الانقباض العضلي

ما هي العضلات؟

العضلات هي نسيج مقلص متخصص وهو سمة مميزة للحيوانات، حيث تدعم التغييرات في طول العضلات مجموعة رائعة من حركات الحيوانات، بدءًا من براعة مخالب الأخطبوط والموجات التمعجية لأقدام (Aplysia) إلى التنسيق الدقيق بين لاعبي الظهير والباليه.

هناك العديد من الآليات الجزيئية التي تؤدي إلى تقلص العضلات، حيث تتكون عملية الانكماش من عدة خطوات رئيسية، والتي تم الحفاظ عليها أثناء التطور عبر غالبية الحيوانات.

ما هو الساركومير؟

عندما يتم فحص خلايا العضلات تحت المجهر يمكن للمرء أن يرى أنها تحتوي على نمط مخطط خطوط، حيث يتكون هذا النمط من سلسلة من الوحدات الأساسية تسمى الأورام اللحمية التي يتم ترتيبها في جميع أنحاء الأنسجة العضلية ذات النمط المكدس.

يمكن أن يكون هناك الآلاف من الأورام اللحمية داخل خلية عضلية واحدة، إذ أن الساركوميرات هي قوالب نمطية للغاية وتتكرر في جميع أنحاء خلايا العضلات ويمكن أن يتغير طول البروتينات الموجودة فيها، مما يتسبب في تغيير الطول الإجمالي للعضلة.

يحتوي القسيم العضلي الفردي على العديد من خيوط الأكتين الرقيقة والميوسين السميكة المتوازية، حيث يعتبر تفاعل الميوسين وبروتينات الأكتين في صميم الفهم الحالي لتقصير قسيم عضلي، وكيف يحدث هذا التقصير، وعلاقة التفاعل المنزلق بين الأكتين والميوسين.

نظرية انزلاق الشعيرة:

في عام 1954 نشر العلماء ورقتين رائدين تصفان الأساس الجزيئي لتقلص العضلات، حيث وصفت هذه الأوراق موقع خيوط الميوسين والأكتين في مراحل مختلفة من الانكماش في ألياف العضلات واقترحت كيف ينتج هذا التفاعل قوة مقلصة.

باستخدام الفحص المجهري عالي الدقة، لوحظت التغيرات في الأورام اللحمية مع تقصير الأنسجة العضلية، حيث تم ملاحظة أن إحدى مناطق ترتيب قسيم عضلي متكرر النطاق ظلت ثابتة نسبيًا في الطول أثناء الانكماش، ويحتوي الشريط  على خيوط سميكة من الميوسين، مما يشير إلى أن خيوط الميوسين ظلت مركزية وثابتة في الطول، بينما تم تقصير مناطق أخرى من القسيم العضلي.

لاحظ المحققون أن الفرقة الغنية بالخيوط الرقيقة المصنوعة من الأكتين غيرت طولها جنبًا إلى جنب مع الأورام اللحمية، حيث قادتهم هذه الملاحظات إلى اقتراح نظرية الخيوط المنزلقة، والتي تنص على أن انزلاق الأكتين بعد الميوسين يولد توترًا عضليًا.

نظرًا لأن الأكتين مرتبط بالبنى الموجودة في الأطراف الجانبية لكل قسيم عضلي يسمى أقراص z أو العصابات z، فإن أي تقصير في طول خيوط الأكتين سيؤدي إلى تقصير القسيم العضلي وبالتالي تقصير العضلات، وظلت هذه النظرية سليمة بشكل مثير للإعجاب.

الجسور المتقاطعة والخيوط المنزلقة:

تضمنت إحدى التحسينات المهمة لنظرية الخيوط المنزلقة الطريقة الخاصة التي يستطيع الميوسين من خلالها سحب الأكتين لتقصير القسيم العضلي، ولقد أثبت العلماء أن النهاية الكروية لكل بروتين ميوسين أقرب الأكتين وتسمى منطقة S1 لها مقاطع مفصلية متعددة، يمكنها الانحناء وتسهيل الانكماش.

يساعد انحناء منطقة الميوسين (S1) في تفسير الطريقة التي يتحرك بها الميوسين أو يمشي على طول الأكتين، وتُظهر منطقة الذيل الأقل حجماً والأطول عادةً للميوسين (S2) المرونة وتدور بالتنسيق مع تقلص (S1).

يبدو أن حركات الميوسين هي نوع من الرقص الجزيئي، حيث يتقدم الميوسين إلى الأمام ويرتبط بالأكتين ويتعاقد ويطلق الأكتين ثم يتقدم مرة أخرى لربط الأكتين في دورة جديدة، إذ تُعرف هذه العملية باسم دورة ميوسين أكتين.

نظرًا لأن قطعة الميوسين (S1) تربط الأكتين وتحرره؛ فإنها تشكل ما يسمى بالجسور المتقاطعة، والتي تمتد من خيوط الميوسين السميكة إلى خيوط الأكتين الرقيقة، ويسمى تقلص منطقة (S1) في الميوسين بضربة الطاقة، حيث تتطلب ضربة القوة التحلل المائي لـ (ATP) والذي يكسر رابطة الفوسفات عالية الطاقة لإطلاق الطاقة.

على وجه التحديد يوفر التحلل المائي لـ (ATP) الطاقة للميوسين ليخوض هذه الدورة: لإطلاق الأكتين وتغيير شكله والتعاقد وتكرار العملية مرة أخرى، إذ سيبقى الميوسين مرتبطًا بالأكتين إلى أجل غير مسمى، مما يسبب تصلب مورتيس إذا لم تكن جزيئات (ATP) الجديدة متاحة.

يستخدم جانبان رئيسيان من دورة الميوسين-أكتين الطاقة التي يوفرها التحلل المائي لـ (ATP) أولاً، يستخدم عمل رأس الميوسين (S1) الذي يصل إلى الطاقة المنبعثة بعد تكسير جزيء (ATP) إلى (ADP) والفوسفات، الميوسين يربط الأكتين في هذا التشكل الممتد ثانيًا، يساعد إطلاق الفوسفات على تقلص منطقة الميوسين (S1).