Jakie zdarzenia wiążą się ze skurczem mięśni na poziomie komórkowym i molekularnym?
Komórkowe i molekularne zdarzenia skurczu mięśni
Skurcze mięśni to złożony proces, który obejmuje interakcję wielu białek w komórkach mięśniowych. Podstawowymi białkami biorącymi udział w skurczu mięśni są aktyna i miozyna, które są ułożone w powtarzające się jednostki zwane sarkomerami. Proces skurczu mięśni można podsumować następującymi zdarzeniami komórkowymi i molekularnymi:
1. Sprzężenie wzbudzenie-skurcz :Proces skurczu mięśni jest inicjowany sygnałem elektrycznym zwanym potencjałem czynnościowym. Kiedy potencjał czynnościowy dociera do komórki mięśniowej, powoduje uwolnienie jonów wapnia z siateczki sarkoplazmatycznej, wewnętrznego magazynu wapnia w komórce.
2. Wiązanie wapnia z troponiną :Wzrost stężenia wapnia w komórce mięśniowej powoduje, że jony wapnia wiążą się z białkiem zwanym troponiną, które znajduje się na cienkim włóknie (aktynie). Wiązanie to indukuje zmianę konformacyjną troponiny, która odsłania miejsce wiązania na cząsteczce aktyny.
3. Wiązanie głowy miozyny z aktyną :Zmiana konformacyjna troponiny umożliwia głowie miozyny, kulistemu obszarowi cząsteczki miozyny, związanie się z odsłoniętym miejscem wiązania na filamencie aktynowym. Ta interakcja tworzy mostek pomiędzy cienkimi i grubymi włóknami.
4. Udar mocy :Gdy głowa miozyny zwiąże się z aktyną, ulega zmianie konformacyjnej, ciągnąc cienkie włókno w kierunku środka sarkomeru. Ruch ten nazywany jest udarem siłowym i generuje siłę potrzebną do skurczu mięśni.
5. Zwalnianie ADP i wiązanie Pi :Po uderzeniu mocy z główki miozyny uwalniany jest ADP i nieorganiczny fosforan (Pi), które są produktami hydrolizy ATP. Ten krok przygotowuje głowę miozyny do następnego cyklu skurczu.
6. Wiązanie ATP z miozyną :ATP wiąże się z główką miozyny, powodując jej odłączenie od włókna aktynowego. To odłączenie resetuje głowę miozyny na kolejną rundę wiązania i udaru mocy.
7. Relaks :Kiedy potencjał czynnościowy się kończy, jony wapnia są aktywnie transportowane z powrotem do siateczki sarkoplazmatycznej za pomocą pomp wapniowych, obniżając stężenie wapnia w komórce mięśniowej. Spadek poziomu wapnia powoduje powrót troponiny do pierwotnej konformacji, blokując miejsce wiązania aktyny. Bez związanej miozyny cienkie włókna przesuwają się z powrotem do pierwotnej pozycji, rozluźniając mięśnie.
Sekwencja tych komórkowych i molekularnych zdarzeń powtarza się szybko podczas skurczu mięśni, umożliwiając mięśniom generowanie siły i ruchu.
