spieren – glad

Hoofdstukken

Lodish 4e editie: Hoofdstuk 18
Lodish 5e editie: Hoofdstuk 5
Moyes en Schulte: hoofdstuk 6 pagina ’s 239-243
Moyes en Schulte: hoofdstuk 9 pagina’ s 380-381

gladde spiercellen


figuur 22-40 molecular biology of the cell, 4th Edition. De vier klassen van spiercellen van een zoogdier.
(A) schematische tekeningen (op schaal). (B-E) Scanning-elektronenmicrografen, met B) skeletspier van de hals van een hamster, C) hartspier van een rat, D) gladde spier van de urineblaas van een cavia, en E) myoepitheliale cellen in een secretoire alveolus van een zogende rattenklieren. De pijlen in (C) wijzen naar tussenliggende schijven—end-to-end verbindingen tussen de hartspiercellen; skeletspiercellen in lange spieren zijn van begin tot eind op een vergelijkbare manier met elkaar verbonden. Merk op dat de gladde spier wordt weergegeven bij een lagere vergroting dan de anderen.

gladde spieren omringen inwendige organen zoals de grote en dunne darm, de baarmoeder en grote bloedvaten. De samentrekking en ontspanning van gladde spieren controleert de diameter van bloedvaten en drijft voedsel langs het maagdarmkanaal.

gladde spiercellen zijn zeer heterogeen, d.w.z. meerdere verschillende typen. Ze worden gekenmerkt door een samenstel van korte, smalle cellen met verschillende eigenschappen. Vergeleken met skeletspieren, trekken gladde spiercellen samen en ontspannen ze zich langzaam, en ze kunnen gedurende lange tijd spanning creëren en behouden.


figuur 22-22. Moleculaire biologie van de cel. Diagram van een kleine slagader in doorsnede.

een gladde spier bestaat uit langwerpige spindelvormige cellen, elk met één enkele kern. Hoewel de gladde spiercellen met dikke en dunne filamenten worden ingepakt, zijn deze filamenten niet georganiseerd in goed geordende sarcomeren en dus wordt de gladde spier niet dwarsgestreept. In plaats daarvan worden de gloeidraden in vlotte spier verzameld in losse bundels, die aan dichte organismen in cytosol in bijlage zijn. Dichte lichamen hebben blijkbaar dezelfde functie als Z-schijven in skeletspieren. Het andere uiteinde van de dunne filamenten in veel gladde spiercellen is verbonden met bevestigingsplaques, die vergelijkbaar zijn met dichte lichamen, maar zich bevinden bij het plasmamembraan van een spiercel. Als een z-schijf, is een gehechtheidsplank rijk aan actin-bindende eiwit alpha–actinin; het bevat ook een tweede eiwit, vinculin, die aan een integrale membraanproteã ne in de plaque en aan alpha — actinin bindt, daardoor vastmakend actin filamenten aan membraanadhesieplaatsen.


figuur 18-26, vierde editie. Algemene structuur van skeletachtige en gladde spieren.
(b) gladde spieren bestaan uit losjes georganiseerde spindelvormige cellen die één enkele kern bevatten. De losse bundels van actin en myosin filamenten pakken het cytoplasma van vlotte spiercellen. Deze bundels worden verbonden met dichte organismen in cytosol en met het membraan bij bevestigingsplaques.


From Cell Physiology, Sperelakis, 2nd edition.

het model met schuifdraden wordt nog steeds gebruikt bij het samentrekken van gladde spieren. In gladde spiercellen is de samentrekking echter veel langzamer dan skeletspiercellen. De gladde spiercellen zullen verkorten als gevolg van samentrekking en zo spanning genereren.


From Cell Physiology, Sperelakis, 2nd edition.

In gladde spiercellen is het sarcoplasmatische reticulimenetwerk schaars en de toename van cytosolisch Ca2+ die nodig is voor spiercontractie komt via het plasmamembraan Ca2+-kanaal de cel binnen. Dit is vergelijkbaar met wat voorkomt in ongewervelde, kleine gewervelde, hartcellen. Dit betekent dat veranderingen in het cytosolic Ca2+ niveau veel langzamer optreden in gladde spieren (seconden tot minuten). Dit heeft het voordeel om de langzame, gestage reactie in contractiele spanning toe te staan die door gewervelde vlotte spier wordt vereist.

activering van gladde spiercellen

gladde spiercellen hebben meerdere receptoren en activatiemechanismen. Gladde spiercellen kunnen worden geactiveerd door neurotransmitters, hormonen, naburige cellen. Bijvoorbeeld, elektrische koppeling door gap junctions synchroniseert de samentrekkingen van de gladde spiercellen verantwoordelijk voor de peristaltische bewegingen van de darm.
Het algemene doel is echter altijd hetzelfde….verander niveaus van cytosolic Ca+2 om de mate van samentrekking te veranderen.

binnen een enkel orgaan en soms binnen een klein deel van een orgaan, kunnen gladde spiercellen samentrekken, ontspannen en signalen afgeven om functies uit te voeren. Bijvoorbeeld met in een bloedvat zijn er spontaan actieve pacemakercellen die over een paar of vele cellen kunnen worden geleid.

sommige gladde spiercellen hebben snelle contracties, terwijl andere trager zijn of de spiertonus aanhouden of langdurige contracties hebben. Aangezien dit een lage energiekosten zijn moeten er mechanismen zijn om voor het onderhoud van spanning over de cel toe te staan die van skeletspiercellen gespecialiseerd zijn.


From Cell Physiology, Sperelakis, 2nd edition.

contractie in sommige gladde spiercellen wordt gecontroleerd door veranderingen in membraanpotentiaal en sommige zijn puur door chemische/hormoonprocessen. Zenuw innervatie van gladde spiercellen is van het autonome zenuwstelsel en vergelijkbaar met hartspiercellen werkt over een breed gebied van algemene neurotransmitterversie. De functie van neurotransmitters is meestal om contractie te moduleren in plaats van contractie te starten (veel gladde spiercellen zoals hierboven vermeld hebben de mogelijkheid om spontaan te activeren). Samentrekkingen kunnen optreden Over minuten in plaats van milliseconden zoals werd gezien met skelet en honderden milliseconden zoals werd gezien met hartcellen.

samentrekking van gladde spiercellen

samentrekking van gladde spiercellen wordt niet gecontroleerd door binding van Ca+2 aan het troponinecomplex, zoals in de hart-en skeletspieren. Eerder ca + 2 controle myosin gehechtheid aan actin door een tussenstap van ca + 2/calmodulin en het is dit die samentrekking in vlotte spiercellen controleert. Troponine wordt niet gevonden in gladde spiercellen (tropomyosine is).

Caldemon en Ca + 2 / calmodulin


figuur 18-33, vierde editie. Ca2 + – afhankelijke mechanismen voor het reguleren van contractie in gladde spieren.(b) regulatie van de samentrekking van de gladde spieren door caldesmon. Bij lage Ca2+ concentraties (10-6 M) bindt caldesmon aan TM en actine, waardoor de binding van myosine aan actine wordt verminderd en de spieren in de ontspannen toestand blijven. Bij hogere concentraties Ca2+, bindt complex Ca2 + – calmodulin aan caldesmon, vrijgevend het van actin; aldus kan myosin met actin in wisselwerking staan en de spier kan contracteren. Phosphorylation door verscheidene kinases, met inbegrip van KAARTKINASE, en dephosphorylation door phosphatases regelen ook actin-bindende activiteit van caldesmon.

de activering van gladde spiermyosine kan worden gereguleerd door caldesmon, dat in lage Ca+2-spiegels bindt aan tropomyosine en actine en de binding van myosine aan actine blokkeert. Als ca + 2 niveaus ca+2 geactiveerd calmoduline verhogen om te binden aan caldesmon, waardoor het vrijkomt uit het tropomyosine/actine complex. Nu is myosin vrij om langs de dunne filamenten te binden en te bewegen om de cel te contracteren.

myosin light chain kinase and Ca + 2 / calmoduline

een ander mechanisme van gladde spiercontractie vereist de regulatie van de lichte kettingen die geassocieerd zijn met de myosin heavy chain

figuur 18-20, vierde editie.


figuur 18-34, vierde editie.
(b) in gewervelde gladde spieren activeert fosforylering van de myosine regulerende lichtketens op locatie X door Ca2+-afhankelijk myosine LC kinase contractie. Bij Ca2 + – concentraties “> ” 10-6 M is het myosine-LC-kinase inactief en een myosine-LC-fosfatase, die niet afhankelijk is van Ca2+ voor activiteit, dephosphoryleert de myosine-LC, wat spierontspanning veroorzaakt.

de activering van gladde spiermyosine vereist de fosforylering van de myosine lichte keten. Er zijn twee enzymen die dit proces, myosin lichte kettingkinase (MLCK) en myosin lichte ketting phosphotase controleren. Een van de twee myosine lichte kettingsparen geassocieerd met myosine in gladde spieren remt actin stimulatie van de myosine ATPase activiteit bij lage Ca2+ concentraties. Fosforylering van de myosin lichte keten door MLCK verwijdert deze remming en de gladde spier trekt samen. MLCK wordt geactiveerd door Ca2 + via calmoduline. Calcium bindt aan calmoduline en het Ca2 + – calmodulinecomplex bindt vervolgens aan myosine-LC-kinase en activeert het. Omdat deze wijze van regulering afhankelijk is van de verspreiding van Ca2+ en de werking van eiwitkinasen, is de spiercontractie veel langzamer in gladde spieren dan in skeletspieren. Hoe groter de hoeveelheid intracellulair Ca + 2, Hoe meer MLCK wordt geactiveerd en hoe groter de mate van contractie

de rol van geactiveerde MLCK werd bewezen door een kinaseremmer in gladde spiercellen te injecteren. De inhibitor blokkeerde de stijging van het cytosolic Ca2+ niveau geassocieerd met membraandepolarisatie (gemeten door Fura-2) niet, maar de geïnjecteerde cellen kunnen niet samentrekken.
Het effect van de kinaseremmer werd vervolgens overwonnen door het injecteren van een fragment MLCK dat altijd actief is (constitutief actief), zelfs in afwezigheid van Ca2+-calmoduline (deze behandeling heeft ook geen invloed op de Ca2+ – spiegels).

regulatie van gladde spiercontractie

gezien de grote diversiteit van gladde spiercellen zijn er veel middelen om gladde spiercontractie te moduleren. Voor deze cursus zullen voorbeelden van controle van bloedvaten en arteriolen worden gebruikt.

het belangrijkste middel dat de samentrekking van de gladde spieren onder controle wordt gehouden, is door veranderingen in het resing-membraanpotentieel.
depolarisatie veroorzaakt een grotere toename van cytosolisch Ca + 2 en dus een grotere samentrekking.hyperpolarisatie veroorzaakt een verminderde hoeveelheid cytosolisch Ca + 2 en ontspant zo de spiercel.
Het is echter belangrijk op te merken dat het vrijkomen van Ca+2 uit interne opslag ook kan leiden tot een grotere samentrekking door G-eiwitgemedieerde cascades die niets te maken hebben met veranderingen in membraandepolarisatie.

noradrenaline en epinefrine


From cell Physiology, 2nd edition.

afhankelijk van het type receptor kunnen noradrenaline en epinefrine verschillende resultaten hebben op de gladde spiercel. epinefrine gebonden aan bèta-adrenerge receptoren op gladde spiercellen van de darm zorgt ervoor dat ze ontspannen. Denk aan een gebruikelijke biologische reactie op tijden van intense stress, d.w.z. vlak voor een openbare orale presentatie bindt
Adrenaline zich ook aan de alfa2-adrenerge receptor die wordt aangetroffen op gladde spiercellen in de bloedvaten in het darmkanaal, de huid en de nieren. Epinefrine gebonden aan alfa2-receptoren zorgt ervoor dat de slagaders samentrekken (vernauwen), waardoor de bloedsomloop naar deze organen wordt verminderd. Deze reactie levert de maximale hoeveelheid energie aan de belangrijkste bewegingsspieren in reactie op lichamelijke stress.

Acetylcholine en stikstofmonoxide

Acetylcholine komt vrij door autonome zenuwen in de wanden van een bloedvat en zorgt ervoor dat gladde spiercellen in de vaatwand ontspannen. Acetylcholine handelt indirect door de nabijgelegen endothelial cellen te veroorzaken om NR te maken en vrij te geven, die dan de onderliggende vlotte spiercellen signaleert om te ontspannen.


figuur 20-42, vierde editie. cGMP bemiddelt lokale signalering door stikstofmonoxide.
(a) schematisch schema van de structuur van oplosbaar guanylaatcyclase. De Binding van stikstofmonoxide aan de heemgroep stimuleert de katalytische activiteit van het enzym, wat leidt tot de vorming van cGMP van GTP. (b) regulatie van de contractiliteit van arteriële gladde spieren door NO en cGMP. Stikstofmonoxide gesynthetiseerd in endotheliale cellen verspreidt lokaal door weefsel en activeert guanylaatcyclase in nabijgelegen gladde spiercellen. De resulterende stijging van cGMP leidt tot de ontspanning van de spier en vasodilatatie.

geen gas wordt gekatalyseerd door het enzym geen synthase uit arginine. Het gaat gemakkelijk over membranen en verspreidt snel uit de cel in naburige cellen. NO heeft een zeer korte halfwaardetijd (5-10 seconden) dus het werkt alleen lokaal. In veel doelcellen bindt er geen ijzer in de actieve plaats van het enzym guanylylcyclase, waardoor dit enzym wordt gestimuleerd om cyclisch GMP te produceren. De effecten van NO kunnen binnen enkele seconden optreden, omdat de normale omzetsnelheid van cyclisch GMP hoog is. cGMP wordt snel afgebroken tot GMP door een fosfodiësterase.

verhoogde cGMP activeert een kinase dat vervolgens leidt tot de remming van de instroom van calcium in de gladde spiercellen, en verminderde calcium-calmoduline stimulatie van myosine lichtketenkinase (MLCK). Dit vermindert beurtelings de phosphorylation van myosin lichte kettingen, daardoor verminderend de vlotte ontwikkeling van de spierspanning en veroorzakend vasodilatatie. andere aanwijzingen wijzen erop dat cGMP werkt via een kinase (cGMP-afhankelijk proteïnekinase PKG) dat op zijn beurt een K+ – kanaal fosforyleert om de spiercel

Nitroglycerine

Nitroglycerine te activeren en zo te hyperpolariseren, dat ongeveer 100 jaar wordt gebruikt voor de behandeling van patiënten met angina pectoris (pijn als gevolg van onvoldoende bloedtoevoer naar de hartspier). De nitroglycerine wordt omgezet in NO, wat de bloedvaten ontspant. Dit vermindert de belasting van het hart en vermindert de zuurstofniveaus die nodig zijn voor de hartspier.

Viagra

het geneesmiddel sildenafil remt deze cyclische GMP-fosfodiësterase en verlengt de tijd dat cyclische GMP-spiegels verhoogd blijven. De cyclische GMP houdt de bloedvaten ontspannen en in bepaalde delen van de mannelijke anatomie bloedpoelen en het resulterende effect heeft de verkoop van Viagra stijgende. Het is interessant om op te merken echter dat Viagra is niet specifiek voor de penis het cGMP niveaus door het lichaam zal beïnvloeden en kan een aantal interessante bijwerkingen hebben.

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.

het cardiovasculaire systeem is sterk gereguleerd, zodat er altijd een adequate toevoer van zuurstofrijk bloed naar de lichaamsweefsels is onder een breed scala van omstandigheden.
er zijn receptoren die reageren op de mate van bloeddruk en mechanische (barosensorische) informatie geven over druk in het slagadersysteem
er zijn receptoren die informatie geven over het niveau van zuurstof en kooldioxide in het bloed. deze sensorische systemen leveren input aan de ademhalingscontrolecentra van de hersenen die op hun beurt de parasympathische en sympathische zenuwen controleren die het hart, de bloedvaten en de middenrif spieren voor de ademhaling controleren.

We zullen ons alleen concentreren op de chemoreceptoren die zich voornamelijk in de halsslagader bevinden. Dit zijn kleine, gespecialiseerde organen gelegen bij de bifurcatie van de gemeenschappelijke halsslagaders (sommige chemosensorische weefsel wordt ook gevonden in de aorta). De chemoreceptoren in de halsslagader en de aorta geven informatie over de partiële druk van zuurstof (pO2) en kooldioxide (pCO2) in het bloed.
Deze informatie wordt door tweede orde neuronen doorgegeven aan de hypothalamus en andere gebieden in de hersenstam. Deze informatie over bloedgasniveaus werkt in een reflex om het autonome zenuwstelsel te moduleren om gladde en hartspieren te controleren. Het is een evenwicht tussen regulatie van het sympathische versus parasympathisch systeem om op of neer cardiale of gladde spiercontractie te regelen.


From cell Physiology, 2nd edition.

De chemosensorische cellen van de halsslagader detecteren PO2-concentraties in het bloed door simpelweg depolarisatie als reactie op een verlaagd zuurstofgehalte. Het mechanisme blijkt een O2 gevoelig K + kanaal, dat in aanwezigheid van normale niveaus van pO2 open is. Daarom ligt de Vm dicht bij EK+. Echter een zuurstofniveau daalt het K + kanaal sluit en Vm depolariseert waardoor het voltage-gated ca + 2 kanaal te openen en te triggeren vesikel fusie en neurotransmittervrijgave.
men denkt dat een manier waarop dit zou kunnen gebeuren is dat de O2 het K+ kanaal activeert door te binden aan een heem eiwit dat aan het K+ kanaal is gehecht.


From cell Physiology, 2nd edition.

omgekeerd zal het veranderen van de graad van de k+ – kanaalopening de cellen met het spontane vuuractiepotentieel in staat stellen hun snelheid te verhogen en zo een verandering in pO2-niveaus signaleren

van Celfysiology, 2nd edition.

pO2-spiegels kunnen een direct effect hebben op gladde spieren rond bloedvaten. Veel van deze cellen hebben K+ kanaal dat door ATP wordt geremd. Naarmate pO2 daalt, daalt ook de ademhaling en ATP-productie. Deze vermindering van ATP resulteert in het openen van K+ kanalen en de remming van gladde spiercontractie. Dit resulteert in de ontspanning van de gladde spieren de ontspanning van de bloedvaten en de verhoging van de bloedstroom in het weefsel dat wordt ervaren verminderde pO2.
omgekeerd resulteert een toename in pO2 in een grotere remming van de ATP gevoelige K+ kanalen en dus een grotere mate van depolarisatie. Meer ca + 2 kanalen zijn open en dus zijn er grotere cytosolic ca + 2 niveaus, grotere mate van gladde spiercontractie. Dit zorgt ervoor dat het bloedvat vernauwt (vasoconstrictie) en minder pO2-overdracht naar de omliggende weefsels.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.