یک سلول ماهیچه ای که در زیست‌شناسی به عنوان «میوسیت» (Myocyte) شناخته می‌شود‌، یک سلول جانوری تخصص یافته‌ای است که می‌تواند طول خود را با استفاده از یک سری پروتئین‌های حرکتی ویژه درون سلولی، تنظیم کند. در انقباضات «سلول‌های ماهیچه‌ای» (Muscle Cell) چندین پروتئین مرتبط کمک می‌کنند‌، اما به طور ویژه «اکتین» (Actin) و «میوزین» (Myosin) رشته‌های ضخیم و نازکی را تشکیل می‌دهند که در کنار یکدیگر پیچ می‌خورند تا واحدهای کوچک یک سلول ماهیچه، منقبض شوند.

به این واحدهای موجود در سلول‌های ماهیچه‌ای «سارکومر» (Sarcomeres) می‌گویند. از توالی سارکومرها، تارچه‌ها یا میوفیبریل‌های ماهیچه‌ای ساخته می‌شوند و بسیاری از آن‌ها از انتهای خود، به یکدیگر می‌چسبند و رشته‌های بزرگی به نام فیبرها یا تارهای ماهیچه‌‌ای را می‌سازند.

یک سلول عضلانی، در مقایسه با سلول‌های دیگر بدن، بسیار بلند است. این سلول‌ها دارای هسته‌های زیادی هستند که بر روی غشای سلولی فشرده می‌شوند. بسیاری از سلول‌های ماهیچه‌ای به هم اتصال می‌یابند تا فیبرهای بلندی را بسازند و در نهایت بافت ماهیچه‌ای را تشکیل دهند.

ساختار یک سلول ماهیچه‌

همان طور که در تصویر زیر مشاهده می‌شود‌، یک سلول ماهیچه، شامل یک دسته متراکم از تعداد زیادی از میوفیبریل‌ها یا تارچه‌های ماهیچه‌ای است. هر میوفیبریل از شمار زیادی از سارکومرها ساخته شده است که در کنار هم قرار می‌گیرند و از بخش‌های انتهایی به هم وصل می‌شوند. فرم تخصصی از شبکه آندوپلاسمی‌ که در سلول‌های ماهیچه به عنوان «شبکه سارکوپلاسمی‌» شناخته می‌شود‌، در دسته‌های متراکم میکروفیبریلی گسترش می‌یابد.

ساختار میکروفیبریل ماهیچه
تصویر ۱: ساختمان یک فیبر ماهیچه‌ای؛ هر فیبر ماهیچه‌ای از تعداد زیادی میکروفیبریل‌ ساخته شده است. هر میکروفیبریل از واحدهای سازنده سارکومر تشکیل می‌شود. در سارکومرها لوله‌های عرضی T وجود دارد که محل دریافت سیگنال‌های عصبی است و آن‌ها را به شبکه سارکوپلاسمی انتقال می‌دهد. به بخش‌های متورم لوله‌های عرضی پایانه‌های کیسترنا می‌گویند. ساختارهای سه تایی لوله عرضی و پایانه‌های کیسترنا و شبکه سارکوپلاسمی، «تریاد» (Terid) نام دارد.

وظیفه شبکه سارکوپلاسمی

شبکه سارکوپلاسمی‌ ماده شیمیایی مورد نیاز برای انقباض سلول‌های ماهیچه را تولید می‌کند. این تولید با سیگنال‌های سلول‌های عصبی فعال می‌شود. سیگنال‌های سلول‌های عصبی از طریق لوله‌های عرضی (Tubules T) موجود در سارکومرها به شبکه‌های سارکوپلاسمی منتقل شده و آن‌ها را فعال می‌کنند.

میتوکندری در سلول ماهیچه‌ای

میتوکندری‌ها به طور انبوه در سلول‌های عضلانی وجود دارند، تا بتوانند جریان مداوم ATP را برای این سلول‌ها فراهم کنند. پروتئین‌های ماهیچه‌ای در حضور ATP می‌توانند حرکت کرده و در ماهیچه انقباض ایجاد کنند.

غشای سلول ماهیچه‌ای

تمام سلول‌های ماهیچه‌ای توسط غشای اختصاصی به نام «سارکولم» (Sarcolemma) پوشیده شده‌اند. سارکولم دارای دریچه‌های ویژه‌ای است که باعث می‌شوند، سیگنال‌های عصبی به درون لوله‌های عرضی انتقال یابند.

ساختمان سارکومرها

در زیر نمایی از یک سارکومر وجود دارد. هر سارکومر در درجه اول از رشته‌های ضخیم و نازک ساخته می‌شود. رشته‌های ضخیم از تکرار واحدهای یک پروتئین به نام میوزین ساخته شده است. میوزین دارای سرهای کوچکی است که می‌تواند به یک رشته اکتین متصل شود. واحد‌های تکرار شونده پروتئین اکتین، رشته‌های نازک را تشکیل می‌دهند. اکتین توسط تعدادی پروتئین فرعی پشتیبانی می‌شود که به رشته‌های اکتین ثبات می‌بخشند و به عضله اجازه می‌دهند تا توسط سیگنال‌های عصبی کنترل شود.

ساختمان سارکومر
تصویر ۲: ساختمان سارکومر؛ در مرکز سارکومر ناحیه تیره رنگی به نام «باند A» وجود دارد که در اثر هم پوشانی اکتین و میوزین ایجاد می‌شود. دو طرف سارکومر ناحیه روشنی به نام «باند I» وجود دارد که در آن فقط پروتئین اکتین حضور دارد. در میان باند A بخش روشنی به نام منطقه H واقع شده است و در این منطقه تنها پروتئین‌های میوزین قرار گرفته‌اند.

رشته‌های اکتین در هر انتها، توسط پروتئین‌های تخصصی پشتیبانی می‌شوند. پروتئین «کلاهک Z» یا (Cap Z) اکتین را به صفحه Z متصل نگه می‌دارد‌، در حالی که پروتئین «تروپومودولین» (Tropomodulin) به انتهای هر رشته اکتین متصل می‌شود. پروتئین «نبولین» (Nebulin) (نقش تنظیمی در  اندازه طول رشته اکتین و اتصال آن به میوزین دارد) به واسطه تروپومودولین به CapZ اتصال می‌یابد و به این ترتیب یک چارچوب ساختاری برای سفت و سخت نگه داشتن رشته‌های اکتین فراهم می‌شود.

پروتئین بزرگ دیگر‌ی به نام «تیتین‌» (Titin)، صفحات Z را به هم اتصال می‌دهد و از انقباض بیش ار حد سارکومر جلوگیری می‌کند.

ساختمان اکتین
تصویر ۳: ساختمان اکتین

اکتین توسط دو پروتئین اضافی‌، «تروپونین» (Troponin) و «تروپومیوزین» (Tropomyosin) پوشانده شده است. تروپونین به شکل ساختاری‌های کوچک سبز رنگ در تصویر زیر قابل مشاهده است‌، در حالی که تروپومیوزین پروتئینی شبیه به نخ است که رشته‌های اکتین را همراهی می‌کند.

پروتئین‌های میوزین را نیز می‌توان در تصویر زیر مشاهده کرد. بخش سر میوزین که از فیبر ضخیم ساخته شده به سمت بالا گسترش یافته است و بسیاری از دم‌های میوزینی به صورت رشته‌های بلندی دور یکدیگر پیچیده‌اند.

پروتئین های ماهیچه
تصویر ۴: رشته‌های ماهیچه‌ای

عملکرد یک سلول ماهیچه‌

برای فعال کردن یک ماهیچه، مغز باید یک سیگنال توسط رشته‌های عصبی به ماهیچه ارسال کند. تکانه‌های عصبی از سلول‌های عصبی به سمت «اتصالات عصبی عضلانی‌» (Neuromuscular Junction) حرکت می‌کنند. اتصالات عصبی عضلانی، جایی است که یک سلول عصبی با یک سلول ماهیچه‌ای مواجه می‌شود. تکانه به سلول عصبی منتقل می‌شود و از کانال‌های تخصصی در سارکولم یا غشای سلول ماهیچه‌ای عبور می‌کند تا به لوله‌های عرضی برسد. انرژی موجود در لوله‌های عرضی باعث آزاد شدن یون‌های 2+Ca از شبکه سارکوپلاسمی می‌شوند و در این حالت سیتوپلاسم سلول‌های ماهیچه سرشار از یون کلسیم می‌شود. یون کلسیم بر روی عملکرد پروتئین‌های مرتبط با اکتین موثر است.

تروپونین‌، در صورت عدم وجود یون کلسیم، به تروپومیوزین پیوند می‌یابد و باعث می‌شود که تروپومیوزین جایگاه‌های اتصال میوزین روی رشته اکتین را بپوشاند. این بدان معنی است که بدون یون کلسیم سلول عضله منبسط خواهد ماند. هنگامی‌ که یون کلسیم به سیتوپلاسم وارد می‌شود‌، تروپونین، تروپومیوزین را آزاد می‌کند و تروپومیوزین از جایگاه‌های اتصال میوزین خارج می‌شود. در این زمان، سرهای پروتئین میوزین اجازه می‌یابند تا به رشته‌های اکتین متصل شوند.

زمانی که میوزین بر روی جایگاه خود روی رشته‌های اکتین قرار می‌گیرد میوزین می‌تواند از انرژی بدست آمده از ATP برای حرکت در امتداد رشته اکتین استفاده کند. هنگامی‌ که بسیاری از سارکومرها این کار را همزمان انجام می‌دهند‌، کل عضله منقبض می‌شود.

میوزین تا رسیدن به صفحه Z در سر اکتین، بر روی این پروتئین حرکت می‌کند و در این حالت است که انقباض کامل به دست می‌آید. شبکه سارکوپلاسمی به طور مداوم در حین انقباض، کلسیم آزاد می‌کند و هنگامی‌که غلظت آن کاهش یافته و به پایین‌تر از سطح معینی برسد، تروپونین به تروپومیوزین برمی‌گردد و ماهیچه‌ها به حالت استراحت می‌رسند.

بافت ماهیچه‌ای چیست؟

بافت عضلانی یک بافت تخصصی است که فقط در جانوران وجود دارد و وظیفه انقباض ماهیچه‌ها را بر عهده دارد و از این طریق نیروهایی را به قسمت‌های مختلف بدن وارد می‌کند. بافت ماهیچه‌ای از فیبرهای سلول‌های ماهیچه‌ای ساخته شده که در صفحات فیبری به یکدیگر متصل هستند. صفحات فیبری و فیبرها در کنار هم ماهیچه‌ها را تشکیل می‌دهند و حرکت جانوران مختلف را کنترل می‌کنند.

بافت ماهیچه ای
تصویر ۵: بافت ماهیچه‌ای در بدن انسان

در همه جانوران، سه نوع بافت متفاوت از ماهیچه‌ها وجود دارند که هر کدام وظایف مختلفی را انجام می‌دهند. با وجود این که ساختار این ماهیچه‌ها در ظاهر با هم فرق دارند اما عملکرد‌های مشابه‌ای را از خود به نمایش می‌گذارند.

عملکرد بافت عضلات

سلول‌های ماهیچه‌ای در قالب یک بافت ماهیچه‌ای با دریافت سیگنال انقباض از مغز به صورت منظم و همزمان منقبض می‌شوند و این امر موجب انقباض کلی بافت ماهیچه‌ای می‌شود. یک سلول منفرد ماهیچه‌ای می‌تواند تا ۷۰ درصد منقبض شده و طول خود را کوتاه کند و در صورت وقوع همزمان این میزان انقباض در بافت ماهیچه‌ای، طول ماهیچه در کل کوتاه می‌شود.

در بدن انسان از انقباضات ماهیچه‌ای برای به حرکت در آوردن استخوان‌ها و انقباض عضلاتی مانند قلب برای خون رسانی به بدن استفاده می‌شود.

انواع بافت عضلانی

همان طور که در بالا اشاره شد، بافت ماهیچه‌ای در بدن سه نوع متفاوت دارد. در این جا به طور مختصر به معرفی هر کدام از آن‌ها می‌پردازیم.

انواع بافت ماهیچه ای
تصویر ۶: انواع بافت ماهیچه‌ای

بافت ماهیچه اسکلتی

سلول‌های بافت ماهیچه اسکلتی از نوع استوانه‌ای و منظم هستند و هر سلول ممکن است چند هسته داشته باشد. بافت‌های ماهیچه اسکلتی نوعی از ماهیچه‌های مخطط هستند، به این معنی که باندهای مشخصی در زیر میکروسکوپ در این بافت‌‌ها دیده می‌شوند. این را می‌توانید در قسمت (الف) «تصویر ۷» مشاهده کنید.

این باندهای نازک که روشن و تیره دیده می‌شوند، سارکومرها هستند. سارکومرها همان طور که در بالا اشاره شد، دسته‌های بسیار سازمان یافته اکتین‌، میوزین و پروتئین‌های مرتبط هستند. این دسته‌های سازمان یافته پروتئینی به عضلات مخطط اجازه می‌دهند، به سرعت منقبض شده و سریع به حالت استراحت برگردند.

بافت ماهیچه اسکلتی، از طریق تاندون‌ها که قسمت‌های بسیار الاستیک بافت پیوندی هستند‌، به استخوان‌ها متصل می‌شوند. با این که به نظر می‌رسد هر ماهیچه‌ مسئول کنترل حرکت یک اندام است، اما در واقعیت هر کدام از ماهیچه‌ها فقط یک بخش کوچک از حرکت کلی یک اندام را کنترل می‌کنند و برای حرکت یک اندام، چندین ماهیچه در کنار هم نقش دارند.

بافت ماهیچه اسکلتی می‌تواند به صورت ارادی توسط سیستم عصبی سوماتیکی یا بدنی تحت کنترل قرار گیرد. انواع دیگر ماهیچه‌ها عمدتاً توسط سیستم عصبی غیر ارادی یا خود مختار کنترل می‌شوند.

بافت ماهیچه قلبی

در حالی که باندهای موجود در بافت ماهیچه‌ اسکلتی یکنواخت و موازی هستند‌، در بافت ماهیچه‌های قلبی باندها به صورت پیچیده و شاخه‌ای (منشعب) دیده می‌شوند. عضله قلبی را می‌توانید در قسمت (ج) تصویر زیر مشاهده کنید. همان طور که در شکل می‌بینید، مخطط بودن بافت ماهیچه‌ قلبی واضح نیست اما می‌توان انشعابات آن را به خوبی مشاهده کرد. سلول‌های ماهیچه قلبی استوانه‌ای شکل و منظم بوده و اغلب دارای یک یا چند هسته هستند.

انشعابات ایجاد شده در بافت ماهیچه قلبی به دلیل اتصال سلول‌های این بافت به یکدیگر است. در این بافت سلول‌ها از طریق دیسک‌های بینابینی به یکدیگر متصل می‌شوند. این اتصالات به قلب کمک می‌کنند تا به عنوان یک ماهیچه، تمام سلول‌هایش به طور همزمان منقبض شوند، زیرا این انقباض به دلیل اتصالات بین سلولی به سرعت در سراسر سلول‌های ماهیچه قلب منتشر می‌شود. انقباض ماهیچه قلب باعث حرکت و جابجایی خون در سیستم گردشی بدن می‌شود. انقباض این ماهیچه‌ها به صورت غیرارادی انجام می‌گیرد.

بافت ماهیچه صاف

بر خلاف بافت ماهیچه قلبی و اسکلتی‌، در بافت عضله صاف همان طور که از نامش پیدا است، هیچ گونه باندی مشاهده نمی‌شود. سلول‌های ماهیچه صاف، دوکی شکل و تک هسته‌ای هستند و به صورت نامنظم کنار هم قرار می‌گیرند. الیاف میوزین و اکتین در فیبر‌های ماهیچه صاف تقریباً به اندازه سایر انواع بافت‌های ماهیچه‌ای سازماندهی نشده‌اند. در عضله صاف‌، انقباضات به طور ناگهانی و سریع انجام نمی‌گیرد، بلکه این بافت به آرامی و به طور مداوم انقباض پیدا می‌کند. ماهیچه صاف در اطراف بسیاری از اندام‌ها‌، عروق خونی و سایر بخش‌هایی که وظیفه انتقال مایعات مختلف را در بدن بر عهده دارند، یافت می‌شود.

ماهیچه‌های صاف با اعمال نیرو می‌توانند اندام‌های مختلف بدن را منقبض کنند، این انقباض‌ها برای جابجایی خون در رگ‌ها یا مواد غذایی در سیستم گوارشی مورد استفاده قرار می‌گیرند. انقباض ماهیچه‌های صاف به صورت غیر ارادی صورت می‌گیرد.

ماهیچه‌های صاف در تصاویر میکروسکوپی (ب) بسیار متمایز از سایر بافت‌های ماهیچه‌ای مشاهده می‌شوند.

تصویر میکروسکوپی انواع بافت های ماهیچه ای
تصویر ۷: تصاویر میکروسکوپی انواع بافت‌های ماهیچه‌ای؛ الف) بافت ماهیچه‌ای اسکلتی، ب) بافت ماهیچه‌ای صاف، ج) بافت ماهیچه‌ای قلبی

مکانیسم انقباض

برای این که با جزئیات بیشتر عملکرد سلول‌های ماهیچه‌ای هنگام انقباض آشنا شویم در ادامه، مراحل انجام مکانیسم انقباض را بیان می‌کنیم:

  • انقباض ماهیچه‌ها با یک پیام عصبی که توسط نورون‌های سیستم عصبی به بافت ماهیچه انتقال می‌یابد، شروع می‌شود.
  • با رسیدن سیگنال‌های عصبی به انتهای اکسون‌ها، ناقل شیمیایی درون این نورون‌ها که «استیل کولین» (Acetylcholine) (یکی از مهم‌ترین انتقال دهنده‌های عصبی یا نوروترانسمیترهای مغزی است) نام دارد با روش اگزوسیتوز خارج شده و به گیرنده اختصاصی خود در سلول‌های ماهیچه‌ای متصل می‌شود.
  • ورود استیل کولین به سلول‌های ماهیچه‌ای باعث ایجاد یک جریان الکتریکی و پتانسیل غشایی در این سلول‌ها می‌شود که در پی آن شبکه سارکوپلاسمی یون‌های کلسیم را به درون سلول‌های ماهیچه‌ای آزاد می‌کند.
  • سارکومرها که واحدهای انقباضی ماهیچه هستند با افزایش یون کلسیم وارد عمل می‌شوند. سارکومرها محل قرارگیری پروتئین‌های حرکتی اکتین و میوزین هستند. همان طور که در بالا اشاره شد، در حالت استراحت، پروتئین‌های مهار کننده اتصال (ترومیوزین وتروپونین) میوزین، جایگاه اتصال این پروتئین را بر روی اکتین می‌پوشانند.
  • در حضور کلسیم پروتئین‌های مهار کننده از اکتین جدا می‌شوند و در این حالت میوزین قادر است به جایگاه اتصال خود بر روی اکتین اتصال یابد.
  • در ناحیه سر پروتئین‌های میوزین مولکول‌های ATP وجود دارند که در زمان انقباض این مولکول‌ها هیدرولیز شده و پلی بین میوزین و اکتین به وجود می‌آورند.
  • با هیدرولیز ATP، انرژی لازم برای خزیدن یا حرکت میوزین در طول رشته‌های اکتین تامین می‌شود و میوزین می‌تواند رشته‌های اکتین را از دو سمت به سوی هم بکشد و در نتیجه تارچه‌ها یا سارکومرهای ماهیچه‌ای منقبض شوند. (نزدیک شدن خط‌های Z دو سر سارکومر به یکدیگر)
  • بعد از انقباض برای این که سارکومرها به حالت استراحت در آیند، یک مولکول ATP به ناحیه سر میوزین اتصال می‌یابد و باعث می‌شود که میوزین از اکتین جدا شده و تارچه به حالت اولیه خود بازگردد. در نهایت، به کمک پروتئین‌ تروپونین، تروپومیوزین دوباره جایگاه اتصال میوزین بر روی اکتین را اشغال می‌کند.

اگر مطالعه این مطلب برای شما مفید بود، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شود:

^^

شکوفه دلخواهی (+)

شکوفه دلخواهی کارشناس ارشد نانوبیوتکنولوژی است. فعالیت‌های علمی و کاری او در زمینه تکنیک‌های زیست فناوری و طراحی نانوزیست‌حسگر بوده و اکنون در مجله فرادرس آموزش‌های زیست‌شناسی می‌نویسد.

بر اساس رای 16 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *