muskler – glat

kapitler

Lodish 4.udgave: Kapitel 18
Lodish 5. udgave: Kapitel 5
Moyes og Schulte: Kapitel 6 sider 239-243
Moyes og Schulte: Kapitel 9 sider 380-381

glatte muskelceller


figur 22-40, molekylærbiologi af cellen, 4. udgave. De fire klasser af muskelceller af et pattedyr.
(a) skematiske tegninger (til skala).
(B-E) scanning af elektronmikrografer, der viser (B) skeletmuskulatur fra halsen på en hamster, (C) hjertemuskulatur fra en rotte, (D) glat muskel fra en marsvins urinblære og (E) myoepiteliale celler i en sekretorisk alveolus fra en ammende rottekirtel. Pilene i (C) peger på interkalerede diske—ende-til-ende kryds mellem hjertemuskelcellerne; skeletmuskelceller i lange muskler er forbundet ende til ende på en lignende måde. Bemærk, at den glatte muskel vises ved en lavere forstørrelse end de andre.

glatte muskler omgiver indre organer såsom de store og små tarme, livmoderen og store blodkar. Sammentrækning og afslapning af glatte muskler styrer diameteren af blodkar og driver mad langs mave-tarmkanalen.

glatte muskelceller er meget heterogene, dvs.flere forskellige typer. De er kendetegnet ved en samling af korte, smalle celler med forskellige egenskaber. Sammenlignet med skeletmuskler trækker glatte muskelceller sig sammen og slapper langsomt af, og de kan skabe og opretholde spændinger i lange perioder.


figur 22-22. Molekylærbiologi af cellen. Diagram af en lille arterie i tværsnit.

en glat muskel består af aflange spindelformede celler, hver med en enkelt kerne. Selvom glatte muskelceller er fyldt med tykke og tynde filamenter, er disse filamenter ikke organiseret i velordnede sarkomerer, og glat muskel er således ikke stribet. I stedet samles filamenterne i glat muskel i løse bundter, som er fastgjort til tætte kroppe i cytosolen. Tætte kroppe tjener tilsyneladende den samme funktion som H-diske i skeletmuskulatur. Den anden ende af de tynde filamenter i mange glatte muskelceller er forbundet med fastgørelsesplakker, der ligner tætte legemer, men er placeret ved plasmamembranen i en muskelcelle. Det indeholder også et andet protein, vinculin, som binder til et integreret membranprotein i plakken og til alfa-actinin, hvorved actinfilamenter fastgøres til membranadhæsionssteder.


figur 18-26, Lodish 4.udgave. Generel struktur af skelet og glat muskel.
(b) glat muskel består af løst organiserede spindelformede celler, der indeholder en enkelt kerne. Løse bundter af actin og myosinfilamenter pakker cytoplasma af glatte muskelceller. Disse bundter er forbundet med tætte legemer i cytosolen og til membranen ved fastgørelsesplakker.


fra Cellefysiologi, Sperelakis, 2.udgave.

den glidende filamentmodel bruges stadig i glat muskelkontraktion. Men i glatte muskelceller sammentrækning er meget langsommere end skeletmuskelceller. De glatte muskelceller forkortes på grund af sammentrækning og genererer således spænding.


fra Cellefysiologi, Sperelakis, 2.udgave.

i glatte muskelceller er det sarkoplasmatiske reticulim-netværk sparsomt, og majoirty af stigningen i cytosolisk Ca2+, der er nødvendig til muskelkontraktion, kommer ind i cellen via plasma-membran Ca2+ – kanalen. Dette ligner det, der forekommer i hvirvelløse, små hvirveldyr, hjerteceller. Dette betyder, at ændringer i det cytosoliske Ca2+ – niveau forekommer meget langsommere i glat muskel (sekunder til minutter). Dette har fordelen ved at tillade den langsomme, stabile respons i kontraktil spænding, der kræves af hvirveldyr glat muskel.

aktivering af glatte muskelceller

glatte muskelceller har flere receptorer og aktiveringsmekanismer. Glatte muskelceller kan aktiveres af neurotransmittere, hormoner, naboceller. For eksempel synkroniserer elektrisk kobling gennem spalteforbindelser sammentrækningerne af de glatte muskelceller, der er ansvarlige for tarmens peristaltiske bevægelser.
men det overordnede mål er altid det samme….skift niveauer af cytosolisk Ca + 2 for at ændre graden af sammentrækning.

inden for et enkelt organ og undertiden inden for en lille del af et organ kan glatte muskelceller trække sig sammen, slappe af og frigive signaler til at udføre funktioner. For eksempel med i et blodkar er der spontant aktive pacemakerceller, som kan udføres på tværs af nogle få eller mange celler.

nogle glatte muskelceller har hurtige sammentrækninger, mens andre er langsommere eller opretholder muskeltonen eller vedvarende sammentrækninger i lange perioder. Da dette er en lav energikostnad, skal der være mekanismer, der muliggør vedligeholdelse af spændinger over cellen, der er specialiseret fra skeletmuskelceller.


fra Cellefysiologi, Sperelakis, 2.udgave.

sammentrækning i nogle glatte muskelceller styres af ændringer i membranpotentiale, og nogle er udelukkende gennem kemiske / hormonprocesser. Nerve innervation af glatte muskelceller er fra det autonome nervesystem og ligner hjertemuskelceller virker over et bredt område af generel neurotransmitter frigivelse. Funktionen af neurotransmittere er normalt at modulere sammentrækning snarere end at indlede sammentrækning (mange glatte muskelceller som nævnt ovenfor har evnen til spontant at aktivere). Sammentrækninger kan forekomme over minutter snarere end millisekunder, som det blev set med skelet og hundreder af millisekunder, som det blev set med hjerteceller.

glat muskelcellekontraktion

glat muskelkontraktion styres ikke af bindingen af Ca+2 til troponinkomplekset, som det er i hjerte-og skeletmuskler. Snarere styrer Ca+2 myosin-fastgørelse til actinet gennem et mellemliggende trin af Ca+2/calmodulin, og det er dette, der styrer sammentrækning i glatte muskelceller. Troponin findes ikke i glatte muskelceller (tropomyosin er).

Caldemon og Ca+2/calmodulin


figur 18-33, Lodish 4.udgave. Ca2 + – afhængige mekanismer til regulering af sammentrækning i glat muskel.
(b) regulering af glat muskelkontraktion af caldesmon. Ved lave Ca2 + koncentrationer (10-6 M) binder caldesmon sig til TM og actin, hvilket reducerer bindingen af myosin til actin og holder musklerne i afslappet tilstand. Ved højere Ca2 + koncentrationer binder et Ca2 + – calmodulin-kompleks sig til caldesmon og frigiver det fra actin; således kan myosin interagere med actin, og muskelen kan trække sig sammen. Fosforylering af flere kinaser, herunder MAP kinase, og dephosphorylering af phosphataser regulerer også caldesmons actinbindende aktivitet.

aktiveringen af myosin med glat muskel kan reguleres af caldesmon, som i lave Ca+2 niveauer binder til tropomyosin og actin og blokerer myosinbinding til actin. Da Ca + 2 niveauer stiger Ca + 2 aktiveret calmodulin til at binde til caldesmon, som frigiver det fra tropomyosin/actinkomplekset. Nu er myosin fri til at binde og bevæge sig langs de tynde filamenter for at indgå i cellen.

Myosin light chain kinase og Ca + 2 / calmodulin

en anden mekanisme for glat muskelkontraktion kræver regulering af de lette kæder, der er forbundet med myosin heavy chain

figur 18-20, Lodish 4.udgave.


figur 18-34, Lodish 4.udgave.
(b) i hvirveldyr glat muskel aktiverer phosphorylering af myosin-regulatoriske Lyskæder på stedet ved Ca2+ – afhængig myosin LC-kinase sammentrækning. Ved Ca2 + koncentrationer ” > ” 10-6 M er myosin LC-kinasen inaktiv, og en myosin LC-phosphatase, som ikke er afhængig af Ca2+ for aktivitet, dephosphorylerer myosin LC, hvilket forårsager muskelafslapning.

aktiveringen af myosin med glat muskel kræver phosphorylering af myosin-lyskæden. Der er to typer, der styrer denne proces, myosin light chain kinase (MLCK) og myosin light chain phosphotase. Et af de to myosin-lette kædepar, der er forbundet med myosinet i glat muskel, hæmmer actinstimulering af myosin-ATPase-aktiviteten ved lave Ca2+ – koncentrationer. Phosphorylering af myosin lette kæde af MLCK fjerner denne hæmning, og den glatte muskel trækker sig sammen. Mlck aktiveres af Ca2 + gennem calmodulin. Calcium binder til calmodulin, og Ca2 + – calmodulin-komplekset binder derefter til myosin LC-kinase og aktiverer det. Fordi denne reguleringsmåde er afhængig af diffusionen af Ca2+ og virkningen af proteinkinaser, er muskelkontraktion meget langsommere i glat muskel end i skeletmuskulatur. Jo større mængden af intracellulær Ca + 2 jo mere mlck aktiveres, og jo større grad af sammentrækning

rollen af aktiveret mlck blev bevist ved at injicere en kinasehæmmer i glatte muskelceller. Inhibitoren blokerede ikke stigningen i det cytosoliske Ca2+-niveau forbundet med membran depolarisering (målt ved Fura-2), men de injicerede celler kan ikke trække sig sammen.
virkningen af kinaseinhibitoren blev derefter overvundet ved at injicere et fragment af MLCK, der altid er aktivt (konstitutivt aktivt), selv i fravær af Ca2+-calmodulin (denne behandling påvirker heller ikke Ca2+ niveauer).

regulering af glat muskelkontraktion

i betragtning af den brede mangfoldighed af glatte muskelceller er der mange midler til at modulere glat muskelkontraktion. Til dette kursus vil eksempler på kontrol af blodkar og arterioler blive brugt.

det vigtigste betyder, at kontrol af glat muskelkontraktion styres, er gennem ændringer i resing membranpotentiale.
depolarisering forårsager en større stigning i cytosolisk Ca+2 og dermed større sammentrækning.
hyperpolarisering forårsager en reduceret mængde cytosolisk Ca + 2 og slapper således af muskelcellen.det er dog vigtigt at bemærke, at frigivelse af Ca+2 fra interne butikker også kan føre til større sammentrækning gennem G-proteinmedierede kaskader, der ikke har noget at gøre med ændringer i membran depolarisering.

noradrenalin og epinephrin


fra Cellefysiologi, 2.udgave.

afhængigt af typen af receptor kan norepinephrin og epinephrin have forskellige resultater på den glatte muskelcelle.
epinephrin bundet til beta-adrenerge receptorer på glatte muskelceller i tarmen får dem til at slappe af. Tænk på en sædvanlig biologisk reaktion på tider med intens stress, dvs. lige før en offentlig oral præsentation binder epinephrin også til den alfa2-adrenerge receptor, der findes på glatte muskelceller, der forer blodkarrene i tarmkanalen, huden og nyrerne. Epinephrin bundet til alpha2-receptorer får arterierne til at trække sig sammen (indsnævre), hvilket reducerer cirkulationen til disse organer. Dette svar leverer den maksimale mængde energi til de store lokomotoriske muskler som reaktion på kropslig stress.

acetylcholin og salpetersyre

acetylcholin frigives af autonome nerver i væggene i et blodkar, og det får glatte muskelceller i karvæggen til at slappe af. Acetylcholin virker indirekte ved at inducere de nærliggende endotelceller til at fremstille og frigive nej, som derefter signalerer de underliggende glatte muskelceller til at slappe af.


figur 20-42, Lodish 4.udgave. cGMP medierer lokal signalering af salpetersyre.
(a) skematisk diagram over strukturen af opløselig guanylatcyclase. Bindingen af salpetersyre til hæm-gruppen stimulerer katalytisk aktivitet, hvilket fører til dannelse af cGMP fra GTP.
(b) regulering af kontraktilitet af arteriel glat muskel ved NO og cGMP. Nitrogenfilter syntetiseret i endotelceller diffunderer lokalt gennem væv og aktiverer guanylatcyclase i nærliggende glatte muskelceller. Den resulterende stigning i cGMP fører til afslapning af muskler og vasodilatation. ingen gas katalyseres af arginin. Det passerer let over membraner og diffunderer hurtigt ud af cellen i naboceller. Nej har en meget kort halveringstid (5-10 sekunder), så det virker kun lokalt. I mange målceller binder NO sig til jern på det aktive sted af guanylylcyclase, hvilket stimulerer dette til at producere cyklisk GMP. Virkningerne af NO kan forekomme inden for få sekunder, fordi den normale omsætningshastighed for cyklisk GMP er høj. cGMP nedbrydes hurtigt til GMP af en phosphodiesterase.

øget cGMP aktiverer en kinase, der efterfølgende fører til inhibering af calciumtilstrømning i den glatte muskelcelle og nedsat calcium-calmodulin-stimulering af myosin-letkædekinase (mlck). Dette reducerer igen fosforyleringen af myosin-lette kæder, hvorved udviklingen af glat muskelspænding reduceres og forårsager vasodilatation.
andre beviser tyder på, at cGMP virker gennem en kinase (cGMP-afhængig proteinkinase PKG), der igen phosphorylerer en K+ – kanal for at aktivere og dermed hyperpolarisere muskelcellen

nitroglycerin

nitroglycerin, som har været brugt i omkring 100 år til behandling af patienter med angina (smerter som følge af utilstrækkelig blodgennemstrømning til hjertemusklen). Nitroglycerinen omdannes til NO, som slapper af blodkar. Dette reducerer arbejdsbyrden på hjertet og reducerer de iltniveauer, som hjertemusklen har brug for.

Viagra

lægemidlet sildenafil hæmmer denne cykliske GMP-phosphodiesterase og øger den tid, hvor cykliske GMP-niveauer forbliver forhøjede. Den cykliske GMP holder blodkar afslappet og i visse dele af den mandlige anatomi blodpuljer, og den resulterende effekt har salg af Viagra skyhøje. Det er dog interessant at bemærke, at Viagra ikke er specifik for penis, det vil påvirke cGMP-niveauer i hele kroppen og kan have nogle interessante bivirkninger.

tabel 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.

det kardiovaskulære system er stærkt reguleret, så der altid er en tilstrækkelig tilførsel af iltet blod til kroppens væv under en lang række omstændigheder.
der er receptorer, der reagerer på graden af blodtryk og giver mekanisk (barosensorisk) information om Tryk i arteriesystemet
der er receptorer, der giver information om niveauet af ilt og kulsyre i blodet.
disse sensoriske systemer giver input til hjernens respiratoriske kontrolcentre, som igen styrer de parasympatiske og sympatiske nerver, der styrer hjertet, blodkarrene og membranmusklerne til vejrtrækning.

Vi vil kun koncentrere os om de kemoreceptorer, der primært er placeret i carotidlegemerne. Disse er små, specialiserede organer placeret ved bifurcation af de fælles carotidarterier (noget kemosensorisk væv findes også i aorta). Kemoreceptorerne i carotidlegemerne og aorta giver information om partialtrykket af ilt (pO2) og kulsyre (pCO2) i blodet.
denne information videresendes af andenordens neuroner til hypothalamus og andre regioner i hjernestammen. Denne information om blodgasniveauer fungerer i en refleks for at modulere det autonome nervesystem for at kontrollere glatte og hjertemuskler. Det er en balance mellem regulering af det sympatiske versus parasympatiske system til op eller ned regulering af hjerte-eller glat muskelkontraktion.


fra Cellefysiologi, 2.udgave.

de carotis kemosensoriske celler registrerer niveauer af pO2 i blodet ved blot at depolarisere som reaktion på nedsatte iltniveauer. Mekanismen ser ud til at være en O2 følsom K+ kanal, der i nærvær af normale niveauer af pO2 er åben. Derfor er Vm tæt på EK+. Imidlertid falder et iltniveau K+ – kanalen lukker og Vm depolariserer, så den spændingsstyrede Ca+2-kanal åbner og udløser vesikelfusion og neurotransmitterfrigivelse.
det menes, at en måde, at dette kan forekomme, er, at O2 aktiverer K+ – kanalen ved at binde til et hemeprotein, der er bundet til K+ – kanalen.


fra Cellefysiologi, 2.udgave.

omvendt ændring af graden af K + – kanalåbningen tillader de celler, der spontane brandaktionspotentialer øger deres hastighed og således signalerer en ændring i pO2-niveauer

fra Cellefysiologi, 2.udgave.

pO2-niveauer kan have en direkte effekt på glatte muskler omkring blodkar. Mange af disse celler har K + kanal, der hæmmes af ATP. Som pO2 dråber så gør respiration og ATP produktion. Denne reduktion i ATP resulterer i åbningen af K+ kanaler og inhiberingen af glat muskelkontraktion. Dette resulterer i afslapning af de glatte muskler afslapningen af blodkarene og stigningen blodgennemstrømning ind i vævet, der oplever reduceret pO2.
omvendt resulterer en stigning i pO2 i større inhibering af de ATP-følsomme K+ – kanaler og dermed en større grad af depolarisering. Flere Ca + 2 kanaler er åbne, og der er således større cytosoliske Ca+2 niveauer, større grad af glat muskelkontraktion. Dette får blodkaret til at indsnævre (vasokonstriktion) og mindre PO2-overførsel til det omgivende væv.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.