یاختههای ماهیچهای: موتورهای میکروسکوپی حرکت
یاخته ماهیچهای چیست و چه شکلی است؟
یاختههای ماهیچهای، سلولهای بلند و رشتهمانندی هستند که برای انجام یک کار خاص یعنی کشیدن، تکامل یافتهاند. برخلاف بیشتر سلولهای بدن که کروی یا چندضلعی هستند، این سلولها اغلب مانند نخهای باریک و طویل به نظر میرسند. به دلیل شکل ویژه و عملکردشان، گاهی به آنها فیبر ماهیچهای نیز میگویند. داخل هر یک از این سلولها، تعداد بسیار زیادی رشتههای پروتئینی موازی وجود دارد که عامل اصلی انقباض هستند.
انواع اصلی یاختههای ماهیچهای در بدن انسان
بدن ما سه نوع ماهیچه دارد که هر کدام سلولهای مخصوص به خود را دارند. این تفاوت در ساختار سلولی، باعث میشود هر نوع ماهیچه، کار متفاوتی انجام دهد.
| نوع ماهیچه | محل قرارگیری | کنترل (ارادی/غیرارادی) | ویژگی سلولها |
|---|---|---|---|
| اسکلتی5 | متصل به استخوانها | ارادی | رشتهای، چند هستهای، دارای رگههای عرضی |
| صاف6 | دیوارهٔ رگهای خونی، معده، روده | غیرارادی | دوکی شکل، یک هستهای، بدون رگه |
| قلبی7 | دیوارهٔ قلب | غیرارادی | شاخهدار، یک یا دو هستهای، دارای رگه و دیسکهای درهمفرورفته8 |
ساختار داخلی یک فیبر ماهیچهای اسکلتی
برای درک چگونگی انقباض، باید نگاهی به درون یک سلول ماهیچهای اسکلتی بیندازیم. ساختار آن مانند یک طناب محکم بافته شده است:
۱. سارکوپلاسم و شبکه سارکوپلاسمی: سیتوپلاسم سلول ماهیچهای سارکوپلاسم9 نام دارد که مملو از میتوکندری (تولیدکننده انرژی) و ذخایر گلیکوژن است. شبکهٔ سارکوپلاسمی10 نیز یک اندامک ذخیرهکنندهی یونهای کلسیم (Ca2+) است که برای شروع انقباض حیاتی هستند.
۲. میوفیبریلها: هر فیبر ماهیچهای از واحدهای کوچکتری به نام میوفیبریل پر شده است. میوفیبریلها خود از واحدهای تکراری به نام سارکومر11 تشکیل شدهاند. سارکومر واحد عملکردی انقباض است.
۳. فیلامانهای اَکتین و میوزین: هر سارکومر از دو نوع رشته (فیلامان) پروتئینی موازی تشکیل شده است: رشتههای نازک از جنس اَکتین و رشتههای ضخیم از جنس میوزین. نظم قرارگیری این رشتهها باعث ایجاد نوارهای تیره و روشن (رگهها) در زیر میکروسکوپ میشود.
مکانیسم لغزش فیلامانها: چگونه ماهیچه کوتاه میشود؟
نظریهٔ لغزش فیلامانها13 مدل پذیرفتهشده برای توضیح انقباض است. در این مدل، رشتههای اَکتین و میوزین روی یکدیگر میلغزند و باعث کوتاه شدن سارکومر میشوند، در حالی که طول خود فیلامانها تغییر نمیکند. این فرآیند در چند گام اتفاق میافتد:
گام اول (پیام): یک پیام عصبی به ماهیچه میرسد و باعث آزاد شدن یونهای کلسیم از شبکه سارکوپلاسمی میشود.
گام دوم (اتصال): کلسیم به پروتئینهای تنظیمکننده روی اَکتین متصل میشود و اجازه میدهد «سر» میوزین به اَکتین بچسبد. این اتصال مانند قلاب کردن چنگک است.
گام سوم (حرکت قدرتمند): سر میوزین که یک مولکول ATP را پیشتر شکسته و انرژی ذخیره کرده، مانند یک اهرم کوچک خم میشود. این خم شدن، رشته اَکتین را به سمت مرکز سارکومر میکشد. به این عمل حرکت قدرتمند14 میگویند.
گام چهارم (رهاسازی وتنظیم مجدد): یک مولکول ATP جدید به سر میوزین متصل میشود، باعث رها شدن آن از اَکتین میشود. سپس ATP دوباره شکسته میشود تا سر میوزین برای چرخهٔ بعدی آماده (ریست) شود.
تکرار سریع این چرخه توسط میلیاردها سر میوزین در یک ماهیچه، باعث میشود تمام سارکومرها کوتاه شده و در نهایت کل ماهیچه منقبض گردد.
از سلول تا حرکت: هماهنگی برای انجام کارهای روزمره
انقباض سلولهای منفرد تنها زمانی مفید است که به صورت هماهنگ و کنترلشده عمل کنند. سیستم عصبی مرکزی (مغز و نخاع) با ارسال سیگنالهای دقیق الکتریکی (پتانسیل عمل)، تعداد و قدرت انقباض فیبرهای ماهیچهای مختلف را تنظیم میکند. برای مثال:
• نوشتن: برای نگه داشتن خودکار، انقباض جزئی و مداوم گروه کوچکی از فیبرها لازم است.
• دویدن: برای این کار، مغز به نوبت گروههای بزرگی از فیبرها را در پاها فعال میکند تا هم نیرو تولید شود و هم از خستگی زودرس جلوگیری گردد. این پدیده رکرویتمنت15 نام دارد.
• ضربان قلب: سلولهای ماهیچهای قلبی به طور ریتمیک و خودکار منقبض میشوند. یک دسته تخصصیافته از این سلولها به نام گره سینوسی-دهلیزی، مانند یک ضربانساز طبیعی عمل کرده و ریتم را تنظیم میکند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاورقی
1 Muscle Cell: سلول ماهیچهای.
2 Contraction: فرآیند کوتاه شدن ماهیچه.
3 Myofibril: دستههای رشتهای درون سلول عضلانی که مسئول انقباض هستند.
4 Actin and Myosin: پروتئینهای فیلامانی که با تعامل با یکدیگر باعث انقباض میشوند.
5 Skeletal Muscle: ماهیچهای که به استخوانها متصل است و حرکت ارادی را ایجاد میکند.
6 Smooth Muscle: ماهیچهای که در دیوارهی اندامهای داخلی یافت میشود و حرکات غیرارادی را کنترل میکند.
7 Cardiac Muscle: ماهیچهای مخصوص قلب.
8 Intercalated Discs: ساختارهایی در سلولهای قلبی که اتصال الکتریکی و مکانیکی بین آنها را برقرار میکنند.
9 Sarcoplasm: سیتوپلاسم سلول ماهیچهای.
10 Sarcoplasmic Reticulum: شبکه آندوپلاسمی صاف در سلول ماهیچهای که کلسیم را ذخیره میکند.
11 Sarcomere: واحد تکراری و عملکردی انقباض در میوفیبریل.
12 Adenosine Triphosphate: مولکول حامل انرژی در سلول.
13 Sliding Filament Theory: نظریهای که چگونگی انقباض ماهیچه را شرح میدهد.
14 Power Stroke: مرحلهای در چرخه انقباض که در آن سر میوزین، اکتین را میکشد.
15 Recruitment: فرآیند فعالسازی واحدهای حرکتی بیشتر برای تولید نیروی بیشتر.
16 Hypertrophy: افزایش حجم سلول.
