ফিলামেন্ট ছোট না হয়েও পেশি কীভাবে ছোট হয়

সিমুলেশনটি কীভাবে ব্যবহার করবে

1. সারকোমিয়ারকে বিশ্রামের দৈর্ঘ্যে রেখে নিচের চার্টে তিনটি ব্যান্ড দেখুন: A ব্যান্ড ১.৬ µm, I ব্যান্ড ০.৯ µm আর H অঞ্চল ০.৫ µm। লেবেল চালু আছে, তাই ছবির প্রতিটি অংশের নাম দেখা যাচ্ছে।
2. সংকোচন চাপুন। ক্যালসিয়াম চালু হয়, প্রতিটি সরু ফিলামেন্টের পাশের বেগুনি সুতোটি সরে যায়, ওভারল্যাপ অঞ্চলের মায়োসিন মাথাগুলো চক্র শুরু করে আর দুটি Z রেখা পরস্পরের দিকে এগিয়ে আসে।
3. বারগুলোর দিকে নজর রাখুন। সারকোমিয়ার বার, I ব্যান্ড বার আর H অঞ্চল বার ছোট হয়, কিন্তু A ব্যান্ডের বার একটুও নড়ে না। এই একটি পর্যবেক্ষণই স্লাইডিং ফিলামেন্ট তত্ত্ব।
4. সংকোচনের মাঝপথে ক্যালসিয়াম আয়ন উপস্থিত বন্ধ করে দিন। সুতোটি আবার বাঁধন-স্থানের ওপর ফিরে আসে, মাথাগুলো ছেড়ে দেয় আর পেশি টানা বন্ধ করে। ধাপের রিডিংয়ে লেখা আসে বিশ্রাম।
5. ক্যালসিয়াম চালু রেখে ATP উপস্থিত বন্ধ করুন। মাথাগুলো অ্যাকটিনে আটকে থাকে, ছাড়তে পারে না: এটাই রাইগর, রাইগর মর্টিসেরও একই অবস্থা। ATP আবার চালু করলে চক্র চলতে শুরু করে।
6. সারকোমিয়ারের দৈর্ঘ্যের স্লাইডার ডান প্রান্তে টেনে নিন। সরু ফিলামেন্ট মোটা ফিলামেন্টের ভেতর থেকে বেরিয়ে এলে আপেক্ষিক বলের রিডিং শূন্যের দিকে নামে। আবার বাঁয়ে ২.০ µm-এর নিচে নিলে ফিলামেন্টগুলো ঠাসাঠাসি হয়ে বল আবার কমে।

চালের বস্তার ধাঁধা

মেঝে থেকে চালের বস্তা তুলে রান্নাঘরের তাকে রাখলেন। বাইসেপ ফুলে উঠল, কনুই ভাঁজ হলো, বস্তা উঠে গেল। পেশি ছোট ও মোটা হলো, আর সেটা হলো এক সেকেন্ডের মতো সময়ে। কীভাবে হলো, এই প্রশ্ন জীববিজ্ঞানীদের অনেক দিন ধাঁধায় ফেলে রেখেছিল।

সহজ অনুমান হতে পারে, পেশি লম্বা অণু-দড়ি দিয়ে তৈরি, আদেশ পেলে স্প্রিংয়ের মতো গুটিয়ে যায়। এই অনুমান ভুল, আর যে পরীক্ষা এটা ভুল প্রমাণ করেছে সেটা চমৎকার। মাইক্রোস্কোপে সংকুচিত পেশির ব্যান্ডগুলো সব ছোট হয় না। একটি গাঢ় ব্যান্ড ঠিক একই চওড়া থাকে। তার দুই পাশের হালকা ব্যান্ড সরু হয়, আর গাঢ় ব্যান্ডের মাঝের ফ্যাকাসে ফালিটি বুজে যায়।

১৯৫৪ সালে দুটি দল, হিউ হাক্সলি ও জিন হ্যানসন এবং অ্যান্ড্রু হাক্সলি ও রলফ নিডারগার্কে, একসঙ্গে এর ব্যাখ্যা দেন। পেশি তৈরি হয় দুই সেট ফিলামেন্ট পরস্পরের ফাঁকে ফাঁকে বসে, আর সংকোচন মানে সেই দুই সেটের একে অন্যের গা ঘেঁষে সরে যাওয়া, যেন দুটি চিরুনি ঠেলে ঢুকিয়ে দেওয়া হচ্ছে। কোনো সেটই ছোট হয় না।

এই পাতায় আপনি সেই যন্ত্রটি চালাতে পারবেন। সারকোমিয়ার সংকুচিত করবেন, ব্যান্ডের বদল দেখবেন, ক্যালসিয়াম বা ATP সরিয়ে ব্যবস্থাটা অচল করবেন, আর হিসাব করবেন পেশি ছোট করতে একটি মায়োসিন মাথাকে কতবার টান দিতে হয়।

পেশি থেকে সারকোমিয়ার: জুম করার সিঁড়ি

রেখা-পেশি দেখতে এক টুকরো মাংসের মতো, কিন্তু আসলে আটির ভেতরে আটি। ধাপে ধাপে জুম করলে গঠনটা পরিষ্কার হয়ে যায়।

• গোটা পেশি (যেমন বাইসেপ) যোজক কলায় মোড়া এবং ফ্যাসিকল নামের আটি দিয়ে তৈরি।
• প্রতিটি ফ্যাসিকলে থাকে অনেকগুলো পেশি তন্তু। একেকটি তন্তু বহু নিউক্লিয়াসওয়ালা একটি বিশাল কোষ, লম্বায় কয়েক সেন্টিমিটার পর্যন্ত হতে পারে।
• প্রতিটি তন্তু দৈর্ঘ্য বরাবর ছড়ানো দণ্ডাকার মায়োফাইব্রিলে ঠাসা, যার পুরুত্ব কয়েক মাইক্রোমিটার।
• প্রতিটি মায়োফাইব্রিল একই রকম একক সারকোমিয়ারের শিকল, মাথায় মাথায় জোড়া। ছোট হওয়ার কাজটা এই একক করে।
• প্রতিটি সারকোমিয়ারে দুই ধরনের প্রোটিন ফিলামেন্ট থাকে: অ্যাকটিনের সরু ফিলামেন্ট, প্রায় ১.০ µm লম্বা, আর মায়োসিনের মোটা ফিলামেন্ট, ১.৬ µm লম্বা।

আগে যে শব্দগুলো জানা দরকার

এই অধ্যায়ের বেশির ভাগ নম্বর আসে সংজ্ঞা আর চিহ্নিত চিত্র থেকে। প্রতিটি পদ তার জোড়ার সঙ্গে মিলিয়ে শিখুন, কারণ পরীক্ষক জোড়া ধরে প্রশ্ন করতে ভালোবাসেন।

সারকোমিয়ারের ব্যান্ড পড়া

মাইক্রোস্কোপে সারকোমিয়ারে গাঢ় আর হালকা ব্যান্ড পালা করে দেখা যায়। প্রতিটি ব্যান্ড আসলে একটা অঞ্চল, যেখানে ফিলামেন্ট হয় ওভারল্যাপ করে, নয়তো করে না। স্লাইডিং ফিলামেন্ট তত্ত্ব আপনার কাছে অর্থবহ হবে কি না, তা এই অংশই ঠিক করে দেয়, তাই ধীরে পড়ুন।

A ব্যান্ড (গাঢ়) মোটা ফিলামেন্টের সমান লম্বা, ১.৬ µm। এতে মোটা ফিলামেন্ট আছে এবং তাতে ঢুকে পড়া সরু ফিলামেন্টও আছে। I ব্যান্ডে (হালকা) শুধু সরু ফিলামেন্ট থাকে, অর্থাৎ সারকোমিয়ারের যে অংশ A ব্যান্ড নয়, সেটাই I ব্যান্ড। H অঞ্চল হলো A ব্যান্ডের মাঝখানের ফ্যাকাসে অংশ, যেখানে শুধু মোটা ফিলামেন্ট আছে, আর M রেখা এর ভেতর দিয়ে গেছে।

স্লাইডিং ফিলামেন্ট মডেল সহজ ভাষায়

দুটি চিরুনি মুখোমুখি রাখুন, দাঁতগুলো পরস্পরের ফাঁকে। চিরুনি দুটি ঠেলে কাছে আনলে পুরো জিনিসটা ছোট হয়, কিন্তু একটি দাঁতও ছোট হয় না। চিরুনি হলো সরু ফিলামেন্টসহ Z রেখা, আর মাঝখানের দাঁতগুলো মোটা ফিলামেন্ট।

সারকোমিয়ারে সরু ফিলামেন্টগুলো দুই Z রেখা থেকে ঝোলে, আর মোটা ফিলামেন্টগুলো মাঝখানে M রেখায় ধরা থাকে। প্রতিটি মোটা ফিলামেন্ট থেকে মায়োসিনের মাথা সরু ফিলামেন্টের দিকে বেরিয়ে আছে। মাথাগুলো অ্যাকটিন ধরে বেঁকে গেলে সরু ফিলামেন্টকে M রেখার দিকে টেনে আনে। Z রেখা কাছে আসে, ফলে সারকোমিয়ার ২.৫ µm থেকে ২.০ µm-এর দিকে ছোট হয়।

কী ছোট হচ্ছে তা খেয়াল করুন। I ব্যান্ড ছোট হয় কারণ সরু ফিলামেন্ট A ব্যান্ডের ভেতরে ঢুকে যায়। H অঞ্চল ছোট হয় কারণ সরু ফিলামেন্টের ডগা দুটি পরস্পরের দিকে এগোয়। মোটা বা সরু, কোনো ফিলামেন্টেরই দৈর্ঘ্য বদলায় না।

এবার গুণ করুন। একটি মায়োফাইব্রিলে হাজার হাজার সারকোমিয়ার সারিবদ্ধ, আর একটি তন্তুতে শত শত মায়োফাইব্রিল পাশাপাশি। প্রতিটি সারকোমিয়ার একটু করে ছোট হলে পুরো পেশি অনেকখানি ছোট হয়।

ক্রস-ব্রিজ চক্র, ধাপে ধাপে

একটি মায়োসিন মাথা প্রতিবার কাজ করে সরু ফিলামেন্টকে মাত্র কয়েক ন্যানোমিটার সরায়। পেশির শক্তি আসে হাজার হাজার মাথা একসঙ্গে একই চার ধাপের চক্র পুনরাবৃত্তি করা থেকে। সিমুলেশন ওভারল্যাপ অঞ্চলের মাথাগুলোতে এই চক্র দেখায়; মাথা নড়ার সঙ্গে সঙ্গে বর্তমান ধাপের রিডিং লক্ষ করুন।

ক্যালসিয়াম ও ATP: দুটি সুইচ

বিশ্রামে থাকা পেশি এমনি এমনি শিথিল নয়। চক্র চলার আগে দুটি জিনিস থাকা চাই, আর সিমুলেশনে আপনি যেকোনো একটি সরিয়ে দিতে পারেন।

প্রথমে ক্যালসিয়াম। বিশ্রামে ট্রপোমায়োসিনের সুতো অ্যাকটিনের বাঁধন-স্থানের ওপর পড়ে থাকে, ফলে মাথাগুলোর ধরার মতো কিছু থাকে না। স্নায়ু আবেগ নিউরোমাসকুলার জাংশন দিয়ে পেশি তন্তুতে পৌঁছায়, তন্তুর পর্দা উত্তেজিত হয়, আর সার্কোপ্লাজমিক রেটিকুলাম কোষে ক্যালসিয়াম আয়ন ছেড়ে দেয়। ক্যালসিয়াম ট্রপোনিনের সঙ্গে যুক্ত হয়, ট্রপোনিন ট্রপোমায়োসিনকে সরিয়ে দেয়, আর স্থানগুলো খুলে যায়। ক্যালসিয়াম আবার পাম্প করে ফেরত পাঠালে স্থানগুলো আবার ঢেকে যায়।

দ্বিতীয়ত ATP। ATP-র দুটি কাজ: ভাঙলে মাথা প্রস্তুত হয়, আর নতুন করে যুক্ত হলে মাথা অ্যাকটিন থেকে ছাড়া পায়। ATP না থাকলে মাথা লাগে কিন্তু ছাড়তে পারে না, তাই পেশি শক্ত হয়ে যায়। এটাই রাইগর, আর মৃত দেহ শক্ত হওয়ার কারণও এটাই: ATP তৈরি বন্ধ হয়, পাম্প থেমে যায়, রেটিকুলাম থেকে ক্যালসিয়াম চুঁইয়ে বের হয়, আর প্রোটিন ভাঙতে শুরু না করা পর্যন্ত মাথাগুলো অ্যাকটিনে আটকে থাকে।

• স্নায়ু আবেগ নিউরোমাসকুলার জাংশনে পৌঁছায় (অ্যাসিটাইলকোলিন নির্গত হয়)।
• আবেগ তন্তুর পর্দা বেয়ে কোষের ভেতরে ছড়িয়ে পড়ে।
• সার্কোপ্লাজমিক রেটিকুলাম থেকে ক্যালসিয়াম নির্গত হয়।
• ক্যালসিয়াম ট্রপোনিনের সঙ্গে যুক্ত হয়, ট্রপোমায়োসিন সরে যায়, বাঁধন-স্থান খুলে যায়।
• ক্যালসিয়াম ও ATP যতক্ষণ থাকে ততক্ষণ ক্রস-ব্রিজ চক্র চলে।
• ক্যালসিয়াম পাম্প করে ফেরত যায়, স্থান বন্ধ হয়, পেশি শিথিল হয়।

সারকোমিয়ার কত লম্বা, আর কত জোরে টানতে পারে?

বল নির্ভর করে কতগুলো মাথা অ্যাকটিনের নাগাল পায় তার ওপর, আর সেটা নির্ভর করে ফিলামেন্টের ওভারল্যাপের ওপর। সারকোমিয়ার এতটা টেনে লম্বা করা হলে যে সরু ও মোটা ফিলামেন্ট প্রায় ছোঁয়াই না, তখন ক্রস-ব্রিজ প্রায় নেই, বলও প্রায় নেই। প্রায় ২.০ থেকে ২.২ µm-এ ওভারল্যাপ পূর্ণ এবং বল সর্বোচ্চ। সারকোমিয়ার অনেক ছোট করে ফেললে সরু ফিলামেন্টগুলো মাঝখানে একে অন্যকে ছাড়িয়ে ঠাসাঠাসি করে আর মোটা ফিলামেন্ট Z রেখায় ধাক্কা খায়, ফলে বল আবার কমে।

সিমুলেশনে বিশ্রামের দৈর্ঘ্য ২.৫ µm-এ আপেক্ষিক বল সর্বোচ্চের ৭৯ %। আপেক্ষিক বলের রিডিং দিয়ে যাচাই করতে পারেন: ২.১ µm-এ ১০০ %, ৩.০ µm-এ ৪৫ %, আর ৩.২ µm-এ মাত্র ৩১ % বাকি থাকে। বক্ররেখাটি আদর্শায়িত, কিন্তু আকারটি আসল।

সিমুলেশনে নিজে করে দেখুন

দশ মিনিট এগুলোতে দিন। প্রতিটি পরীক্ষকের করতে পারা একটি প্রশ্ন, যার উত্তর আপনি চিত্র থেকেই দেখতে পাবেন।

• ডিফল্ট অবস্থায় সংকোচন চাপুন। কোন দুটি ব্যান্ড ছোট হয় আর কোনটি নড়ে না?
• সংকোচনের মাঝে থামান এবং বর্তমান ধাপের রিডিং দেখে ক্রস-ব্রিজ চক্রের ধাপটির নাম বলুন। আবার চালান আর বদলাতে দেখুন।
• সংকোচনের সময় ক্যালসিয়াম আয়ন উপস্থিত বন্ধ করুন। মাথাগুলো কী করে, সারকোমিয়ারের কী হয়?
• ক্যালসিয়াম চালু রেখে ATP উপস্থিত বন্ধ করুন। ধাপের রিডিং কী বলে, আর পেশি শিথিল হয় না কেন?
• সারকোমিয়ারের দৈর্ঘ্য ২.০ µm-এ টানুন। H অঞ্চল এখন কত?
• ৩.৪ µm-এ টানুন। আপেক্ষিক বল ২.১ µm-এর মানের সঙ্গে কেমন তুলনা হয়?
• লেবেল লুকিয়ে Z রেখা, M রেখা, A ব্যান্ড, I ব্যান্ড ও H অঞ্চলের নাম মুখস্থ বলুন, তারপর দেখিয়ে মিলিয়ে নিন।

সমাধান করা অঙ্ক

প্রতিটি সমাধানে আগে নিয়ম, তারপর সংখ্যা বসানো হয়েছে, পরীক্ষার খাতায় ঠিক এই ক্রমেই লিখবেন। প্রতিটি সংখ্যা সেই একই কোড দিয়ে হিসাব করা, যা সিমুলেশন চালায়।

সাধারণ ভুল

প্রতি বছর এই ভুলগুলোতেই নম্বর কাটা যায়।

• ফিলামেন্ট ছোট হয় বলা। হয় না; সরে যায়। A ব্যান্ডই তার প্রমাণ।
• A ব্যান্ড ছোট হয় বলা। I ব্যান্ড ও H অঞ্চল ছোট হয়, A ব্যান্ড হয় না।
• ATP শুধু পেশি সংকুচিত করতে লাগে বলে লেখা। মাথা ছাড়তে এবং ক্যালসিয়াম পাম্প চালাতেও ATP লাগে।
• ভুলে যাওয়া যে ক্যালসিয়াম কাজ করে ট্রপোনিনের ওপর, আর ট্রপোনিন ট্রপোমায়োসিনকে সরায়। ক্যালসিয়াম সরাসরি অ্যাকটিনে লাগে না।
• Z রেখা আর M রেখা গুলিয়ে ফেলা। Z রেখা সারকোমিয়ারের দুই প্রান্তে; M রেখা মাঝখানে।
• সরু ফিলামেন্টকে M রেখায় আটকানো আঁকা। ওরা ঝোলে Z রেখা থেকে।

বাস্তব জীবনে কোথায় দেখবেন

রাইগর মর্টিস মৃত্যুর কয়েক ঘণ্টা পরে শুরু হয় এবং এক-দুই দিনে মিলিয়ে যায়। কারণ ঠিক তা-ই, যা আপনি সিমুলেশনে করেছেন: ATP নেই, তাই মাথা ছাড়তে পারে না। পরে পেশির প্রোটিন ভেঙে গেলে দেহ আবার শিথিল হয়। ফরেনসিক বিজ্ঞানীরা এই শক্ত হওয়া দেখে মৃত্যুর সময় আন্দাজ করেন।

খিঁচুনি বা ক্র্যাম্প হলো দীর্ঘস্থায়ী অনিচ্ছাকৃত সংকোচন। অনেক সময় ক্লান্ত, আয়নের ভারসাম্য নষ্ট হওয়া পেশি বারবার উত্তেজিত হতেই থাকে, ফলে আপনি থামাতে চাইলেও মাথাগুলো চক্র ঘুরেই চলে। টান দিয়ে ছেড়ে দিলে ভালো লাগে, কারণ তাতে সরু ফিলামেন্ট টেনে বের হয়ে আসে এবং ওভারল্যাপ ভেঙে যায়।

হৃদপেশিও একই স্লাইডিং ফিলামেন্ট ব্যবহার করে। হৃদ তন্তুও ডোরাকাটা, এবং প্রতিটি স্পন্দনের জন্য ক্যালসিয়ামের দ্রুত একটি ঝলকের ওপর নির্ভর করে। সে কারণেই ক্যালসিয়াম চ্যানেল ব্লকার হৃদরোগের একটি প্রচলিত ওষুধ।

পরীক্ষার কোণ

সাধারণ প্রশ্ন, আর পূর্ণ নম্বরের উত্তরে কী থাকতে হয়।

পুনরাবৃত্তির সারকথা

সারকোমিয়ার Z রেখা থেকে Z রেখা পর্যন্ত, আর সংকোচনে প্রায় ২.৫ µm থেকে ছোট হয়। সরু অ্যাকটিন ফিলামেন্ট ঝোলে Z রেখা থেকে; মোটা মায়োসিন ফিলামেন্ট (১.৬ µm) থাকে মাঝখানে। সার্কোপ্লাজমিক রেটিকুলাম থেকে নির্গত ক্যালসিয়াম ট্রপোনিনের সঙ্গে যুক্ত হয় এবং ট্রপোমায়োসিনকে সরায়, যাতে মায়োসিনের মাথা লাগতে পারে। প্রতিটি মাথা লাগে, প্রায় ১০ nm-এর পাওয়ার স্ট্রোক দেয়, নতুন ATP যুক্ত হলে ছাড়ে, আর সেটি ভেঙে আবার প্রস্তুত হয়। A ব্যান্ড অপরিবর্তিত; I ব্যান্ড ও H অঞ্চল ছোট হয়। ক্যালসিয়াম না থাকলে পেশি শিথিল হয়, ATP না থাকলে রাইগরে আটকে যায়, আর বল সবচেয়ে বেশি প্রায় ২.০ থেকে ২.২ µm-এ।

সচরাচর জিজ্ঞাসা