סרקומר

מבנה הסרקומר

במיקרוסקופ אור נראים סיבוני שריר כעשויים מפסים של חומר בהיר וחומר כהה לסירוגין. האזורים הבהירים מכונים פסי I והאזורים הכהים מכונים פסי A, שכן כאשר משתמשים במיקרוסקופ שבמקור האור שלו יש מקטב, ומסובבים בהדרגה את מישור הקיטוב, באזורי I לא רואים שום הבדל (תכונה המכונה איזוטרופיות, באנגלית: Isotropicity), ובאזורי A רואים שינוי עם סיבוב הקיטוב (תכונה המכונה אנאיזוטרופיות, Anisotropicity). מראה הסיבונים עם הפסים הבהירים והכהים לסירוגין הקנה למבנה שריר שלד את כינויו "שריר משורטט".
בעזרת מיקרוסקופ אלקטרוני נראה שבמרכז פס I עובר קו כהה, המכונה קו Z (מגרמנית: "Zwischenscheibe" - פס הביניים). במרכז פס A קיים אזור בהיר במקצת, המכונה פס H (מגרמנית: "Heller" - בהיר), ובמרכז פס H עובר קו M (מגרמנית: "Mittel" - אמצע). כל סרקומר תחום בין שני קווי Z.
המראה הכללי של הסרקומר מעיד על מרכיביו ועל תפקודו; בסרקומר נמצאות שרשראות ארוכות של חלבונים, המכונות קורי שריר (myofilaments). בפס הבהיר יותר, פס I, נמצאות שרשראות דקות יותר המכונות קורי אקטין, ובפס הכהה, פס A, נמצאות שרשראות עבות יותר המורכבות ממיוזין. קורי האקטין מעוגנים בקו Z (המכונה גם דיסק Z) ונמשכים אל תוך הסרקומר משני צדדיו - לאורכו של פס I ואל תוך פס A עד שוליו של פס H. קורי המיוזין מעוגנים במרכזם לקו M ונמשכים לשני צדדיו של הסרקומר לרוחבו של פס A. בסרקומר במצב מנוחה, חופפים זה לזה שני סוגי הקורים בחלק מאורכם, ברובו של פס A אך לא באזור H. כאשר מתכווץ הסרקומר גדלה החפיפה בין שני סוגי הקורים, ובהתאם מתקצר אורכו של פס I וגם אורכו של אזור H, שאף עשוי להיעלם.
אורכו של סרקומר במצב מנוחה הוא כ-2 מיקרומטרים.

קור מיוזין

חלבון מיוזין בנוי משש תת-יחידות; שתיים מהתת-יחידות הן שרשראות ארוכות הכרוכות זו מסביב לזו בצורת סליל כפול. באחד מקצות הסליל הכפול נפרדות השרשראות זו מזו לשני "ראשים" שאל כל אחד מהם מחוברות שתי תת-יחידות קטנות. סך הכל, מראהו של חלבון מיוזין כולל זנב ארוך שבקצהו שני ראשים החופשיים לנוע המכונים גשרי הצלבה (cross-bridges). ראשי המיוזין הם אנזימים שביכולתם לפרק מולקולות טעונות אנרגיה (ATPase) ולהמיר את האנרגיה לתנועה.
קור מיוזין הוא פולימר של כמאתיים חלבוני מיוזין. גופו של הקור מורכב מזנבות חלבוני מיוזין משולבים יחדיו, ולאורך גופו מבצבצים ראשי המיוזין. קור המיוזין הוא סימטרי, דהיינו כיוונם של ראשי המיוזין בחציו האחד הוא הפוך מכיוונם בחציו השני. בשל הסימטריה, מרכז הקור מורכב מזנבות מיוזין בלבד ואין בו גשרי הצלבה. אורך כל קור הוא 1.6 מיקרומטר.

קור אקטין

קור אקטין בנוי משני פולימרים של אקטין הכרוכים זה סביב זה בצורת סליל כפול. לכל אורך הקור נמצאים אתרים פעילים אליהם יכולים להיקשר גשרי ההצלבה של קור המיוזין. בנוכחות מולקולות מתאימות, יוני מגנזיום ואדנוזין תלת-זרחתי (ATP), גשרי ההצלבה אכן נקשרים לאתרים על קורי האקטין ומניעים אותם. אלא שאת קור האקטין מרכיבים שני חלבונים נוספים שבמצב מנוחה של השריר מונעים את תנועת הסרקומר וכיווצו.
לאורך האקטין, סובבים את הסליל הכפול ומשולבים בו חלבונים ארוכים בשם טרופומיוזין. הטרופומיוזין מונע יצירת קשר בין אתרי הקשירה על קור האקטין לגשרי ההצלבה של קור המיוזין. על הטרופומיוזין נמצאות מולקולות נוספות בשם טרופונין. לחלבוני טרופונין שלושה אתרי קשירה, אחד מהם לאקטין, השני לטרופומיוזין והשלישי ליוני סידן. כאשר נוספים יוני סידן לתוך הסרקומר, הם נקשרים לטרופונין, תהליך היוצר שינוי מבני בטרופומיוזין החושף את אתרי הקשירה על קור האקטין. מעת שנחשפו אתרי הקשירה מתאפשרת הפעילות ההדדית בין האקטין למיוזין, קרי כיווץ הסרקומר.
אורכו של קור אקטין כמיקרומטר אחד.

התכווצות

תנאי הכרחי לפעילות סרקומר היא חשיפה של קורי השריר ליוני סידן. יונים אלו נמצאים מחוץ לתא שריר בנוזל הבין-תאי וגם בתוך התא, אצורים בתוך הרטיקולום הסרקופלזמטי (רשתית תוך-פלזמית המתמחה בשחרור ושאיבת יוני סידן) שעוטף את סיבוני השריר.
שריר מתכווץ כאשר דחף עצבי מגיע דרך עצב תנועתי אל צומת עצב-שריר. הדחף העצבי גורם לשחרור מוליך עצבי מסוג אצטיל כולין. בקרום תא השריר נמצאות תעלות יונים המופעלות על ידי האצטיל כולין ומאפשרות כניסת יוני סידן לתא. כניסת היונים באזור צומת העצב-שריר מתחילה פעולת שרשרת לאורך כל הקרום ולתוך התא ופתיחת תעלות יונים נוספות לאורכו ובתוכו, המשחררות יוני סידן לתוך סיבוני השריר ומעלה את ריכוזם פי 100.
במצב מנוחה, בהיעדר יוני סידן בסרקומר, אין תגובה בין קורי האקטין והמיוזין בשל חסימת המגע ביניהם על ידי חלבון הטרופומיוזין. כאשר נכנס לסרקומר סידן, מתחיל תהליך שבו משנה מערך הטרופומיוזין-טרופונין את תנוחתו ובכך מאפשר את החיבור בין ראשי המיוזין לקור האקטין. כאשר נוצר חיבור, ראשי המיוזין "גוררים" את קורי האקטין ומקטינים את המרחק ביניהם לקווי Z, במה שניראה מבחוץ כ"התכווצות" של הסרקומר.
לפני הכיווץ, ראש מיוזין נקשר למולקולת אדנוזין תלת-זרחתי ומפרק אותה לאדנוזין דו-זרחתי (ADP) ולקבוצת זרחה. תוצרי הפירוק נשארים מחוברים לראש המיוזין והמערכת כולה "טעונה" ומוכנה להפעלה. קשירת ראש המיוזין לאתר פעיל בקור אקטין מתחילה את שלב מתן הכוח, הראש נע לכיוון זנב המיוזין ומניע את קור האקטין לכיוון מרכז קור המיוזין (לכיוון קו M). לאחר התנועה משתחררים תוצרי פירוק האדנוזין התלת-זרחתי, מולקולה חדשה נקשרת לראש המיוזין והראש מתנתק מקור האקטין ונע בחזרה למנחו ההתחלתי, מוכן להיקשר לאתר פעיל נוסף בהמשכו של קור האקטין.
ראשי מיוזין רבים פועלים בו בזמן תוך שימוש במולקולות רבות של אדנוזין תלת-זרחתי וגורמים להתכווצות הסרקומר. בשלב מסוים של ההתכווצות, לאחר שהסרקומר הגיע לאורך הדומה לאורכו של קור המיוזין, ממשיכה ההתכווצות וגורמת לקיפול של קצוות קורי המיוזין, אך מפעילה כוח הולך ופוחת שכן מספר האתרים האפשריים להיקשרות בין קורי השריר קטן. כל סרקומר מתכווץ בסדר גודל זעיר, ורק סך התכווצויות שרשראות הסרקומרים בסיבוני השריר מביא להתכווצות הבולטת לעין של שריר שלד.
תהליך הכיווץ מסתיים עם פירוקו של האצטיל כולין הגורם להפסקת שרשרת האירועים שהכניסה סידן לקורי השריר. משאבות יונים ברטיקולום הסרקופלזמטי שואבות בהובלה פעילה את יוני הסידן מתוך קורי השריר ומערכת טרופומיוזין-טרופונין שבה ומונעת את הקשרות ראשי המיוזין לקורי האקטין. ללא כוחות מכווצים, השריר נרפה.