MYOFIBRILS: KARAKTERISTIK, STRUKTUR, KOMPOSISI, FUNGSI - BIOLOGI - 2025

The myofibrils adalah unit struktural sel-sel otot, juga dikenal sebagai serat otot. Mereka sangat melimpah, mereka diatur secara paralel dan disematkan oleh sitosol sel-sel ini.

Sel otot lurik atau serabut adalah sel yang sangat panjang, berukuran panjang hingga 15 cm dan diameter 10 hingga 100 μm. Membran plasma dikenal sebagai sarcolemma dan sitosolnya disebut sarcoplasm.

Diagram struktur otot manusia (Sumber: Deglr6328 ~ commonswiki, via Wikimedia Commons)

Di dalam sel-sel ini terdapat, selain miofibril, beberapa nuklei dan mitokondria yang dikenal sebagai sarkosom, serta retikulum endoplasma yang menonjol yang dikenal sebagai retikulum sarkoplasma.

Myofibril dikenal sebagai "elemen kontraktil" otot pada hewan vertebrata. Mereka terdiri dari beberapa jenis protein yang memberi mereka karakteristik elastis dan dapat ditarik. Selain itu, mereka menempati bagian penting dari sarkoplasma serat otot.

Perbedaan antara serat otot

Ada dua jenis serabut otot: serabut lurik dan serabut halus, masing-masing dengan distribusi anatomis dan fungsi tertentu. Miofibril sangat penting dan terbukti dalam serat otot lurik yang membentuk otot rangka.

Serat lurik menampilkan pola pita transversal yang berulang jika dilihat di bawah mikroskop dan berhubungan dengan otot rangka dan bagian dari otot jantung.

Serat halus, sebaliknya, tidak menunjukkan pola yang sama di bawah mikroskop dan ditemukan di otot karakteristik pembuluh darah dan sistem pencernaan (dan semua organ dalam).

Karakteristik umum

Miofibril terdiri dari dua jenis filamen kontraktil (juga dikenal sebagai miofilamen), yang pada gilirannya terdiri dari protein berfilamen miosin dan aktin, yang akan dijelaskan nanti.

Representasi grafis myofibril di otot rangka (Sumber: Dimodifikasi dari BruceBlaus melalui Wikimedia Commons)

Peneliti yang berbeda telah menentukan bahwa waktu paruh protein kontraktil myofibril berkisar dari 5 hari hingga 2 minggu, sehingga otot adalah jaringan yang sangat dinamis, tidak hanya dari sudut pandang kontraktil, tetapi juga dari sudut pandang sintesis dan pembaruan. elemen strukturalnya.

Unit fungsional dari setiap miofibril dalam sel otot atau serat disebut sarkomer dan dibatasi oleh daerah yang dikenal sebagai "pita atau garis Z", dari mana miofilamen aktin memanjang dalam urutan paralel.

Karena miofibril menempati sebagian besar sarkoplasma, struktur berserat ini membatasi lokasi inti sel tempat mereka berada di pinggiran sel, dekat dengan sarcolemma.

Beberapa patologi manusia terkait dengan perpindahan inti ke bagian dalam bundel myofibrillar, dan ini dikenal sebagai miopati sentro-nuklir.

Pembentukan myofibril atau "myofibrillogenesis"

Myofibril pertama berkumpul selama perkembangan otot rangka embrionik.

Protein yang menyusun sarkomer (unit fungsional miofibril) awalnya disejajarkan dari ujung dan sisi beberapa "premiofibril" yang terdiri dari filamen aktin dan sebagian kecil miosin II non-otot dan α-aktin spesifik otot.

Saat ini terjadi, gen yang mengkode isoform jantung dan tulang dari α-aktin diekspresikan dalam proporsi yang berbeda dalam serat otot. Pertama jumlah isoform jantung yang diekspresikan lebih besar dan kemudian ini berubah ke arah kerangka.

Setelah pembentukan premiofibril, myofibril yang baru lahir berkumpul di belakang zona pembentukan premiofibril dan di sini bentuk otot myosin II terdeteksi.

Pada titik ini, filamen miosin sejajar dan kompleks dengan protein pengikat miosin spesifik lainnya, yang juga terjadi pada filamen aktin.

Struktur dan komposisi

Seperti disebutkan beberapa saat yang lalu, myofibril terdiri dari myofilaments protein kontraktil: aktin dan miosin, yang juga dikenal sebagai miofilamen tipis dan tebal. Ini terlihat di bawah mikroskop cahaya.

- Miofilamen tipis

Filamen tipis miofibril terdiri dari aktin protein dalam bentuk filamennya (aktin F), yang merupakan polimer bentuk bola (aktin G), yang ukurannya lebih kecil.

Untaian filamen G-aktin (F-aktin) membentuk untai ganda yang menggulung menjadi heliks. Masing-masing monomer ini memiliki berat kurang lebih 40 kDa dan mampu mengikat miosin di tempat tertentu.

Filamen ini berdiameter sekitar 7 nm dan berada di antara dua area yang dikenal sebagai pita I dan pita A. Pada pita A, filamen ini terletak di sekitar filamen tebal dalam susunan heksagonal sekunder.

Secara khusus, setiap filamen tipis dipisahkan secara simetris dari tiga filamen tebal, dan setiap filamen tebal dikelilingi oleh enam filamen tipis.

Filamen tipis dan tebal berinteraksi satu sama lain melalui “jembatan silang” yang menonjol dari filamen tebal dan muncul dalam struktur miofibril dengan interval jarak yang teratur mendekati 14 nm.

Representasi skematis dari myofilaments yang membentuk myofibril dan penampang melintangnya (Sumber: Kamran Maqsood 93 via Wikimedia Commons)

Filamen aktin dan protein terkait lainnya melampaui "tepi" garis Z dan tumpang tindih dengan filamen miosin ke arah pusat setiap sarkomer.

- Myofilaments tebal

Filamen tebal adalah polimer dari protein myosin II (masing-masing 510 kDa) dan dibatasi oleh daerah yang dikenal sebagai "pita A".

Miofilamen miosin memiliki panjang sekitar 16 nm dan disusun dalam susunan heksagonal (jika terlihat penampang melintang dari miofibril).

Setiap filamen miosin II terdiri dari banyak molekul miosin, masing-masing terdiri dari dua rantai polipeptida yang memiliki daerah berbentuk klub atau "kepala" dan yang disusun dalam "bundel" untuk membentuk filamen.

Kedua bundel ditahan di ujungnya di tengah setiap sarkomer, sehingga "kepala" dari setiap miosin diarahkan ke garis Z, di mana filamen tipis dipasang.

Kepala myosin memenuhi fungsi yang sangat penting, karena memiliki tempat pengikatan untuk molekul ATP dan, sebagai tambahan, selama kontraksi otot, mereka mampu membentuk jembatan silang untuk berinteraksi dengan filamen aktin tipis.

- Protein terkait

Filamen aktin "berlabuh" atau "dipasang" ke membran plasma serat otot (sarcolemma) berkat interaksinya dengan protein lain yang dikenal sebagai distrofin.

Selain itu, ada dua protein pengikat aktin penting yang dikenal sebagai troponin dan tropomiosin yang, bersama-sama dengan filamen aktin, membentuk kompleks protein. Kedua protein tersebut penting untuk pengaturan interaksi yang terjadi antara filamen tipis dan tebal.

Tropomiosin juga merupakan molekul beruntai dua dan berserabut yang berasosiasi dengan heliks aktin secara khusus di wilayah alur antara dua untai. Troponin adalah kompleks protein globular tripartit yang disusun dalam interval pada filamen aktin.

Fungsi kompleks terakhir ini sebagai "sakelar" yang bergantung pada kalsium yang mengatur proses kontraksi serat otot, itulah sebabnya mengapa ini sangat penting.

Selain itu, pada otot lurik hewan vertebrata, terdapat dua protein lain yang berinteraksi dengan filamen tebal dan tipis, yang masing-masing dikenal sebagai titin dan nebulin.

Nebulin memiliki fungsi penting dalam mengatur panjang filamen aktin, sementara titin berperan serta dalam mendukung dan mengikat filamen miosin di daerah sarkomer yang dikenal sebagai garis M.

Protein lainnya

Ada protein lain yang berasosiasi dengan miofilamen tebal yang dikenal sebagai protein pengikat myosin C dan myomesin, yang bertanggung jawab untuk fiksasi filamen miosin di garis M.

fitur

Myofibril memiliki implikasi dasar untuk kapasitas pergerakan hewan vertebrata.

Karena mereka dibentuk oleh kompleks protein berserat dan kontraktil dari alat otot, ini penting untuk melaksanakan respons terhadap rangsangan saraf yang mengarah pada pergerakan dan perpindahan (pada otot lurik rangka).

Sifat dinamis yang tak terbantahkan dari otot rangka, yang terdiri lebih dari 40% berat badan, diberikan oleh miofibril yang, pada saat yang sama, memiliki antara 50 dan 70% protein dalam tubuh manusia.

Myofibril, sebagai bagian dari otot-otot ini, berpartisipasi dalam semua fungsinya:

- Mekanis : mengubah energi kimia menjadi energi mekanik untuk menghasilkan gaya, mempertahankan postur, menghasilkan gerakan, dll.

- Metabolik : karena otot berpartisipasi dalam metabolisme energi basal dan berfungsi sebagai tempat penyimpanan zat dasar seperti asam amino dan karbohidrat; itu juga berkontribusi pada produksi panas dan konsumsi energi dan oksigen yang digunakan selama aktivitas fisik atau latihan olahraga.

Karena miofibril sebagian besar terdiri dari protein, mereka mewakili tempat penyimpanan dan pelepasan asam amino yang berkontribusi pada pemeliharaan kadar glukosa darah selama puasa atau kelaparan.

Selain itu, pelepasan asam amino dari struktur otot ini penting dari sudut pandang kebutuhan biosintesis jaringan lain seperti kulit, otak, jantung, dan organ lainnya.

Referensi

1. Despopoulos, A., & Silbernagl, S. (2003). Color Atlas of Physiology (edisi ke-5). New York: Tema.
2. Friedman, AL, & Goldman, YE (1996). Karakterisasi mekanis otot rangka myofibril. Jurnal Biofisik, 71 (5), 2774–2785.
3. Frontera, WR, & Ochala, J. (2014). Otot Rangka: Tinjauan Singkat tentang Struktur dan Fungsi. Calcif Tissue Int, 45 (2), 183–195.
4. Goldspink, G. (1970). Proliferasi Myofibril selama pertumbuhan serat otot. J. Sel Sct. , 6, 593-603.
5. Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Harper's Illustrated Biochemistry (edisi ke-28). McGraw-Hill Medical.
6. Rosen, JN, & Baylies, MK (2017). Myofibril memberikan tekanan pada nukleus. Nature Cell Biology, 19 (10).
7. Sanger, J., Wangs, J., Fan, Y., White, J., Mi-Mi, L., Dube, D.,… Pruyne, D. (2016). Perakitan dan Pemeliharaan Myofibril di Otot Lurik. Dalam Buku Pegangan Farmakologi Eksperimental (p. 37). New York, AS: Springer International Publishing Switzerland.
8. Sanger, JW, Wang, J., Fan, Y., White, J., & Sanger, JM (2010). Majelis dan Dinamika Myofibril. Jurnal Biomedis dan Bioteknologi, 2010, 8.
9. Sobieszek, A., & Bremel, R. (1975). Persiapan dan Sifat Mulus Vertebrata - Otot Myofibril dan Actomyosin. European Journal of Biokimia, 55 (1), 49-60.
10. Villee, C., Walker, W., & Smith, F. (1963). General Zoology (edisi ke-2nd). London: Perusahaan Saunders WB.