the sarcomeres pull all laywers of the muscle together resulting in a muscle contraction.

BOOM! That’s muscle contraction in a nutshell.

Muscle Contraction Summary

Muscles are incredible organs. They do incredible things and at times are responsible for super human strength. It takes an intricate timing of neurons, electrolytes, and specialized cells to come together to make a muscle contract. Our muscles can do three types of contractions: isometric, eccentric, and concentric. Each type of contraction can be used for specific reasons. Each type of contraction can also be used to help you get the most of your workouts.

Read About Different Types Of Muscle Contractions To Get The Best Of Your Workout

1. Clark, M., Corn, R., Lucett, S. “Muscle Contractions.” NASM Essentials Of Personal Training. National Academy Of Sports Medicine. Baltimore: Lippincott Williams & Wilkins. 2008. Print. 31-34.

2. Sherwood, Lauralee. Fundamentals of Physiology. Third Edition. Thomson Brooks/Cole. 2006. Print. 204-210.


Bekijk de video: Kracht - lengte en kracht - snelheid relatie van een spier (December 2021).