Cấu trúc và Sự co cơ

Cách mà một mảng sợi protein được sắp xếp có trật tự bên trong một sợi cơ chuyển đổi tín hiệu thần kinh và ATP thành lực, thông qua sự trượt của các sợi và chu trình của các cầu nối phân tử.

Definition

Sự co cơ là sự tạo ra lực và, khi được phép, sự rút ngắn của một sợi cơ, được tạo ra khi các cầu nối myosin chu trình chống lại các sợi actin, làm cho các sợi trượt qua nhau trong một quá trình được cung cấp năng lượng bởi ATP và được kích hoạt bởi sự tăng canxi nội bào.

Scope

Chủ đề này bao gồm cấu trúc cơ và cơ chế co cơ: sự tổ chức của các sợi cơ thành sarcomere, thuyết sợi trượt và chu trình cầu nối, vai trò của canxi và các protein điều hòa, và sự khớp nối kích thích–co cơ liên kết điện thế hoạt động với lực. Nó đề cập đến mối quan hệ chiều dài–lực và lực–vận tốc, cũng như sự khác biệt giữa cơ vân, cơ tim và cơ trơn. Nội dung mang tính so sánh và cơ chế.

Core questions

• Cơ được tổ chức như thế nào từ toàn bộ sợi cơ xuống đến sarcomere?
• Các sợi actin và myosin tạo ra lực và sự rút ngắn như thế nào?
• Điện thế hoạt động kích hoạt sự co cơ như thế nào?
• Tại sao lực cơ phụ thuộc vào chiều dài của nó và tốc độ nó rút ngắn?

Key theories

Thuyết sợi trượt

Cơ rút ngắn vì các sợi actin và myosin trượt qua nhau trong khi vẫn giữ nguyên chiều dài của chúng, một cách giải thích được rút ra độc lập từ kính hiển vi của cơ co rút bởi hai nhóm nghiên cứu vào năm 1954.

Chu trình cầu nối và điều hòa canxi

Lực phát sinh từ các đầu myosin gắn vào actin, xoay để kéo sợi, và tách ra trong một chu trình được cung cấp năng lượng bởi ATP, được bật khi canxi liên kết với các protein điều hòa trên sợi mỏng và làm lộ các vị trí liên kết của myosin.

Mechanisms

Các sợi cơ vân chứa các sợi cơ (myofibril) được tạo thành từ các sarcomere lặp lại, các đơn vị co rút trong đó các sợi actin mỏng xen kẽ với các sợi myosin dày. Khi nghỉ ngơi, các protein điều hòa trên sợi mỏng ngăn chặn sự gắn kết của myosin. Một điện thế hoạt động lan truyền dọc theo sợi và vào các ống ngang của nó kích hoạt giải phóng canxi từ lưới nội chất cơ (sarcoplasmic reticulum); canxi liên kết với các protein điều hòa, làm lộ actin để các đầu myosin gắn vào, kéo qua một cú đánh mạnh, tách ra bằng cách sử dụng ATP và gắn lại, làm trượt các sợi và rút ngắn sarcomere. Sự thư giãn xảy ra khi canxi được bơm trở lại và các vị trí liên kết lại bị chặn. Lực mà cơ phát triển phụ thuộc vào chiều dài sarcomere, vì sự chồng chéo của sợi xác định số lượng cầu nối có sẵn, và vào vận tốc rút ngắn, tạo ra mối quan hệ chiều dài–lực và lực–vận tốc đặc trưng. Cơ tim và cơ trơn sử dụng cùng một cơ chế cơ bản với sự điều hòa và cấu trúc riêng biệt.

Clinical relevance

Cơ chế phân tử của sự co cơ là nền tảng cho việc hiểu về lực cơ, sự mỏi cơ và tác động của các tác nhân và độc tố ảnh hưởng đến sự khớp nối kích thích–co cơ. Mục này là tài liệu tham khảo giáo dục chứ không phải hướng dẫn y tế.

History

Thuyết sợi trượt xuất hiện vào năm 1954 từ công trình độc lập của Andrew Huxley và Rolf Niedergerke, và của Hugh Huxley và Jean Hanson, và Setsuro Ebashi sau đó đã xác định canxi và các protein điều hòa của nó là yếu tố kích hoạt sự co cơ, hoàn thiện mô tả hiện đại về cách cơ hoạt động.

Key figures

• Andrew Huxley
• Hugh Huxley
• Jean Hanson
• Setsuro Ebashi

Seminal works

• huxley1954
• huxleyhanson1954
• hill2016

Frequently asked questions

Các sợi trong cơ có ngắn lại khi nó co không?

Không. Các sợi actin và myosin giữ nguyên chiều dài của chúng và chỉ đơn giản là trượt qua nhau, làm tăng sự chồng chéo của chúng để toàn bộ cơ rút ngắn.

Canxi đóng vai trò gì trong sự co cơ?

Sự tăng canxi bên trong sợi cơ làm lộ các vị trí liên kết trên actin, cho phép các cầu nối myosin gắn vào và tạo ra lực; việc loại bỏ canxi cho phép cơ thư giãn.