Valintakoe B: Lääketiede ja biotieteet
Miten lihas supistuu?
Lihas supistuu liukumismallin mukaan: myosiinisäikeiden päät tarttuvat aktiinisäikeisiin, kääntyvät ja vetävät aktiinia sarkomeerin keskustaa kohti. Säikeet eivät itse lyhene vaan liukuvat toistensa lomaan, jolloin sarkomeeri ja koko lihassolu lyhenevät. Supistuksen käynnistää solulimaan vapautuva kalsium, ja myosiinin irtoaminen ja uusi veto vaativat ATP:tä.
Sarkomeeri on lihassolun supistuva perusyksikkö kahden Z-levyn välissä. Ohuet aktiinisäikeet kiinnittyvät Z-levyihin, ja paksut myosiinisäikeet ovat keskellä. Supistuksessa Z-levyt lähestyvät toisiaan, vaalea I-vyöhyke kapenee ja tumma A-vyöhyke säilyy samanpituisena.
Liikehermon impulssi vapauttaa hermo-lihasliitoksessa asetyylikoliinia, ja lihassoluun syntyy aktiopotentiaali. Se vapauttaa kalsiumia sarkoplasmakalvostosta. Kalsium sitoutuu troponiiniin, joka siirtää tropomyosiinin pois aktiinin sitoutumiskohdista, ja myosiini pääsee kiinni aktiiniin.
ATP:n sitoutuminen irrottaa myosiinin aktiinista, ja ATP:n hajoaminen virittää myosiinin pään uuteen vetoon. Rentoutuminen vaatii, että kalsium pumpataan takaisin sarkoplasmakalvostoon, ja tämäkin kuluttaa ATP:tä. Kuoleman jälkeen ATP loppuu, myosiini jää kiinni aktiiniin ja lihakset jäykistyvät.
Kaava
I-vyöhykkeiden yhteispituus sarkomeerissa = sarkomeerin pituus − A-vyöhykkeen pituus
Esimerkki
Sarkomeeri lyhenee 2,5 µm:stä 2,0 µm:iin. A-vyöhyke eli myosiinisäikeen pituus on 1,6 µm. Miten A- ja I-vyöhykkeet muuttuvat? Kuinka paljon lihassyy lyhenee, jos siinä on peräkkäin 10 000 sarkomeeria?
- A-vyöhyke pysyy 1,6 µm:nä, koska myosiinisäikeet eivät lyhene.
- I-vyöhykkeiden yhteispituus sarkomeerissa: ennen 2,5 − 1,6 = 0,9 µm, jälkeen 2,0 − 1,6 = 0,4 µm.
- Yksi sarkomeeri lyhenee 0,5 µm, joten 10 000 sarkomeeria lyhenee yhteensä 10 000 · 0,5 µm = 5 000 µm = 5 mm.
Tyypillinen virhe
Tavallinen väite on, että aktiini ja myosiini lyhenevät supistuksessa. Säikeiden pituus säilyy, ja lyheneminen johtuu niiden limittymisestä. Tämän näkee siitä, että A-vyöhykkeen leveys ei muutu.
Valintakokeessa B
Tuki- ja liikuntaelimistö kuuluu lukion biologiaan, ja valintakoe B arvioi tiedon soveltamista. Supistuksen vaiheet kannattaa osata ketjuna, jotta pystyy päättelemään, mitä tapahtuu, kun myrkky tai lääke katkaisee ketjun jossakin kohdassa.
Missä kurssissa tämä opetetaan
SmartVK:n valintakoe B -kurssin luvussa 23: Tuki- ja liikuntaelimistö: luusto, lihas ja supistuminen. Katso kurssin sisältö.
Kysymyksiä
Mikä on kalsiumin tehtävä lihassupistuksessa?
Levossa tropomyosiini peittää aktiinin sitoutumiskohdat, eikä myosiini pääse tarttumaan. Kun kalsiumia vapautuu sarkoplasmakalvostosta, se sitoutuu troponiiniin, joka siirtää tropomyosiinin sivuun. Supistus jatkuu niin kauan kuin kalsiumia on solulimassa, ja se päättyy, kun kalsium pumpataan takaisin.
Miksi kuolonkankeus syntyy?
Myosiinin pää irtoaa aktiinista vain, kun siihen sitoutuu ATP-molekyyli. Kuoleman jälkeen solujen ATP loppuu, joten myosiini jää kiinni aktiiniin ja lihakset jäykistyvät. Jäykkyys hellittää myöhemmin, kun lihasproteiinit alkavat hajota. Kuolonkankeus osoittaa, että myös lihaksen rentoutuminen vaatii energiaa.