اللييفات العضلية: الخصائص والبنية والتكوين والوظائف - مادة الاحياء - 2025

و اللييفات العضلية هي الوحدات الهيكلية للخلايا العضلات، والمعروف أيضا ألياف العضلات. إنها وفيرة جدًا ، يتم ترتيبها بالتوازي ويتم تضمينها في العصارة الخلوية لهذه الخلايا.

الخلايا أو الألياف العضلية المخططة هي خلايا طويلة جدًا ، يصل طولها إلى 15 سم وقطرها من 10 إلى 100 ميكرومتر. يُعرف غشاء البلازما الخاص به باسم ساركولما وعصيرها الخلوي باسم ساركوبلازم.

رسم تخطيطي للهيكل العضلي للإنسان (المصدر: Deglr6328 ~ commonswiki ، عبر ويكيميديا ​​كومنز)

يوجد داخل هذه الخلايا ، بالإضافة إلى اللييفات العضلية ، نوى متعددة وميتوكوندريا تُعرف باسم الساركوسومات ، بالإضافة إلى شبكة إندوبلازمية بارزة تُعرف باسم الشبكة الساركوبلازمية.

يتم التعرف على اللييفات العضلية على أنها "عناصر مقلصة" للعضلات في الحيوانات الفقارية. وهي تتكون من عدة أنواع من البروتينات التي تمنحها الخصائص المرنة والقابلة للسحب. بالإضافة إلى ذلك ، فإنها تحتل جزءًا مهمًا من ساركوبلازم ألياف العضلات.

الاختلافات بين ألياف العضلات

هناك نوعان من ألياف العضلات: ألياف مخططة وناعمة ، ولكل منها توزيع تشريحي ووظيفة محددة. تعتبر اللييفات العضلية مهمة بشكل خاص وواضحة في ألياف العضلات المخططة التي تشكل عضلات الهيكل العظمي.

تمثل الألياف المخططة نمطًا متكررًا من العصابات المستعرضة عند عرضها تحت المجهر وترتبط بالعضلات الهيكلية وجزء من عضلات القلب.

من ناحية أخرى ، لا تظهر الألياف الملساء نفس النمط تحت المجهر وتوجد في العضلات المميزة للأوعية الدموية والجهاز الهضمي (وجميع الأحشاء).

الخصائص العامة

تتكون اللييفات العضلية من نوعين من الخيوط المقلصة (المعروفة أيضًا باسم الخيوط العضلية) ، والتي تتكون بدورها من البروتينات الخيطية الميوسين والأكتين ، والتي سيتم وصفها لاحقًا.

تمثيل رسومي للليفات العضلية في العضلات الهيكلية (المصدر: معدل من BruceBlaus عبر ويكيميديا ​​كومنز)

لقد حدد باحثون مختلفون أن عمر النصف للبروتينات المقلصة لللييفات العضلية يتراوح من 5 أيام إلى أسبوعين ، بحيث تكون العضلات نسيجًا ديناميكيًا للغاية ، ليس فقط من وجهة نظر مقلصة ، ولكن أيضًا من وجهة نظر التركيب والتجديد. من عناصره الهيكلية.

تسمى الوحدة الوظيفية لكل ليف عضلي في خلايا العضلات أو الألياف بالقسيم العضلي ويتم تحديدها بمنطقة تُعرف باسم "النطاق أو الخط Z" ، حيث تمتد الخيوط العضلية الأكتينية بترتيب متوازي.

نظرًا لأن اللييفات العضلية تشغل جزءًا كبيرًا من الساركوبلازم ، فإن هذه الهياكل الليفية تقيد موقع نوى الخلايا التي تنتمي إليها باتجاه محيط الخلايا ، بالقرب من غمد الليف العضلي.

ترتبط بعض الأمراض البشرية بإزاحة النوى نحو الجزء الداخلي من الحزم الليفية العضلية ، وتعرف باسم الاعتلال العضلي المركزي النووي.

تشكيل اللييفات العضلية أو "تكون اللييفات العضلية"

يتم تجميع اللييفات العضلية الأولى أثناء نمو العضلات الهيكلية الجنينية.

تتم محاذاة البروتينات التي تشكل الأورام اللحمية (الوحدات الوظيفية لللييفات العضلية) مبدئيًا من نهايات وجوانب "اللييفات الأولية" التي تتكون من خيوط أكتين وأجزاء صغيرة من الميوسين غير العضلي الثاني والأكتين النوعي ألفا من العضلات.

عند حدوث ذلك ، يتم التعبير عن الجينات التي تشفر الأشكال الإسوية للقلب والهيكل العظمي لـ α-actin بنسب مختلفة في ألياف العضلات. أولاً ، تكون كمية الشكل الإسوي للقلب التي يتم التعبير عنها أكبر ثم يتغير هذا نحو الهيكل العظمي.

بعد تكوين اللييفات الأولية ، تتجمع اللييفات العضلية الوليدة خلف منطقة تكوين اللييفات الأولية وفي هذه يتم اكتشاف شكل ميوسين العضلات الثاني.

في هذه المرحلة ، تتماشى خيوط الميوسين وتعقد مع بروتينات محددة أخرى مرتبطة بالميوسين ، وهذا هو الحال أيضًا مع خيوط الأكتين.

الهيكل والتكوين

كما ذكرنا منذ لحظة ، تتكون اللييفات العضلية من خيوط عضلية بروتين مقلصة: الأكتين والميوسين ، والتي تُعرف أيضًا باسم الخيوط العضلية الرقيقة والسميكة ، على التوالي. هذه مرئية تحت المجهر الضوئي.

- خيوط عضلية رقيقة

تتكون الخيوط الرفيعة للليفات العضلية من بروتين أكتين في شكله الخيطي (أكتين F) ، وهو بوليمر من الشكل الكروي (أكتين جي) ، وهو أصغر حجمًا.

تشكل الخيوط الخيطية لـ G-actin (F-actin) حبلاً مزدوجًا يلتف على شكل حلزون. يزن كل من هذه المونومر أكثر أو أقل من 40 كيلو دالتون وهو قادر على ربط الميوسين في مواقع معينة.

يبلغ قطر هذه الخيوط حوالي 7 نانومتر ويتم تشغيلها بين منطقتين تعرفان باسم النطاق الأول والنطاق أ. في النطاق أ ، توجد هذه الخيوط حول الخيوط السميكة في ترتيب سداسي ثانوي.

على وجه التحديد ، يتم فصل كل خيوط رفيعة بشكل متماثل من ثلاثة خيوط سميكة ، وكل خيوط سميكة محاطة بستة خيوط رفيعة.

تتفاعل الخيوط الرفيعة والسميكة مع بعضها البعض من خلال "الجسور المتقاطعة" التي تبرز من الخيوط السميكة وتظهر في بنية اللييف العضلي على مسافات منتظمة قريبة من 14 نانومتر.

تمثيل تخطيطي للخيوط العضلية التي تتكون منها اللييفات العضلية ومقاطعها العرضية (المصدر: كمران مقصود 93 عبر ويكيميديا ​​كومنز)

تمتد خيوط الأكتين والبروتينات الأخرى المرتبطة بها على "حواف" الخطوط Z وتتداخل مع خيوط الميوسين باتجاه مركز كل قسيم عضلي.

- خيوط عضلية سميكة

الخيوط السميكة عبارة عن بوليمرات لبروتين الميوسين 2 (510 كيلو دالتون لكل منهما) ويتم تحديدها بمناطق تعرف باسم "العصابات A".

يبلغ طول خيوط الميوسين حوالي 16 نانومتر ويتم ترتيبها في ترتيبات سداسية (إذا لوحظ وجود مقطع عرضي للليف العضلي).

يتكون كل خيط من خيوط الميوسين 2 من العديد من جزيئات الميوسين المعبأة ، ويتكون كل منها من سلسلتين متعدد الببتيد لهما منطقة أو "رأس" على شكل مضرب ويتم ترتيبهما في "حزم" لتشكيل الخيوط.

يتم تثبيت كلتا الحزمتين عبر نهايتيهما في وسط كل قسيم عضلي ، بحيث يتم توجيه "رؤوس" كل ميوسين نحو الخط Z ، حيث يتم ربط الخيوط الرفيعة.

تؤدي رؤوس الميوسين وظائف مهمة جدًا ، نظرًا لأنها تمتلك مواقع ربط لجزيئات ATP ، بالإضافة إلى أنها قادرة على تشكيل الجسور المتقاطعة للتفاعل مع خيوط الأكتين الرقيقة أثناء تقلص العضلات.

- البروتينات المرتبطة

تكون خيوط الأكتين "مثبتة" أو "مثبتة" في غشاء البلازما للألياف العضلية (غمد الليف العضلي) بفضل تفاعلها مع بروتين آخر يُعرف باسم ديستروفين.

بالإضافة إلى ذلك ، هناك نوعان من البروتينات المهمة المرتبطة بالأكتين والمعروفة باسم تروبونين وتروبوميوسين والتي تشكل مع خيوط الأكتين مركبًا بروتينيًا. كلا البروتينين ضروريان لتنظيم التفاعلات التي تحدث بين الخيوط الرفيعة والسميكة.

التروبوميوسين هو أيضًا جزيء خيطي ثنائي الشريطة يرتبط بحلزونات الأكتين تحديدًا في منطقة الأخاديد التي تحدث بين الخيوط. التروبونين عبارة عن مركب بروتيني كروي ثلاثي الأطراف يتم ترتيبه على فترات على خيوط الأكتين.

يعمل هذا المركب الأخير بمثابة "مفتاح" يعتمد على الكالسيوم وينظم عمليات تقلص ألياف العضلات ، وهذا هو سبب الأهمية القصوى له.

في العضلة المخططة للحيوانات الفقارية ، يوجد أيضًا نوعان من البروتينات الأخرى التي تتفاعل مع الخيوط السميكة والرقيقة ، والمعروفة باسم titin و nebulin ، على التوالي.

يلعب نيبولين وظائف مهمة في تنظيم طول خيوط الأكتين ، بينما يشارك تيتين في دعم وتثبيت خيوط الميوسين في منطقة من قسيم عضلي معروف باسم الخط M.

بروتينات أخرى

هناك بروتينات أخرى مرتبطة بالخيوط العضلية السميكة المعروفة باسم بروتين C المرتبط بالميوسين و myomesin ، وهي المسؤولة عن تثبيت خيوط الميوسين في الخط M.

المميزات

اللييفات العضلية لها آثار أولية على القدرة الحركية للحيوانات الفقارية.

نظرًا لأنها تتكون من مجمعات بروتينية ليفية ومقلصة للجهاز العضلي ، فهي ضرورية لتنفيذ الاستجابات للمحفزات العصبية التي تؤدي إلى الحركة والإزاحة (في العضلات المخططة الهيكلية).

الخصائص الديناميكية التي لا جدال فيها للعضلات الهيكلية ، والتي تشكل أكثر من 40٪ من وزن الجسم ، تمنحها اللييفات العضلية التي تمتلك ، في نفس الوقت ، ما بين 50 و 70٪ من البروتينات في جسم الإنسان.

تشارك اللييفات العضلية ، كجزء من هذه العضلات ، في جميع وظائفها:

- ميكانيكي: لتحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة ميكانيكية لتوليد القوة ، والحفاظ على الموقف ، وإنتاج الحركات ، إلخ.

- التمثيل الغذائي: حيث أن العضلات تشارك في استقلاب الطاقة القاعدية وتعمل كموقع تخزين للمواد الأساسية مثل الأحماض الأمينية والكربوهيدرات ؛ كما أنه يساهم في إنتاج الحرارة واستهلاك الطاقة والأكسجين المستخدم أثناء الأنشطة البدنية أو التمارين الرياضية.

نظرًا لأن اللييفات العضلية تتكون أساسًا من البروتينات ، فإنها تمثل موقع تخزين وإطلاق للأحماض الأمينية التي تساهم في الحفاظ على مستويات السكر في الدم أثناء الصيام أو الجوع.

أيضًا ، يعد إطلاق الأحماض الأمينية من هذه الهياكل العضلية أمرًا مهمًا من وجهة نظر احتياجات التخليق الحيوي للأنسجة الأخرى مثل الجلد والدماغ والقلب والأعضاء الأخرى.

المراجع

1. Despopoulos، A.، & Silbernagl، S. (2003). أطلس اللون لعلم وظائف الأعضاء (الطبعة الخامسة). نيويورك: ثيم.
2. فريدمان ، آل ، وجولدمان ، واي إي (1996). التوصيف الميكانيكي لللييفات العضلية الهيكلية. مجلة بيوفيزيائية ، 71 (5) ، 2774-2785.
3. Frontera، WR، & Ochala، J. (2014). عضلة الهيكل العظمي: مراجعة موجزة للهيكل والوظيفة. أنسجة كالسيف ، 45 (2) ، 183-195.
4. جولدسبنك ، ج. (1970). تكاثر اللييفات العضلية أثناء نمو الألياف العضلية. J. الخلية Sct. ، 6 ، 593-603.
5. موراي ر. ، بندر ، د. ، بوثام ، ك. ، كينيلي ، ب. ، رودويل ، ف ، وويل ، ب. (2009). هاربر للكيمياء الحيوية المصورة (الطبعة 28). ماكجرو هيل الطبية.
6. روزين ، جيه إن ، وبايليس ، عضو الكنيست (2017). تضع اللييفات العضلية الضغط على النوى. بيولوجيا خلية الطبيعة، 19 (10).
7. سانجر ، جيه ، وانجس ، جيه ، فان ، واي ، وايت ، جيه ، مي مي ، إل ، دوب ، دي ،… بروين ، دي (2016). تجميع وصيانة اللييفات العضلية في العضلات المخططة. في كتيب علم الأدوية التجريبي (ص 37). نيويورك ، الولايات المتحدة الأمريكية: Springer International Publishing Switzerland.
8. سانجر ، جي دبليو ، وانج ، جيه ، فان ، واي ، وايت ، جي ، آند سانجر ، جي إم (2010). تجميع وديناميات اللييفات العضلية. مجلة الطب الحيوي والتكنولوجيا الحيوية ، 2010 ، 8.
9. Sobieszek، A.، & Bremel، R. (1975). تحضير وخصائص الفقاريات السلس - العضلات العضلية الليفية والأكتوموسين. المجلة الأوروبية للكيمياء الحيوية ، 55 (1) ، 49-60.
10. فيل ، سي ، ووكر ، دبليو ، وسميث ، إف (1963). علم الحيوان العام (الطبعة الثانية). لندن: شركة WB Saunders.