Svaly – Hladký

Kapitol

Lodish 4. vydání: Kapitola 18
Lodish 5. vydání: Kapitola 5,
Moyes a Schulte: Kapitola 6 stran 239-243
Moyes a Schulte: Kapitola 9 stránek 380-381

Hladké Svalové buňky


Číslo 22-40, Molekulární Biologie Buňky, 4.vydání. Čtyři třídy svalových buněk savce.
(a) schematické výkresy (v měřítku).
(Být), Skenovací elektronové mikroskopie, ukazuje (B) kosterního svalu od krku křečka, (C) srdeční sval od krysa, (D) hladké svaloviny z močového měchýře morče, a (E) myoepiteliální buňky v sekreční alveolus z potkanů mléčné žlázy. Šipky v (C) interkalární disky—end-to-end spoje mezi buňky srdečního svalu; kosterní svalové buňky v dlouhé svaly jsou spojeny svými konci podobným způsobem. Všimněte si, že hladký sval je zobrazen při nižším zvětšení než ostatní.

hladké svaly obklopují vnitřní orgány, jako je velké a tenké střevo, děloha a velké krevní cévy. Kontrakce a relaxace hladkých svalů řídí průměr krevních cév a pohání potravu podél gastrointestinálního traktu.

buňky hladkého svalstva jsou velmi heterogenní, tj. Jsou charakterizovány sestavou krátkých, úzkých buněk s různými vlastnostmi. Ve srovnání s kosterními svaly se buňky hladkého svalstva stahují a uvolňují pomalu a mohou vytvářet a udržovat napětí po dlouhou dobu.


Obrázek 22-22. Molekulární biologie buňky. Schéma malé tepny v průřezu.

hladký sval se skládá z podlouhlých vřetenovitých buněk, z nichž každá má jediné jádro. Ačkoli buňky hladkého svalstva jsou baleny s tlustými a tenkými vlákny, tato vlákna nejsou organizována do dobře uspořádaných sarkomer, a proto hladký sval není pruhovaný. Místo toho se vlákna v hladkém svalstvu shromažďují do volných svazků, které jsou připojeny k hustým tělům v cytosolu. Hustá těla zřejmě slouží stejné funkci jako disky Z v kosterním svalu. Druhý konec tenkých vláken v mnoha hladké svalové buňky je připojen k připevnění plakety, které jsou podobné husté těla, ale jsou umístěny v plazmatické membráně svalové buňky. Jako Z disku, přílohu deska je bohatá na aktin-vázající protein alfa-actinin; to také obsahuje druhý protein, vinculin, která se váže na integrální protein membrány v plaku a na alfa-actinin, čímž se připojení aktinová filamenta do membrány přilnavost stránek.


Obrázek 18-26, Lodish 4th edition. Obecná struktura kosterního a hladkého svalstva.
(b) hladký sval se skládá z volně uspořádaných vřetenovitých buněk, které obsahují jediné jádro. Volné svazky aktinových a myosinových vláken balí cytoplazmu buněk hladkého svalstva. Tyto svazky jsou spojeny s hustými tělesy v cytosolu a s membránou na upevňovacích placích.


z buněčné fyziologie, Sperelakis, 2nd edition.

model posuvného vlákna se stále používá při kontrakci hladkého svalstva. Nicméně v buňkách hladkého svalstva je kontrakce mnohem pomalejší než buňky kosterního svalstva. Buňky hladkého svalstva se v důsledku kontrakce zkrátí a vytvoří tak napětí.


From Cell Physiology, Sperelakis, 2nd edition.

V buňkách hladkého svalstva, sarkoplazmatického reticulim síť je řídká, a majoirty zvýšení cytosolové Ca2+ potřebné pro svalové kontrakce vstupuje do buňky přes plazmatickou membránou Ca2+ kanálu. To je podobné tomu, co se vyskytuje u bezobratlých, malých obratlovců, srdečních buněk. To znamená, že změny v cytosolické hladině Ca2+ se vyskytují mnohem pomaleji v hladkém svalstvu (sekundy až minuty). To má tu výhodu, že umožňuje pomalou, stabilní odezvu v kontraktilním napětí, které vyžaduje hladký sval obratlovců.

aktivace buněk hladkého svalstva

buňky hladkého svalstva mají více receptorů a aktivačních mechanismů. Buňky hladkého svalstva mohou být aktivovány neurotransmitery, hormony, sousedními buňkami. Například, elektrické spojky prostřednictvím gap junctions synchronizuje kontrakce hladké svalové buňky zodpovědné za peristaltické pohyby střeva.
celkový cíl je však vždy stejný….změna hladiny cytosolického Ca+2 pro změnu stupně kontrakce.

V jednom orgánu a někdy v malé části orgánu mohou buňky hladkého svalstva kontrahovat, uvolňovat a uvolňovat signály k provádění funkcí. Například s v krevní cévě jsou spontánně aktivní kardiostimulátor buňky, které mohou být vedeny přes několik nebo mnoho buněk.

některé buňky hladkého svalstva mají rychlé kontrakce, zatímco jiné jsou pomalejší nebo udržují svalový tonus nebo trvalé kontrakce po dlouhou dobu. Protože se jedná o nízké náklady na energii, musí existovat mechanismy umožňující zachování napětí v buňce, které se specializují na buňky kosterního svalstva.


From Cell Physiology, Sperelakis, 2nd edition.

kontrakce v některých buňkách hladkého svalstva jsou řízeny změnami membránového potenciálu a některé jsou čistě chemickými / hormonálními procesy. Nervová inervace buněk hladkého svalstva pochází z autonomního nervového systému a podobně jako buňky srdečního svalu funguje v široké oblasti obecného uvolňování neurotransmiterů. Funkce neurotransmiterů je obvykle modulovat kontrakci spíše než iniciovat kontrakci (mnoho buněk hladkého svalstva, jak je uvedeno výše, má schopnost spontánně aktivovat). Kontrakce se mohou vyskytnout spíše během několika minut než milisekund, jak bylo vidět u kosterních a stovek milisekund, jak bylo vidět u srdečních buněk.

kontrakce buněk hladkého svalstva

kontrakce hladkého svalstva není řízena vazbou Ca+2 na troponinový komplex, jako je tomu v srdečních a kosterních svalech. Spíše Ca + 2 řídí připojení myosinu k aktinu prostřednictvím mezistupně Ca + 2 / kalmodulin a to je to, co řídí kontrakci v buňkách hladkého svalstva. Troponin se nenachází v buňkách hladkého svalstva (tropomyosin je).

Caldemon and Ca + 2 / calmodulin


Obrázek 18-33, Lodish 4th edition. Mechanismy závislé na Ca2+pro regulaci kontrakce hladkého svalstva.
(b) regulace kontrakce hladkého svalstva caldesmonem. Při nízkých koncentracích Ca2+ (10-6 M) se kaldesmon váže na TM a aktin, což snižuje vazbu myosinu na aktin a udržuje sval v uvolněném stavu. Na vyšší Ca2+ koncentrace, Ca2+-kalmodulin komplex se váže na caldesmon, uvolňovat to z aktinu; takže myosin může komunikovat s aktin a sval může smlouvu. Fosforylace několika kinázami, včetně MAP kinázy, a defosforylace fosfatázami také regulují kaldesmonovu aktivitu vázající aktin.

aktivaci myosinu hladkého svalstva lze regulovat kaldesmonem, který se v nízkých hladinách Ca+2 váže na tropomyosin a aktin a blokuje vazbu myosinu na aktin. Protože hladiny Ca + 2 zvyšují Ca + 2 aktivovaný kalmodulin se váže na kaldesmon, který jej uvolňuje z komplexu tropomyosin/aktin. Nyní se myosin může volně vázat a pohybovat se po tenkých vláknech, aby se buňka stahovala.

Myosin light chain kinase a Ca+2/kalmodulin

Další mechanismus, hladké svalové kontrakce vyžaduje nařízení z lehkých řetězců, které jsou spojeny s myosin těžký řetězec

Obrázek 18-20, Lodish 4.vydání.


Obrázek 18-34, Lodish 4th edition.
(b) v hladkém svalstvu obratlovců fosforylace regulačních lehkých řetězců myosinu na místě X pomocí Ca2+-dependentní myosinové LC kinázy aktivuje kontrakci. Při koncentracích Ca2 + „> “ 10-6 M je myosin LC kináza neaktivní a myosin LC fosfatáza, která není závislá na aktivitě Ca2+, defosforyluje myosin LC a způsobuje svalovou relaxaci.

aktivace myosinu hladkého svalstva vyžaduje fosforylaci myosinového lehkého řetězce. Tento proces řídí dva enzymy, kináza myosinového lehkého řetězce (MLCK) a fosfotáza myosinového lehkého řetězce. Jeden ze dvou myosin light chain pairs spojené s myosin hladkého svalstva, inhibuje aktin stimulace myosin Atpázy aktivita na nízké Ca2+ koncentrace. Fosforylace myosinového lehkého řetězce MLCK odstraňuje tuto inhibici a hladké svalstvo se Stahuje. MLCK je aktivován Ca2+ prostřednictvím kalmodulinu. Vápník se váže na kalmodulin a komplex Ca2+ – kalmodulin se pak váže na myosin LC kinázu a aktivuje ji. Protože tento způsob regulace závisí na difúzi Ca2+ a působení proteinkináz, svalová kontrakce je mnohem pomalejší v hladkém svalstvu než v kosterním svalu. Větší množství intracelulárního Ca+2 více MLCK je aktivován a vyšší stupeň kontrakce

role aktivuje MLCK bylo prokázáno tím, že napíchne kináz do buněk hladkého svalstva. Inhibitor se zablokovat vzestup cytosolové Ca2+ level spojené s depolarizace (měřeno Fura-2), ale injekčně buňky nemohou smlouvu.
účinek inhibitoru kinázy pak byl překonat tím, že napíchne fragment MLCK, která je vždy aktivní (constitutively active) i v nepřítomnosti Ca2+-kalmodulin (tato léčba také nemá vliv Ca2+ v krvi).

Nařízení hladké svalové kontrakce

Vzhledem k široké rozmanitosti hladké svalové buňky jsou mnoha způsoby modulovat hladké svalové kontrakce. Pro tento kurz budou použity příklady kontroly krevních cév a arteriol.

hlavní prostředek, který řídí kontrakci hladkého svalstva, je prostřednictvím změn membránového potenciálu resing.
depolarizace způsobuje větší zvýšení cytosolického Ca + 2 a tím i větší kontrakci.
hyperpolarizace způsobuje snížené množství cytosolického Ca + 2 a tím uvolňuje svalovou buňku.
je Však důležité si uvědomit, že uvolnění Ca+2 z vnitřních obchody mohou také vést k větší kontrakci prostřednictvím G proteinů zprostředkované kaskád, které nemají nic společného se změnami v depolarizace.

norepinefrin a epinefrin


z buněčné fyziologie, 2. vydání.

V závislosti na typu receptoru norepinefrin a epinefrin mohou mít různé výsledky na buňce hladkého svalstva.
epinefrin vázaný na beta-adrenergní receptory na buňkách hladkého svalstva střeva způsobuje jejich uvolnění. Myslete na obvyklou biologickou reakci na časy intenzivního stresu, tj. těsně předtím, než veřejné ústní prezentace
Adrenalin se také váže na alfa2-adrenergní receptor, našel na hladké svalové buňky výstelky krevních cév v zažívacím traktu, kůže a ledvin. Epinefrin vázaný na alfa2 receptory způsobuje kontrakci (zúžení) tepen, což snižuje cirkulaci těchto orgánů. Tato reakce dodává maximální množství energie do hlavních pohybových svalů v reakci na tělesný stres.

acetylcholin a oxid dusnatý

acetylcholin se uvolňuje autonomními nervy ve stěnách krevní cévy a způsobuje uvolnění buněk hladkého svalstva ve stěně cévy. Acetylcholin působí nepřímo tím, že přiměje okolí endoteliálních buněk a uvolnění NE, což pak signalizuje hlubších hladké svalové buňky k relaxaci.


Obrázek 20-42, Lodish 4.vydání. cGMP zprostředkovává lokální signalizaci oxidem dusnatým.
(a) schéma struktury rozpustné guanylátcyklázy. Vazba oxidu dusnatého na hem skupinu stimuluje katalytickou aktivitu enzymu, což vede k tvorbě cGMP z GTP.
(b) regulace kontraktility arteriálního hladkého svalstva NO a cGMP. Oxid dusnatý syntetizovaný v endotelových buňkách difunduje lokálně přes tkáň a aktivuje guanylátcyklázu v okolních buňkách hladkého svalstva. Výsledný nárůst cGMP vede k uvolnění svalu a vazodilataci.

žádný plyn není katalyzován enzymem no syntázou z argininu. Prochází snadno přes membrány a rychle difunduje z buňky do sousedních buněk. Ne má velmi krátký poločas (5-10 sekund), takže působí pouze lokálně. V mnoha cílových buňkách se NO váže na železo v aktivním místě enzymu guanylylcyklázy, což stimuluje tento enzym k produkci cyklického GMP. Účinky NO se mohou objevit během několika sekund, protože normální rychlost obratu cyklického GMP je vysoká. cGMP je rychle degradován na GMP fosfodiesterázou.

Zvýšení cGMP aktivuje kinázy, která následně vede k inhibici přívod kalcia do buněk hladkého svalstva, a snížil kalcium-kalmodulin stimulace myosin lehký řetězec kinázy (MLCK). To zase snižuje fosforylaci myosinových lehkých řetězců, čímž snižuje vývoj napětí hladkého svalstva a způsobuje vazodilataci.
Další důkazy naznačují, že cGMP funguje prostřednictvím kinázy (cGMP dependentní protein kinázy PKG), které pak fosforyluje K+ kanál aktivovat a tím hyperpolarizace svalové buňky,

Nitroglycerin

Nitroglycerin, který byl použit pro asi 100 let k léčbě pacientů s anginou pectoris (bolest v důsledku nedostatečného prokrvení srdečního svalu). Nitroglycerin se převede na NO, což uvolňuje krevní cévy. To snižuje pracovní zátěž srdce a snižuje hladinu kyslíku potřebnou pro srdeční sval.

Viagra

lék sildenafil inhibuje tuto cyklickou GMP fosfodiesterázu a zvyšuje dobu, po kterou cyklické hladiny GMP zůstávají zvýšené. Cyklický GMP udržuje cévy uvolněné a v určité části mužské anatomii kaluže krve a výsledný efekt má prodej Viagra stoupající. Je však zajímavé poznamenat, že Viagra není specifická pro penis, ovlivní hladiny cGMP v celém těle a může mít některé zajímavé vedlejší účinky.

tabulka 11-2. Effects of Acetylcholine Stimulation on Peripheral Tissues

Tissue Effects of ACh
Vasculature (endothelial cells) Release of endothelium-derived relaxing factor (nitric oxide) and vasodilation
Eye iris (pupillae sphincter muscle) Contraction and miosis
Ciliary muscle Contraction and accommodation of lens to near vision
Salivary glands and lacrimal glands Secretion—thin and watery
Bronchi Constriction, increased secretions
Heart Bradycardia, decreased conduction (atrioventricular block at high doses), small negative inotropic action
Gastrointestinal tract Increased tone, increased gastrointestinal secretions, relaxation at sphincters
Urinary bladder Contraction of detrusor muscle, relaxation of the sphincter
Sweat glands Diaphoresis
Reproductive tract, male Erection
Uterus Variable, dependent on hormone influence

Putting it all together: From receptor to control of muscle cell contraction


Figure 21.7, From Molecular Biology of the Cell. Autonomic control of cardiovascular function.

kardiovaskulární systém je vysoce regulován, takže vždy existuje dostatečný přísun okysličené krve do tělesných tkání za široké škály okolností.
Tam jsou receptory, které reagují na stupni krevního tlaku a poskytují mechanickou (barosensory) informace o tlaku v tepnách systém
Existují receptory, které poskytují informace o úrovni kyslíku a oxidu uhličitého v krvi.
Tyto smyslové systémy poskytují vstup do dýchacích cest řídících center mozku, které řídí parasympatické a sympatické nervy, které bude ovládat srdce, cévy a svaly bránice k dýchání.

soustředíme se pouze na chemoreceptory, které se nacházejí primárně v karotidových tělech. Jedná se o malé specializované orgány umístěné na bifurkaci běžných krčních tepen (některé chemosenzorické tkáně se také nacházejí v aortě). Chemoreceptory v karotidových tělech a aortě poskytují informace o parciálním tlaku kyslíku (pO2) a oxidu uhličitého (pCO2) v krvi.
tyto informace jsou přenášeny neurony druhého řádu do hypotalamu a dalších oblastí v mozkovém kmeni. Tato informace o hladinách krevních plynů funguje v reflexu, aby modulovala autonomní nervový systém a řídila hladké a srdeční svaly. Jedná se o rovnováhu mezi regulací sympatického a parasympatického systému pro regulaci kontrakce srdce nebo hladkého svalstva nahoru nebo dolů.


z buněčné fyziologie, 2. vydání.

karotidové chemosenzorické buňky detekují hladiny pO2 v krvi jednoduše depolarizací v reakci na snížené hladiny kyslíku. Mechanismus se jeví jako O2 citlivý k + kanál, který je v přítomnosti normálních hladin pO2 otevřený. Proto je Vm blízko EK+. Avšak pokles hladiny kyslíku kanál k + se uzavře a Vm depolarizuje umožňující napěťově řízený kanál Ca + 2 Otevřít a spustit fúzi vezikul a uvolnění neurotransmiteru.
předpokládá se, že jedním ze způsobů, jak k tomu může dojít, je, že O2 aktivuje kanál k+ vazbou na hem protein, který je připojen k kanálu k+.


z buněčné fyziologie, 2. vydání.

Naopak měnící se stupně K+ kanálů otevření umožní, ty buňky, že spontánní oheň akční potenciály zvýšit jejich rychlost, a tak signalizovat změnu pO2 úrovně

Z Buněčné Fyziologie, 2.vydání.

hladiny pO2 mohou mít přímý účinek na hladké svaly kolem krevních cév. Mnoho z těchto buněk má k + kanál, který je inhibován ATP. Jak PO2 klesá, tak dýchání a produkce ATP. Toto snížení ATP má za následek otevření k + kanálů a inhibici kontrakce hladkého svalstva. To má za následek uvolnění hladkých svalů uvolnění krevních cév a zvýšení průtoku krve do tkáně, která zažívá sníženou pO2.
naopak zvýšení pO2 vede k větší inhibici k+ kanálů citlivých na ATP a tím k vyššímu stupni depolarizace. Více Ca + 2 kanálů je otevřených, a proto existuje větší cytosolická hladina Ca + 2, větší stupeň kontrakce hladkého svalstva. To způsobuje zúžení krevních cév (vazokonstrikce) a menší přenos pO2 do okolních tkání.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.