筋肉-滑らか

Lodish第4版:第18章
Lodish第5版:第5章
MoyesとSchulte:第6章239-243ページ
MoyesとSchulte:第9章380-381ページ

平滑筋細胞


図22-40、細胞の分子生物学、第4版。 哺乳類の筋肉細胞の4つのクラス。
(a)概略図(スケールする)。
(B-E)(b)ハムスターの首からの骨格筋、(C)ラットからの心筋、(D)モルモットの膀胱からの平滑筋、および(E)授乳中のラット乳腺からの分泌肺胞の筋上皮細胞を示す走査電子顕微鏡写真。 (C)の矢印は、心臓の筋肉細胞間のエンドツーエンドの接合部であるintercalated disksを指しています。 平滑筋は他のものよりも低い倍率で示されていることに注意してください。

平滑筋は、大腸や小腸、子宮、大きな血管などの内臓を取り囲んでいます。 平滑筋の収縮と弛緩は、血管の直径を制御し、消化管に沿って食物を推進する。

平滑筋細胞は非常に異種であり、すなわち複数の異なるタイプである。 それらは、異なる特性を有する短く狭い細胞の集合を特徴とする。 骨格筋と比較されて、平滑筋細胞はゆっくり引き締まり、緩み、長い一定期間の張力を作成し、維持してもいいです。 p>


図22-22。 細胞の分子生物学。 断面の小さな動脈の図。

平滑筋は細長い紡錘形の細胞で構成され、それぞれが単一の核を有する。 平滑筋細胞は太くて薄いフィラメントで満たされているが、これらのフィラメントは整然とした肉腫に組織されておらず、したがって平滑筋は横紋化されていない。 その代り平滑筋のフィラメントはcytosolの密なボディに付す緩い束に集まります。 密度の高い体は、骨格筋のZディスクと同じ機能を果たすように見えます。 多くの平滑筋細胞の薄いフィラメントのもう一方の端は、密な体に似ているが、筋肉細胞の原形質膜に位置する付着プラークに接続されている。 Zディスクのように、付属品のプラークはアクチン結合蛋白質のアルファアクチニンで豊富です;それはまたプラークの必要な膜蛋白質とアルファアクチニンに結合するそれにより膜の付着の場所にアクチンフィラメントを付ける第2蛋白質、vinculinを含んでいます。


図18-26、Lodish第4版。 骨格筋および平滑筋の一般的な構造。
(b)平滑筋は、単一の核を含む緩く組織化された紡錘形の細胞で構成されています。 アクチンとミオシンフィラメントの緩い束は、平滑筋細胞の細胞質をパックします。 これらの束は、サイトゾル中の密な体と付着プラークの膜に接続されている。


細胞生理学、スペレラキス、第2版から。

スライディングフィラメントモデルはまだ平滑筋収縮に使用されています。 しかし、平滑筋細胞では、収縮は骨格筋細胞よりもはるかに遅い。 平滑筋細胞は収縮のために短くなり、したがって張力を生成する。 P>


細胞生理学、Sperelakis、第2版から。

平滑筋細胞では、筋小胞体網は疎であり、筋収縮に必要な細胞質ca2+の増加の大部分は、形質膜Ca2+チャネルを介して細胞に入る。 これは、無脊椎動物、小さな脊椎動物、心臓細胞で起こるものに似ています。 これは、サイトゾルCa2+レベルの変化が平滑筋(数秒から数分)ではるかにゆっくりと起こることを意味する。 これは、脊椎動物の平滑筋によって必要とされる収縮張力において、ゆっくりとした安定した応答を可能にする利点を有する。

平滑筋細胞の活性化

平滑筋細胞は、複数の受容体と活性化メカニズムを持っています。 平滑筋細胞は、神経伝達物質、ホルモン、隣接する細胞によって活性化することができる。 例えば、ギャップ接合を介した電気的結合は、腸の蠕動運動を担う平滑筋細胞の収縮を同期させる。
しかし、全体的な目標は常に同じです。…収縮の程度を変更するには、サイトゾルCa+2のレベルを変更します。

単一の臓器内で、時には臓器の小さな部分内で、平滑筋細胞は収縮し、弛緩し、機能を実行するための信号を放出することができる。

例えば、血管内には、自発的に活性なペースメーカー細胞があり、これは少数または多くの細胞にわたって実施することができる。

いくつかの平滑筋細胞は速い収縮を持っていますが、他の細胞はより遅いか、筋肉の緊張または長期間の持続的な収縮を維持します。

これが低負荷の費用として骨格筋の細胞から専門にする細胞を渡る張力のmaintenceを可能にするメカニズムがなければなりません。 P>


細胞生理学、Sperelakis、第2版から。 いくつかの平滑筋細胞の収縮は膜電位の変化によって制御され、いくつかは純粋に化学的/ホルモンプロセスを介して行われる。

いくつかの平滑筋細胞の収縮は、膜電位の変化によって制御される。 平滑筋細胞の神経支配は、自律神経系からのものであり、心筋細胞と同様に、一般的な神経伝達物質放出の広い領域にわたって作用する。 神経伝達物質の機能は、通常、収縮を開始するのではなく収縮を調節することである(上記のように多くの平滑筋細胞は自発的に活性化する能力を有 収縮は、心臓細胞で見られたように骨格とミリ秒の数百で見られたようにミリ秒ではなく、分にわたって発生する可能性があります。

平滑筋細胞収縮

平滑筋収縮は、心臓および骨格筋にあるように、トロポニン複合体へのCa+2の結合によって制御されない。 むしろCa+2は、Ca+2/カルモジュリンの中間段階を介してアクチンへのミオシンの付着を制御し、平滑筋細胞の収縮を制御するのがこれである。 トロポニンは平滑筋細胞には見られない(トロポミオシンは)。

Caldemon and Ca+2/calmodulin


図18-33、Lodish第4版。 平滑筋の収縮を調節するためのca2+依存的なメカニズム。
(b)カルデスモンによる平滑筋収縮の調節。 低いCa2+集中(10-6M)で、caldesmonはアクチンにミオシンの結合を減らし、緩められた状態で筋肉を保つTMおよびアクチンに結合します。 より高いCa2+の集中で、Ca2+-カルモジュリンの複合体はアクチンからそれを解放するカルデスモンに結合します;従ってミオシンはアクチンと相互に作用し、筋肉は引き締まることができます。 MAPキナーゼを含むいくつかのキナーゼによるリン酸化、およびホスファターゼによる脱リン酸化もカルデスモンのアクチン結合活性を調節する。

平滑筋ミオシンの活性化は、低Ca+2レベルでトロポミオシンとアクチンに結合し、アクチンに結合するミオシンを遮断するカルデスモンによって調節することができる。 Ca+2レベルが増加するにつれて、ca+2はカルモジュリンをカルデスモンに結合させ、トロポミオシン/アクチン複合体から放出する。 今度はミオシンは細胞を引き締めるために薄いフィラメントに沿って結合し、動いて自由です。

ミオシン軽鎖キナーゼおよびCa+2/カルモジュリン

平滑筋収縮の別のメカニズムは、ミオシン重鎖に関連する軽鎖の調節を必要とする

図18-20、Lodish第4版。


図18-34、Lodish第4版。
(b)脊椎動物平滑筋において、Ca2+依存性ミオシンLCキナーゼによるサイトX上のミオシン調節軽鎖のリン酸化は収縮を活性化する。 Ca2+濃度”>”10-6Mでは、ミオシンLCキナーゼは不活性であり、活性のためにCa2+に依存しないミオシンLCホスファターゼは、ミオシンLCを脱リン酸化し、筋弛緩を引き起こす。

平滑筋ミオシンの活性化は、ミオシン軽鎖のリン酸化を必要とする。 このプロセスを制御する2つの酵素、ミオシン軽鎖キナーゼ(MLCK)とミオシン軽鎖ホスホターゼがあります。 平滑筋におけるミオシンに関連付けられている二つのミオシン軽鎖対の一つは、低Ca2+濃度でミオシンATPase活性のアクチン刺激を阻害する。 MLCKによるミオシン軽鎖のリン酸化はこの阻害を除去し、平滑筋は収縮する。 MLCKはカルモジュリンを介してCa2+によって活性化される。 カルシウムはカルモジュリンに結合し、Ca2+-カルモジュリン複合体はミオシンLCキナーゼに結合して活性化する。 調節のこのモードがCa2+の拡散および蛋白質のキナーゼの行為に頼るので、筋肉収縮は骨格筋のより平滑筋で大いに遅いです。 細胞内Ca+2の量が多いほど、MLCKが活性化され、収縮の程度が大きくなる

活性化されたMLCKの役割は、平滑筋細胞にキナーゼ阻害剤を注入す 阻害剤は、膜脱分極(Fura-2によって測定)に関連する細胞質Ca2+レベルの上昇をブロックしなかったが、注入された細胞は収縮することができない。
キナーゼ阻害剤の効果は、Ca2+-カルモジュリンの非存在下であっても常に活性(構成的に活性)であるMLCKの断片を注入することによって克服された(この治療はCa2+レベルにも影響しない)。

平滑筋収縮の調節

平滑筋細胞の広い多様性を考えると、平滑筋収縮を調節するための多くの手段があります。 このコースでは、血管および細動脈の制御の例が使用される。

平滑筋収縮の制御が制御される主な手段は、resing膜電位の変化によるものである。
脱分極は、細胞質Ca+2のより大きな増加を引き起こし、したがってより大きな収縮を引き起こす。
過分極は、細胞質Ca+2の量を減少させ、したがって筋肉細胞を弛緩させる。
しかし、内部貯蔵からのCa+2の放出は、膜脱分極の変化とは関係のないGタンパク質媒介カスケードを介してより大きな収縮につながる可能性があることに注意することが重要である。 P>

ノルエピネフリンとエピネフリン


細胞生理学、第2版から。

受容体ノルエピネフリンとエピネフリンの種類に応じて、平滑筋細胞に異なる結果を有することができる。
エピネフリンは、腸の平滑筋細胞上のβ-アドレナリン作動性受容体に結合し、それらを弛緩させる。 強い圧力の時への通常の生物的応答について、すなわち考えて下さい。 右の公共の口頭提示の前に
エピネフリンはまた、腸管、皮膚、および腎臓の血管を覆う平滑筋細胞に見られるalpha2-アドレナリン作動性受容体に結合 Α2受容体に結合したエピネフリンは、動脈を収縮させ(収縮させる)、これらの器官への循環を減少させる。 この応答は身体の圧力に応じて主要なlocomotor筋肉にエネルギーの最高量を供給します。

アセチルコリンと一酸化窒素

アセチルコリンは、血管壁の自律神経によって放出され、血管壁の平滑筋細胞を弛緩させる。 アセチルコリンは近くのendothelial細胞を緩むために根本的な平滑筋細胞に信号を送るnoを作り、解放するように誘導によって間接的に機能します。


図20-42、Lodish第4版。 cGMPは一酸化窒素による局所シグナル伝達を仲介する。
(a)可溶性グアニル酸シクラーゼの構造の模式図。 ヘム基への一酸化窒素の結合は、酵素の触媒活性を刺激し、GTPからのcGMPの形成をもたらす。
(b)NOおよびcGMPによる動脈平滑筋の収縮性の調節。 内皮細胞で合成された一酸化窒素は組織を通って局所的に拡散し,近くの平滑筋細胞でグアニル酸シクラーゼを活性化する。 結果として生じるcGMPの上昇は、筋肉の弛緩および血管拡張をもたらす。

NOガスはアルギニンからの酵素NO合成酵素によって触媒されません。 それは膜を容易に通過し、細胞から隣接する細胞に急速に拡散する。 Noは非常に短い半減期(5-10秒)を持っていますので、局所的にのみ作用します。 多くの標的細胞では、NOは酵素グアニリルシクラーゼの活性部位の鉄に結合し、この酵素を刺激して環状GMPを産生する。 Noの効果は秒の内に循環GMPの転換の正常な率が高いので起こることができます。 cGMPはホスホジエステラーゼによってGMPに急速に分解されます。

増加したcGMPは、その後、平滑筋細胞へのカルシウム流入の阻害につながるキナーゼを活性化し、ミオシン軽鎖キナーゼ(MLCK)のカルシウム-カルモジュリン刺激 これは、順番にミオシン軽鎖のリン酸化を減少させ、それによって平滑筋緊張の発達を減少させ、血管拡張を引き起こす。
他の証拠は、cgmpがキナーゼ(cGMP依存性プロテインキナーゼPKG)を介して働くことを示唆しており、k+チャネルをリン酸化して筋肉細胞を活性化し、過分極する

ニトログリセリン

ニトログリセリンは、狭心症(心筋への不十分な血流に起因する痛み)を有する患者を治療するために約100年間使用されてきた。 ニトログリセリンはNOに変換され、血管を弛緩させる。 これは中心の作業負荷を減らし、心筋によって必要とされる酸素のレベルを減らします。

Viagra

シルデナフィルは、この環状GMPホスホジエステラーゼを阻害し、環状GMPレベルが上昇したままである時間を増加させる。 循環GMPは血管を緩め続け、男性の解剖学の血のプールおよび生じる効果のある特定の部分で急上昇するViagraの販売を持っています。 しかしViagraがボディ中のcGMPのレベルに影響を与え、ある興味深い副作用をもたらすことができる陰茎に特定ではないことに注意することは興味深い

表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.

心血管系は高度に調節されており、幅広い状況下で体組織に酸素化された血液が常に適切に供給されるようになっています。
血圧の程度に応答し、動脈系の圧力に関する機械的(barosensory)情報を提供する受容体があります
血液中の酸素と二酸化炭素のレベルに関する情報を提
これらの感覚システムは、順番に呼吸のための心臓、血管や横隔膜の筋肉を制御する副交感神経と交感神経を制御する脳の呼吸制御センターへの

私たちは、主に頸動脈に位置する化学受容体にのみ集中します。 これらは、総頸動脈の分岐部に位置する小さな特殊な器官である(いくつかの化学感覚組織も大動脈に見られる)。 頸動脈体および大動脈の化学受容体は、血液中の酸素(po2)および二酸化炭素(pco2)の分圧に関する情報を提供する。
この情報は、視床下部および脳幹の他の領域に二次ニューロンによって中継されます。 血ガスのレベルについてのこの情報は反射で滑らかな、心臓筋肉を制御するために自律神経系を調整するために働きます。 これは、交感神経系と副交感神経系の調節との間のバランスであり、心臓または平滑筋の収縮を上下に調節する。 P>


細胞生理学、第2版から。 頸動脈化学感覚細胞は、酸素レベルの低下に応答して単に脱分極することによって、血液中のpo2レベルを検出する。

頸動脈化学感覚細胞は、血中のpo2 メカニズムは、po2の通常のレベルの存在下で開いていることを、O2敏感なK+チャネルであるように見えます。 したがって、VmはEK+に近い。 しかし、酸素レベルが低下すると、K+チャネルが閉じ、Vmが脱分極し、電圧ゲートCa+2チャネルが開き、小胞融合および神経伝達物質放出を誘発する。
これが起こるかもしれない一つの方法は、O2がK+チャネルに結合しているヘム蛋白質に結合することによってK+チャネルを活性化することで P>


細胞生理学、第2版から。

逆に、K+チャネル開口の程度を変更すると、自発的な火災活動電位がその速度を増加させ、po2レベルの変化を知らせることができます

からCell Physiology、第2版。 po2レベルは、血管周囲の平滑筋に直接影響を与える可能性があります。

po2レベルは、血管周囲の平滑筋に直接影響を与える可能性があり これらの細胞の多くは、ATPによって阻害されるK+チャネルを有する。 Po2が低下すると、呼吸とATP産生も同様に低下します。 ATPのこの減少はk+チャネルの開始および平滑筋の収縮の阻止で起因します。 これは平滑筋の弛緩で血管の弛緩および減らされたpo2を経験しているティッシュへの増加の血の流れ起因します。
逆に、po2の増加は、ATP感受性K+チャネルのより大きな阻害をもたらし、したがって脱分極の程度をより大きくする。 より多くのCa+2チャネルが開いており、したがって、より大きな細胞質Ca+2レベル、平滑筋収縮のより大きな程度がある。 これにより、血管が収縮し(血管収縮)、周囲の組織へのPO2の移動が少なくなります。

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