آلية عمل “العضلات” داخل جسم الإنسان

2013 آلات الحياة

د.ديفيد س. جودسل

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

العضلات آلية عمل العضلات داخل جسم الإنسان البيولوجيا وعلوم الحياة

إن كل ما تقوم به من حركات الآن _ مثل مسك هذا الكتاب بين يديك، وتحريك عينيك لقراءة صفحاته، ووضع ظهرك ورقبتك في إتجاه ثابت أثناء جلوسك _ هي حركات تستمد الطاقة اللازمة للقيام بها بواسطة الميوسين (Myosin).

فالميوسين هو عضلة جزيئية متناهية الصغر تستخدم الطاقة الكيميائية في مركب الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) لأداء حركة مقصودة. فمع كل جزىء ATP يقوم الميوسين بتكسيره، فإنه يستطيع أداء حركة انثناء قوية.

وتكفي دفعة حركية واحدة من هذا النوع لتحريك جزيء واحد بضعة نانومترات. 

 

ولكن مع قيام العديد من جزيئات الميوسين (والتي قد يصل عددها إلى 10 19 جزىء في العضلات كبيرة الحجم) بالعديد من الدفعات الحركية فإن ذلك يؤدي إلى رفع جسمك بالكامل.

تحتوي خلايانا العضلية على القسيمات العضلية (Sarco–meres)، وهي محركات جزيئية تتركب من الميوسين والأكتين (شكلا  4.6 ، 5.6).

 

شكل 4.6 انقباض القسيمات العضلية: تتركب القسيمات العضلية من شعيرات الميوسين، الموضحة في المنتصف باللون الأحمر والتي يتخللها شعيرات الأكتين في صورة أصبعية (موضحة باللون الأزرق).

وتعمل محركات الميوسين المتصلة بكل من نهايتي شعيرات الأكتين على إحداث انقباض  للقسيم العضلي. كما يعمل البروتين المرن كبير الحجم والمسمى تيتن (Titin) والذي يظهر في الصورة متعرّجاً وباللون الأصفر على المحافظة على المحاذاة المناسبة بين شعيرات الأكتين والميوسين.

 

شكل 5.6 الأكتين والميوسين: تتولد القوة اللازمة لانقباض العضلات بواسطة العديد من محركات الميوسين التي تمتد من شعيرة الميوسين(باللون الأحمر).

حيث تعمل هذه المحركات على استخدام الطاقة الناتجة من جزيئات ATP في الوصول إلى الأكتين(باللون الأزرق) وسحبه خطوة صغيرة واحدة إلى الأمام.

وتعمل جزيئات التروبوميوسين (Tropomyosin)، الملفوفة حول شعيرة الأكتين، على التحكم في هذه العملية (قوة التكبير: مليون مرة).

 

وتعمل القسيمات العضلية على دمج الحركات الطفيفية لجزيئات الميوسين معاً لخلق حركات على مستوى أكبر.

وفي كل قسيم عضلي، تترتب شعيرات الأكتين والميوسين جنباً إلى جنب، بحيث تزحف جزيئات الميوسين على إمتداد الأكتين.

ويمكن لكل قسيم أن ينقبض لمسافة تعادل 1 ميكرون تقريباً _ وهذا يمثل 60% من طولها _ ولكن عند تجمع 10 آلاف قسيم عضلي فوق بعضها البعض في خلية عضلية طويلة، فإن الإنقباض قد يحدث لمسافة تكفي لتحريك ذراعك.

 

ونظراً لأن العضلات تقوم بتوليد قدرٍ عالٍ من القوة، فإن كل قسيم عضلي يجب أن يتمتع بالمتانة التركيبية.

ولذلك فإن شعيرات الأكتين يتم ربطها مع بعضها بواسطة شبكة من البروتينات عند نهاية كل قسيم عضلي، كما أن شعيرات الميوسين يتم ربطها مع بعضها بواسطة شبكة ثانية من البروتينات وذلك عند مراكز هذه الشعيرات.

 

كما يتم دمج القسيم العضلي بكامله بواسطة بروتين ضخم يسمى تيتن (Titin)، والذي يعمل كقطعة مطاطية تربط جهاز الأكتين بجهاز الميوسين.

ونظراً لمرونة هذا البروتين وقابليته للمط، فإنه لا يعيق عمليات انقباض وانبساط العضلات، ولكنه في نفس الوقت يسمح بحركة محدودة تكفي للمحافظة على الشعيرات في وضع محاذاة مناسب، بما يضمن تشغيل المحرك العضلي بكامله بسلاسة.

 

يجب أن يتم التحكم وبعناية في القسيم العضلي بحيث يحدث الانقباض بسلاسة على امتداد الليفة العضلة بكاملها.

ويتم التحكم في انقباض العضلات بواسطة مستوى الكالسيوم في الخلية العضلية. حيث يتم تحزين الكالسيوم في حجيرات خاصة ويتم إطلاقه عند حاجة الخلية للانقباض.

 

وينتشر الكالسيوم بسرعة خلال القسيمات العضلية بكاملها، وهذا يحفز حدوث تغير في جزيئات التروبونين (Troponin) المرتبطة بالأكتين، ويؤدي ذلك إلى الكشف عن مواقع لارتباط الميوسين، والبدء في موجة من الانقباض. وبانتهاء هذا الانقباض، تعمل مضخات الكالسيوم البروتينية على نقل الكالسيوم وإعادته للتخزين، بما يؤدي إلى إسترخاء الخلية.

وتحدث العملية بكاملها بشكل سريع ولافت للنظر – فكر في قلبك (وهو عبارة عن عضلات) وهو ينبض من خلال هذه الدورة المتكررة من إفراز الكالسيوم ثم تخزينه وذلك كل ثانية، وباستمرار لعقود من الزمن.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]