Elektromehanska sklopka v skeletnih mišicah in miokardu. Razvrstitev in funkcije ryanodinskih receptorjev
Funkcija elektromehanska sklopka v srčni mišici je, da ko je miokard vzburjen, kalcijevi ioni vstopajo v sarkoplazmo ne samo iz cistern sarkoplazemskega retikuluma, ampak tudi iz tubula T. Brez tega dodatnega vira kalcijevih ionov kontrakcija srčne mišice ne bi bila dovolj močna . Dejstvo je, da za razliko od skeletnih mišic sarkoplazemski retikulum v kardiomiocitih je manj razvit.
Glede sistema T-tubule, potem so močno skladišče kalcija. Njihov premer je 5-krat večji, prostornina tekočine v njih pa 25-krat večja kot v skeletnih mišičnih vlaknih. Poleg tega T-tubule vsebujejo veliko število mukopolisaharidi, ki na površini nosi negativen naboj. Z vezavo na kalcijeve ione ustvarijo znatno zalogo teh ionov, ki lahko ob vzburjenju takoj difundirajo v sarkoplazmo.
Sila kontrakcije kardiomiocitov je odvisna od zunajceličnega kalcija, skeletnih mišic pa ne.
Za razliko od skeletnih mišic kontrakcijska sila miokarda v veliki meri odvisno od koncentracije kalcija v zunajcelični tekočini. Dejstvo je, da je dobro razvit sistem T-tubulov, ki se odpirajo v okoliški zunajcelični prostor, napolnjen z zunajcelično (intersticijsko) tekočino z visoko vsebnostjo kalcija. Tako zunajcelična tekočina prodre globoko v vlakna skozi sistem T-tubulov in služi kot potreben vir kalcijevih ionov za razvoj mišične kontrakcije.
Sila kontrakcije skeletnih mišic je skoraj neodvisna od sprememb koncentracije kalcija v zunajcelični tekočini. Krčenje skeletnih mišic je popolnoma zagotovljeno s kalcijevimi ioni, ki vstopajo v sarkoplazmo iz cistern sarkoplazemskega retikuluma, tj. iz znotrajceličnih virov.
Ob koncu faze platoja akcijskega potenciala se vstop kalcijevih ionov v kardiomiocit ustavi. Iz sarkoplazme se kalcijevi ioni hitro odstranijo nazaj v sarkoplazemski retikulum in v zunajcelično tekočino T-tubulov. Posledično se cikel kontrakcije v miokardu zaključi do prihoda novega akcijskega potenciala.
Trajanje kontrakcije skeletnih in srčnih mišic.
Krčenje srčne mišice se začne nekaj milisekund po nastopu akcijskega potenciala in konča nekaj milisekund po zaključku akcijskega potenciala. torej trajanje kontrakcije miokarda je odvisno od trajanja akcijskega potenciala, vključno s fazo platoja, in je 0,2 s v atrijskem miokardu in 0,3 s v ventrikularnem miokardu.
Rianodinski receptor (RyR).
Rianodinski receptor(RyR) v mišičnih celicah opravlja najpomembnejše funkcija povezovanja akcijskega potenciala z mišično kontrakcijo. Rianodinski receptorji v skeletnih mišicah aktivira prek specializiranega neposrednega elektromehanskega sklopnega mehanizma, krčenje srčne mišice pa sproži mehanizem Ca2+-inducirano sproščanje Ca2+.
Odkrili so tri izooblike ryanodinskega receptorja: RyR1, RyR2, RyR3, ki ga kodirajo trije različni geni. RyR imajo več mest regulacije, ki jo izvajajo Ca2+, ATP, kalmodulin (CM), imunofilin in kalcinevrin. Receptor fosforilira CaKMPK II (CaKM-odvisna protein kinaza II) in defosforilira kalcinevrin. V skeletnih mišicah se RyR1 nahaja na cisternah CP ob citoplazemski membrani in njegov dolg citoplazemski "rep" (tako imenovano "stopalno" območje ali "noga") je v stiku z dihidroperidinskega receptorja (DHPR) na plazmalemi. Vendar neposredna funkcionalna interakcija med RyR in DHPR na molekularni ravni še ni bila dokazana. Obravnava se vprašanje sodelovanja tretjega proteina pri nastanku stika med RyR in DHPR.
Glede na različne strukturne modele C-konec RyR vsebuje do 10 (12) transmembranskih domen, ki tvorijo membransko poro. Aktivnost RyR modulira rastlina alkaloid ryanodin iz lubja Ryania speciosa, ki ji daje ime. Na kanale, izolirane iz mišic vretenčarjev in rakov, ryanodin v koncentracijah od nM do µM deluje aktivacijsko, pri koncentracijah nad 100 µM pa povzroči popolno zaporo kanalov. Domnevali so, da se ryanodin veže na kanal v odprtem stanju. Fiziološki aktivator ryanodinskega receptorja, zlasti njegove srčne izoforme in za ryanodin občutljivega Ca2+ kanala jajčec morski ježki je ciklična ADR-riboza (cADPR) – najmočnejše znano sredstvo za sproščanje Ca2+. Polovično največje sproščanje Ca2+ v homogenatih jajčec morskega ježka opazimo pri nanomolarnih koncentracijah cADPR, kar je za red velikosti nižje kot pri IP3. Strma odvisnost aktivnosti RR od koncentracije Ca2+ (glej sliko 6.8) nakazuje, da je mehanizem sproščanja Ca2+ v prisotnosti cADPR sproščanje Ca2+, ki ga povzroči Ca2+.
Od CaKM odvisna protein kinaza fosforilira vse tri izooblike receptorja, kar vodi do njegovega aktiviranje. Pokazalo se je, da sta protein kinaza, odvisna od PKA in GMP, prav tako sposobna fosforilirati to isto mesto. Fosforilacija tega mesta s cAMP-odvisno protein kinazo, zlasti ob stimulaciji b-adrenergičnega receptorja, aktivira srčno izoformo RyR.
Generiranje Ca2+ signala s sodelovanjem cADPR je trenutno prikazano za številna tkiva in celice, za sesalce in rastline. Pri sesalcih sta aktivacija izločanja veziklov s strani acinarnih celic trebušne slinavke in izločanje inzulina s strani b-celic zelo občutljiva na dvig Ca2+, ki ga povzroči ta določen ciklični nukleotid.
Kratek povzetek ryanodinskih receptorjev:
Rianodinski receptorji (RyR) so posebna vrsta kemoaktiviranih Ca2+ kanalčkov, ki jih najdemo v membrani SR. Pri sesalcih so znane 3 izooblike: RyR1, RyR2, RyR3. Gene knockout: RyR1 in RyR2 – smrt med embrionalnim razvojem RyR3 – sposoben preživeti trebuh; pomeni zmanjšanje CICR Za skeletni m-c: večina RyR1 je povezanih z DHPR. Bolj pomemben je učinek DICR.Za srca je eden od 5-10 RyR2 v paru z DHPR. Mech-zm CICR ima večjo vlogo. Fabiatova dela: Bistvo: Prisotnost negativne tvorbe predstavlja Ca2+-odvisna inaktivacija RyR. Meh: Aktivacijsko mesto ima visoko aktivnost in nizko afiniteto. Za neaktivno mesto je značilna nizka aktivnost in visoka afiniteta. Povečanje koncentracije Ca2+ povzroči povečanje afinitete za agoniste v RyR. Poskusi s tripsinom so potrdili obstoj pozitivnih in negativnih regulatorjev. Mehanizmi interakcije: Neposredni, z deli notranjih domen RyR Preko vmesnih proteinov. Ukrepi na zunanjih območjih RyR. RyR vsebuje od 80 do 100 cisteinskih ostankov, od katerih so mnogi lahko predmet sprememb. Ukrepajte v redu: oddajte funkcijo. Zmanjšana sposobnost regulacije zaradi drugih dejavnikov. Modifikacija z NO: V majhnih koncentracijah – poveča aktivnost RyR. Pri višjih ravneh se aktivnost RyR zmanjša.
Vloga Ca 2+ - ionov.
Običajno je mišica vznemirjena, ko živčni impulzi iz aksonov motoričnih nevronov vstopijo v presinaptični del živčno vlakno. Po 1-2 ms se bula z akcijsko močjo širi po mišičnem vlaknu s hitrostjo približno 2 m/s, po 5-10 ms pa pride do kontrakcije tega vlakna.
Prenos ukaza za krčenje z vzbujene celične membrane na miofibrile globoko v mišični celici se imenuje elektromehanska sklopka. Poteka v več fazah, pri čemer sodelujejo proteini troponij in tropomiozin ter Ca 2+ ioni in je sestavljena iz več stopenj:
1. Širjenje vzbujanja globoko v vlakno. Pri tem procesu igrajo pomembno vlogo Na + - kanali transverzalnih tubulov (T - tubule). Z njihovo pomočjo se vzbujanje hitro razširi po membrani sarkoplazemskega retikuluma - sistema vzdolžnih cevi (tako imenovanih "triad"), v katerih se odlaga Ca 2+. V membrani triad so potencialno nadzorovani Ca 2+ kanalčki, ki se odprejo ob širjenju depolarizacije, imenovani akcijski potencial.
2. Ioni Ca 2+ vstopajo v miofibrile. V mirovanju je med miozinskimi prečnimi mostovi in aktinskimi filamenti dolga beljakovina - tropomiozin. Na aktinskih filamentih je vsakih 40 nm sferičen protein – troponin. Ko vstopijo ioni Ca 2+, dobi troponin zaobljeno obliko in »potisne« troponin v žleb med filamenti aktija. Mesta so odprta za pritrditev miozinskih prečnih mostov na aktinske filamente. S pomočjo ATP se pojavi proces "veslanja".
3. Po koncu "kapa" se neioni Ca 2+ s pomočjo kalcijeve črpalke odstranijo v sarkoplazemski retikulum. Ko se koncentracija Ca 2+ zmanjša, je aktivnost miozinske ATPaze potlačena in količina ATP v miofibrilih se poveča.
4. ATP: zagotavlja energijo za ločevanje aktinskih in miozinskih filamentov po "udarcu" - mišica se sprosti.
Pomanjkanje ATP pojasnjuje težko rigoroznost - aktinski in miozinski filamenti niso ločeni.
Tako imajo ioni Ca 2+ vodilno vlogo pri elektromehanskem spajanju.
3. Neuromotorne (motorične) enote, njihove vrste.
Nevromotorična enota je skupek enega motoričnega nevrona, aksona motoričnega nevrona in njegovih vej ter mišičnih vlaken, ki inervirajo ta akson (slika 15). Glede na število inerviranih vlaken so nevromotorne enote razdeljene v dve skupini:
1. Majhne nevronske enote - en motorični nevron inervira več mišičnih vlaken. Inervira mišice, ki zahtevajo subtilne in natančne gibe (mišice očesa, grla, prstov).
2. Velike nevromotorične enote - en motorični nevron inervira več sto mišičnih vlaken (hrbtne mišice, spodnji del nog).
Slika 15. Zgradba motorne enote.
Glede na naravo kontrakcije so nevromotorične enote razdeljene v tri skupine.
Ko se gladkomišične celice aktivirajo, lahko kalcijevi ioni vstopijo skozi na dihidropiridin občutljive, napetostno odvisne kalcijeve kanale tipa L, ki se nahajajo v kaveolah, invaginacijah plazemske membrane v stiku s sarkoplazemskim retikulumom. Kot odgovor na raztezanje membrane se aktivirajo tudi napetostno odvisni kalcijevi kanali tipa L, rezultat pa je depolarizacija membrane. Koncentracija Ca 2+ v zunajcelični tekočini je približno 10.000-krat večja kot v sarkoplazmi. Zato Ca 2+ ioni precej hitro vstopajo v celico skozi Ca 2+ kanalčke. Majhna velikost gladkomišične celice ustvarja ugodne pogoje za hitro difuzijo ionov Ca 2+ na intracelularna vezavna mesta. Nato ioni Ca 2+ sprožijo sproščanje Ca 2+ iz depoja - sarkoplazemskega retikuluma in aktivacijo procesa krčenja gladkih mišic. Pri nekaterih gladkih mišičnih celicah, na primer tistih, ki tvorijo mišično steno arteriol, vstop Ca 2+ ionov skozi od napetosti odvisne Ca 2+ kanale določa raven znotrajcelične koncentracije Ca 2+ ionov. Za druge vrste gladke mišice ta način povečanja koncentracije ionov Ca 2+ v sarkoplazmi ni pomemben. Akcijske potenciale lahko povzroči tudi aktivacija hitrih napetostno odvisnih Na+ kanalov, kot je mišji semenovod.
S Ca 2+ inducirano sproščanje Ca 2+ iz sarkoplazmatskega retikuluma igra pomembno vlogo pri elektromehanskem spajanju in v srčni mišici, kjer je veliko število Ca 2+ kanalov tipa L, ki so blizu Ca 2+ kanalov sarkoplazme. retikulum. Ioni Ca 2+ zapustijo sarkoplazemski retikulum skozi ionske kanale, ki se aktivirajo rianodinski receptorji . Rianodinski receptorji so bili prvič odkriti v skeletnih mišicah in so dobili ime po imenu antagonista, alkaloida rastlinskega izvora, ryanodina. Poleg tega lahko ryanodin v nizkih koncentracijah aktivira Ca 2+ kanal ryanodinskega receptorja, v visokih koncentracijah pa povzroči njegovo blokado.
V gladkih mišicah razmerje med plazemsko membrano in sarkoplazemskim retikulumom ni tako jasno organizirano kot v skeletni in srčni mišici. Vendar pa gladka mišica vsebuje območja z elektronsko gostoto (mostove), ki merijo približno 20 nm. V teh območjih so kolokalizirani dihidropiridinski receptorji plazemske membrane in rianodinski receptorji sarkoplazemskega retikuluma. Trije so bili identificirani in klonirani različne vrste ryanodinske receptorje: tip RyR1 najdemo v skeletnih mišicah, tip RyR2 najdemo v srčnih mišicah. Domneva se, da je izoforma RyR3 ryanodinskih receptorjev prisotna v gladkih mišicah. Receptor za ryanodin je tetramerni kompleks, sestavljen iz monomerov (transmembranskih polipeptidov) z molekulsko maso 500 kDa. Rianodinske receptorje za gladke mišice aktivirajo mikromolarne intracelularne koncentracije ionov Ca 2+ in kofeina. Rianodinske receptorje zavirajo ioni Mg 2+ in rutenijevo rdeče. Rianodin receptorski kompleks pri interakciji z ioni Ca 2+ tvori Ca 2+ kanal, aktiviran s kalcijem, skozi katerega ioni Ca 2+ izstopajo iz sarkoplazemskega retikuluma v sarkoplazmo. Prevodnost ionskega kanala ryanodinskega receptorja za ione Ca 2+ v gladkih mišičnih celicah je primerljiva s prevodnostjo ionskega kanala ryanodinskega receptorja v skeletni in srčni mišici. Vendar pa je gostota ryanodinskih receptorjev v gladkih mišicah znatno manjša od gostote v drugih mišičnih tkivih.
Sproščanje ionov Ca 2+ iz sarkoplazemskega retikuluma v sarkoplazmo je lokalne narave. To lokalno in precejšnje povečanje koncentracije ionov Ca 2+ imenujemo Ca 2+ -iskra. Vstop Ca 2+ ionov skozi Ca 2+ kanale plazemske membrane in Ca 2+ iskre poveča celotno "globalno" znotrajcelično koncentracijo Ca 2+ ionov, kar sproži proces krčenja gladkih mišic. to - elektromehanska vmesniška pot procesi vzbujanja in kontrakcije.
Prenos ukaza za krčenje z vznemirjene celične membrane na miofibrile globoko v celici (elektromehansko spajanje) vključuje več zaporednih procesov, v katerih imajo ključno vlogo ioni Ca2+.
V stanju mirovanja ne pride do drsenja niti v miofibrili, saj so vezni centri na površini aktina zaprti z molekulami proteina tropomiozina (slika 7.3, A, B). Vzbujanje (depolarizacija) miofibril in krčenje mišic povezana s procesom elektromehanskega spajanja, ki vključuje niz zaporednih dogodkov.
Kot posledica aktivacije nevromuskularne sinapse na postsinaptični membrani nastane EPSP, ki povzroči razvoj akcijskega potenciala v območju, ki obdaja postsinaptično membrano.
Vzbujanje (akcijski potencial) se širi vzdolž miofibrilne membrane in preko sistema transverzalnih tubulov doseže sarkoplazemski retikulum. Depolarizacija membrane sarkoplazemskega retikuluma vodi do odprtja Ca2+ kanalčkov v njej, skozi katere Ca2+ ioni vstopajo v sarkoplazmo (slika 7.3, B).
Ioni Ca2+ se vežejo na beljakovino troponin. Troponin spremeni svojo konformacijo in izpodrine proteinske molekule tropomiozina, ki pokrivajo centre za vezavo aktina (slika 7.3, D).
Miozinske glave se pritrdijo na odprte vezne centre in začne se proces kontrakcije (slika 7.3, E).
riž. 7.3. Mehanizem povezovanja vzbujanja in kontrakcije:
1 – transverzalni tubul sarkoplazemske membrane, 2 – sarkoplazemski retikulum, 3 – ion Ca2+, 4 – molekula troponina, 5 – molekula tropomiozina. Pojasnilo - v besedilu
Za razvoj teh procesov je potrebno določeno časovno obdobje (10–20 ms). Čas od trenutka vzburjenja mišična vlakna(mišice) pred začetkom njenega krčenja imenujemo latentno obdobje krčenja.
-
Ločimo glavne 4 di. Elektromehanski seznanjanje V kletka skeletni mišice celice (elektromehanski seznanjanje)... -
Elektromehanski seznanjanje V kletka skeletni mišice. Prenos ukaza za krčenje z vzburjene celične membrane na miofibrile v globino celice(uh ... več podrobnosti." -
Elektromehanski seznanjanje V kletka skeletni mišice. Prenos ukaza za krčenje z vzbujene celične membrane na miofibrile globoko v celici. Nalaganje. -
Mehanski model mišice Hilla. Skeletni mišica v mirovanju je njegovo mehansko obnašanje viskoelastičen material. Zlasti je značilna sprostitev stresa. -
Fiziološke lastnosti atipičnega miokarda: 1) razdražljivost je manjša kot pri skeletni mišice, vendar višje od tega celice kontraktilni miokard, zato tu nastajajo živčni impulzi -
Struktura mišičast celice in mišičast beljakovine. Osnovna strukturna enota skeletni mišičast tkanina je mišičast vlakna, sestavljena iz...
Ko se srce skrči mišice(sistola) se iz srca izloča kri v aorto in arterije, ki se od nje odcepijo. -
Fizične in fiziološke lastnosti skeletni, krepko in gladko mišice. Avtor: morfološke značilnosti obstajajo tri skupine mišice: 1) progasto mišice (skeletni mišice) -
2) nadzorni aparat - skupina živčnih celice, v katerem se oblikuje model prihodnjega rezultata; 3) povratna aferentacija - sekundarni aferentni živčni impulzi, ki gredo do akceptorja rezultata dejanja, da ocenijo končni rezultat -
Glede na morfološke značilnosti ločimo tri skupine mišice: 1) progasto mišice (skeletni mišice... Več podrobnosti".
mionevralni (živčni) mišičast) sinapsa – tvori jo akson motoričnega nevrona in mišičast celica. -
Manifestira se z razširjenim odlaganjem glikogena v jetrih, ledvicah, srcu mišica, na območju živčni sistem, skeletni mišice.
5) določanje glikogena v biopsiji jeter, V celice periferne krvi
Najdene podobne strani:10
Elektromehansko spajanje je zaporedje procesov, s katerimi akcijski potencial plazemske membrane mišičnega vlakna povzroči začetek cikla prečnega mostu. Plazemska membrana skeletne mišice je električno vzdražljiva in je sposobna ustvariti propagacijski akcijski potencial preko mehanizma, podobnega mehanizmu živčnih celic (glejte "Prevajanje vzbujanja med celicami." Akcijski potencial v skeletnem mišičnem vlaknu traja 1-2 ms in se konča pred pojavom kakršnih koli znakov mehanske aktivnosti (sl. 30.14).Začetek mehanske aktivnosti lahko traja več kot 100 ms.Električna aktivnost plazemske membrane nima neposrednega vpliva na kontraktilne proteine, povzroča pa povečanje v citoplazmatski koncentraciji Ca2+ ionov, ki še naprej aktivirajo kontraktilni aparat tudi po prenehanju električnega procesa.
V mirovanju v mišičnem vlaknu je koncentracija prostega ioniziranega Ca2+ v citoplazmi okoli debelih in tankih filamentov zelo nizka, približno ena desetmilijontka mol/l. Pri tako nizkih koncentracijah ioni Ca2+ zasedejo zelo malo vezavnih mest na molekulah troponina, zato tropomiozin blokira aktivnost prečnega mostu. Po akcijskem potencialu koncentracija ionov Ca2+ v citoplazmi hitro naraste in se vežejo na troponin, s čimer odpravijo blokirni učinek tropomiozina in sprožijo cikel prečnega mostu. Vir vstopa Ca2+ v citoplazmo je sarkoplazemski retikulum mišičnega vlakna.
Sarkoplazemski retikulum mišic je homologen endoplazmatskemu retikulumu drugih celic. Nahaja se okoli vsake miofibrile kot "raztrgan rokav", katerega segmenti obdajajo A-diske in I-diske (slika 30.15). Končni deli vsakega segmenta se razširijo v tako imenovane stranske cisterne, ki so med seboj povezane z nizom tanjših cevi. Ca2+ se odlaga v stranskih cisternah; po stimulaciji plazemske membrane se sprosti.
Ločen sistem je sestavljen iz prečnih tubulov (T-tubulov), ki prečkajo mišično vlakno na meji med A-diski in I-diski, prehajajo med lateralnimi cisternami dveh sosednjih sarkomer in se pojavijo na površini vlakna ter tvorijo eno celoto s plazemsko membrano. Lumen T-tubula je napolnjen z zunajcelično tekočino, ki obdaja mišično vlakno. Njegova membrana je tako kot plazemska membrana sposobna prevajati akcijski potencial. Ko nastane v plazemski membrani, se akcijski potencial hitro razširi vzdolž površine vlaken in membrane T-tubulov globoko v celico. Ko doseže območje T-tubulov ob stranskih cisternah, akcijski potencial aktivira od napetosti odvisne proteine "vrat" njihovih membran, ki so fizično ali kemično povezani s kalcijevimi kanali membrane stranskih cistern. Tako pride do depolarizacije membrane T-tubula. ki ga povzroči akcijski potencial, vodi do odprtja kalcijevih kanalčkov v membrani stranskih cistern, ki vsebujejo Ca2+ v visokih koncentracijah, in Ca2+ ioni vstopijo v citoplazmo. Povečanje ravni Ca2+ v citoplazem običajno zadostuje za aktiviranje vseh prečnih mostov mišičnih vlaken.
Proces kontrakcije se nadaljuje, dokler so ioni Ca2+ vezani na troponin, tj. dokler se njihova koncentracija v citoplazmi ne povrne na prvotno nizko vrednost. Membrana sarkoplazemskega retikuluma vsebuje Ca2+-ATPazo, integralni protein, ki aktivno prenaša Ca2+ iz citoplazme nazaj v votlino sarkoplazemskega retikuluma. Ca2+ se sprosti iz retikuluma kot posledica širjenja akcijskega potenciala vzdolž T-tubulov; vrnitev v retikulum traja veliko dlje kot izstop. Zato povišana koncentracija Ca2+ v citoplazmi vztraja še nekaj časa in krčenje mišičnih vlaken se nadaljuje po koncu akcijskega potenciala.
Povzemite. Krčenje je posledica sproščanja ionov Ca2+, shranjenih v sarkoplazemskem retikulumu; ko Ca2+ steče nazaj v retikulum, se kontrakcija konča in se začne relaksacija (slika 30.16). Vir energije za kalcijevo črpalko je ATP – to je ena od njegovih treh glavnih funkcij pri krčenju mišic (
