mięśnie gładkie

rozdziały

Lodish 4th edition: Chapter 18
Lodish 5th edition: Chapter 5
Moyes and Schulte: Chapter 6 pages 239-243
Moyes and Schulte: Chapter 9 pages 380-381

komórki mięśni gładkich


rysunek 22-40, Molecular Biology of the cell, 4th edition. Cztery klasy komórek mięśniowych ssaka.
(a) rysunki schematyczne (w skali).
(B-E) skanujące mikroskopy elektronowe, pokazujące (B) mięsień szkieletowy szyi chomika, (C) mięsień sercowy szczura, (d) mięsień gładki pęcherza moczowego świnki morskiej oraz (e) komórki mioepitelialne w pęcherzyku wydzielniczym z gruczołu sutkowego karmiącego szczura. Strzałki w (C) wskazują na międzykalowane dyski—połączenia end-to-end między komórkami mięśnia sercowego; komórki mięśni szkieletowych w mięśniach długich są połączone od końca do końca w podobny sposób. Zauważ, że mięsień gładki jest pokazany w mniejszym powiększeniu niż inne.

mięśnie gładkie otaczają narządy wewnętrzne, takie jak jelita grube i cienkie, macica i duże naczynia krwionośne. Skurcz i rozluźnienie mięśni gładkich kontroluje średnicę naczyń krwionośnych i napędza pokarm wzdłuż przewodu pokarmowego.

komórki mięśni gładkich są bardzo niejednorodne tj. wiele różnych typów. Charakteryzują się zespołem krótkich, wąskich komórek o różnych właściwościach. W porównaniu z mięśniami szkieletowymi, komórki mięśni gładkich kurczą się i relaksują powoli, a także mogą tworzyć i utrzymywać napięcie przez długi czas.


Biologia molekularna komórki. Schemat małej tętnicy w przekroju.

mięsień gładki składa się z wydłużonych komórek wrzecionowatych, z których każda ma pojedyncze jądro. Chociaż komórki mięśni gładkich są wypełnione grubymi i cienkimi włóknami, włókna te nie są zorganizowane w dobrze uporządkowane sarcomeres, a zatem mięśnie gładkie nie są prążkowane. Zamiast tego włókna w mięśniach gładkich są gromadzone w luźne wiązki, które są przymocowane do gęstych ciał w cytozolu. Gęste ciała najwyraźniej pełnią taką samą funkcję jak dyski Z w mięśniach szkieletowych. Drugi koniec cienkich włókien w wielu komórkach mięśni gładkich jest połączony z płytkami mocującymi, które są podobne do gęstych ciał, ale znajdują się na błonie plazmatycznej komórki mięśniowej. Podobnie jak Dysk Z, płytka mocująca jest bogata w białko Alfa-aktyninę wiążącą aktynę; zawiera również drugie białko, winkulinę, która wiąże się z integralnym białkiem błonowym w płytce i Alfa-aktyniną, przyłączając w ten sposób włókna aktyny do miejsc adhezji membranowej.


Ogólna struktura mięśni szkieletowych i gładkich.
(b) mięsień gładki składa się z luźno zorganizowanych komórek w kształcie wrzeciona, które zawierają pojedyncze jądro. Luźne wiązki włókien aktyny i miozyny pakują cytoplazmę komórek mięśni gładkich. Wiązki te są połączone z gęstymi ciałami w cytozolu i z błoną w blaszkach przyłączeniowych.


z fizjologii komórek, Sperelakis, wydanie II.

model włókien ślizgowych jest nadal stosowany w skurczu mięśni gładkich. Jednak w komórkach mięśni gładkich skurcz jest znacznie wolniejszy niż w komórkach mięśni szkieletowych. Komórki mięśni gładkich skracają się w wyniku skurczu, a tym samym generują napięcie.


z fizjologii komórek, Sperelakis, wydanie 2.

w komórkach mięśni gładkich sieć retikulimów sarkoplazmatycznych jest rzadka, a znaczny wzrost Cytozolicznego Ca2+ potrzebny do skurczu mięśni dostaje się do komórki przez kanał plazmowo-błonowy Ca2+. Jest to podobne do tego, co występuje u bezkręgowców, małych kręgowców, komórek serca. Oznacza to, że zmiany poziomu Cytozolicznego Ca2+ występują znacznie wolniej w mięśniach gładkich (od Sekund Do minut). Ma to tę zaletę, że pozwala na powolną, stałą reakcję w napięciu skurczowym, które jest wymagane przez mięśnie gładkie kręgowców.

Aktywacja komórek mięśni gładkich

komórki mięśni gładkich mają wiele receptorów i mechanizmów aktywacji. Komórki mięśni gładkich mogą być aktywowane przez neuroprzekaźniki, hormony, sąsiednie komórki. Na przykład połączenie elektryczne przez złącza szczelinowe synchronizuje skurcze komórek mięśni gładkich odpowiedzialnych za perystaltyczne ruchy jelita.
jednak ogólny cel jest zawsze taki sam….Zmień poziom Cytozolic Ca+2, aby zmienić stopień skurczu.

w obrębie pojedynczego narządu, a czasami w obrębie niewielkiej części narządu, komórki mięśni gładkich mogą kurczyć się, rozluźniać i uwalniać sygnały do wykonywania funkcji. Na przykład w naczyniu krwionośnym są spontanicznie aktywne komórki rozrusznika serca, które mogą być prowadzone w kilku lub wielu komórkach.

niektóre komórki mięśni gładkich mają szybkie skurcze, podczas gdy inne są wolniejsze lub utrzymują napięcie mięśni lub długotrwałe skurcze przez długi czas. Ponieważ jest to niski koszt energii, muszą istnieć mechanizmy umożliwiające utrzymanie napięcia w całej komórce, które są wyspecjalizowane w komórkach mięśni szkieletowych.


z fizjologii komórek, Sperelakis, wydanie 2.

skurcz w niektórych komórkach mięśni gładkich jest kontrolowany przez zmiany potencjału błonowego, a niektóre są wyłącznie za pośrednictwem procesów chemicznych / hormonalnych. Unerwienie nerwów komórek mięśni gładkich pochodzi z autonomicznego układu nerwowego i podobnie jak komórki mięśnia sercowego działa na szerokim obszarze ogólnego uwalniania neuroprzekaźników. Funkcją neuroprzekaźników jest zwykle modulowanie skurczu, a nie inicjowanie skurczu (wiele komórek mięśni gładkich, jak wspomniano powyżej, ma zdolność spontanicznej aktywacji). Skurcze mogą wystąpić w ciągu kilku minut, a nie milisekund, jak to było widoczne w przypadku szkieletu i setek milisekund, jak to było widoczne w przypadku komórek serca.

skurcz komórek mięśni gładkich

skurcz mięśni gładkich nie jest kontrolowany przez wiązanie Ca+2 z kompleksem troponiny, jak to ma miejsce w mięśniach sercowych i szkieletowych. Raczej Ca+2 kontrolować przyłączenie miozyny do aktyny przez pośredni etap Ca+2 / calmodulina i to jest to, że kontroluje skurcz w komórkach mięśni gładkich. Troponina nie występuje w komórkach mięśni gładkich (tropomiozyna jest).

Caldemon i Ca+2/calmodulin


Ca2+-zależne od mechanizmów regulacji skurczu mięśni gładkich.
(b) Regulacja skurczu mięśni gładkich przez caldesmon. Przy niskich stężeniach Ca2+ (10-6 M) caldesmon wiąże się z TM i aktyną, zmniejszając Wiązanie miozyny z aktyną i utrzymując mięśnie w stanie rozluźnienia. Przy wyższych stężeniach Ca2+ kompleks Ca2 + – calmodulina wiąże się z caldesmonem, uwalniając go z aktyny; w ten sposób miozyna może wchodzić w interakcje z aktyną, a mięsień może się kurczyć. Fosforylacja przez kilka kinaz, wliczając map kinazy, i defosforylacja przez fosfatazy także regulować caldesmon ’ s aktyna wiążąca aktywność.

aktywacja miozyny mięśni gładkich może być regulowana przez caldesmon, który w niskich poziomach Ca+2 wiąże się z tropomiozyną i aktyną i blokuje wiązanie miozyny z aktyną. Wraz ze wzrostem poziomu Ca+2 aktywowana kalmodulina Ca+2 wiąże się z kaldesmonem, który uwalnia ją z kompleksu tropomiozyna / aktyna. Teraz miozyna może swobodnie wiązać i poruszać się wzdłuż cienkich włókien, aby skurczyć komórkę.

kinaza łańcucha lekkiego miozyny i Ca+2/kalmodulina

inny mechanizm skurczu mięśni gładkich wymaga regulacji łańcuchów lekkich, które są związane z łańcuchem ciężkim miozyny

Fig.

(b) w mięśniach gładkich kręgowców fosforylacja regulujących miozyny łańcuchów lekkich w miejscu X przez zależną od Ca2+kinazę miozyny LC aktywuje skurcz. W stężeniach Ca2+”> ” 10-6 M kinaza miozyny LC jest nieaktywna, a fosfataza miozyny LC, która nie jest zależna od aktywności Ca2+, defosforyluje miozynę LC, powodując rozluźnienie mięśni.

aktywacja miozyny mięśni gładkich wymaga fosforylacji łańcucha lekkiego miozyny. Istnieją dwa enzymy, które kontrolują ten proces, kinaza lekkiego łańcucha miozyny (MLCK) i fosfotaza lekkiego łańcucha miozyny. Jedna z dwóch par łańcucha lekkiego miozyny związanych z miozyną w mięśniach gładkich hamuje aktynową stymulację aktywności ATPazy miozyny przy niskich stężeniach Ca2+. Fosforylacja łańcucha lekkiego miozyny metodą MLCK usuwa to hamowanie i kurczy mięśnie gładkie. MLCK jest aktywowany przez Ca2+ poprzez kalmodulinę. Wapń wiąże się z kalmoduliną, a kompleks Ca2+ – kalmodulina wiąże się następnie z kinazą miozyny LC i aktywuje ją. Ponieważ ten tryb regulacji opiera się na dyfuzji Ca2+ i działaniu kinaz białkowych, skurcz mięśni jest znacznie wolniejszy w mięśniach gładkich niż w mięśniach szkieletowych. Im większa ilość wewnątrzkomórkowego Ca+2 tym więcej MLCK jest aktywowany i tym większy stopień skurczu

rola aktywowanego MLCK została udowodniona poprzez wstrzyknięcie inhibitora kinazy do komórek mięśni gładkich. Inhibitor nie blokował wzrostu cytozolicznego poziomu Ca2+ związanego z depolaryzacją błony (mierzoną za pomocą Fura-2), ale wstrzyknięte komórki nie mogą się kurczyć.
działanie inhibitora kinazy zostało następnie przezwyciężone przez wstrzyknięcie fragmentu MLCK, który jest zawsze aktywny (konstytutywnie aktywny) nawet przy braku Ca2+-kalmoduliny (leczenie to również nie wpływa na poziomy Ca2+).

Regulacja skurczu mięśni gładkich

ze względu na dużą różnorodność komórek mięśni gładkich istnieje wiele sposobów modulowania skurczu mięśni gładkich. W tym kursie zostaną wykorzystane przykłady kontroli naczyń krwionośnych i tętnic.

głównym sposobem kontrolowania skurczu mięśni gładkich jest zmiana potencjału błony resingowej.
depolaryzacja powoduje większy wzrost Cytozolicznego Ca+2, a tym samym większy skurcz.
Hiperpolaryzacja powoduje zmniejszenie ilości Cytosolic Ca+2 i tym samym rozluźnia komórkę mięśniową.
jednak ważne jest, aby pamiętać, że uwalnianie Ca+2 z wewnętrznych magazynów może również prowadzić do większego skurczu poprzez kaskady pośredniczące w białku G, które nie mają nic wspólnego ze zmianami depolaryzacji błony.

norepinefryna i epinefryna


z fizjologii komórek, wydanie II.

w zależności od rodzaju receptora norepinefryna i epinefryna mogą mieć różne wyniki na komórce mięśni gładkich.
epinefryna związana z receptorami beta-adrenergicznymi na komórkach mięśni gładkich jelita powoduje ich rozluźnienie. Pomyśl o zwykłej reakcji biologicznej na czasy intensywnego stresu, tj. bezpośrednio przed publiczną prezentacją doustną
epinefryna wiąże się również z receptorem alfa2-adrenergicznym znajdującym się w komórkach mięśni gładkich wyściełających naczynia krwionośne w przewodzie pokarmowym, skórze i nerkach. Epinefryna związana z receptorami alfa2 powoduje kurczenie się tętnic (zwężenie), zmniejszając krążenie do tych narządów. Ta odpowiedź dostarcza maksymalną ilość energii do głównych mięśni ruchu w odpowiedzi na stres ciała.

acetylocholina i tlenek azotu

acetylocholina jest uwalniana przez nerwy autonomiczne w ścianach naczynia krwionośnego i powoduje rozluźnienie komórek mięśni gładkich w ścianie naczynia. Acetylocholina działa pośrednio, indukując pobliskie komórki śródbłonka do wytwarzania i uwalniania NO, co następnie sygnalizuje leżącym poniżej komórkom mięśni gładkich rozluźnienie.


cGMP pośredniczy w sygnalizacji lokalnej przez tlenek azotu.
(a) schemat struktury rozpuszczalnej cyklazy guanylowej . Wiązanie tlenku azotu z grupą hemu stymuluje aktywność katalityczną enzymu, prowadząc do powstania cGMP z GTP.
(b) Regulacja kurczliwości mięśnia gładkiego tętnicy przez NO i cGMP. Tlenek azotu syntetyzowany w komórkach śródbłonka dyfunduje lokalnie przez tkankę i aktywuje cyklazę guanylową w pobliskich komórkach mięśni gładkich. Wynikający z tego wzrost cGMP prowadzi do rozluźnienia mięśni i rozszerzenia naczyń krwionośnych.

Gaz NO jest katalizowany przez enzym syntazy NO z argininy. Łatwo przechodzi przez błony i szybko dyfunduje z komórki do sąsiednich komórek. NO ma bardzo krótki okres półtrwania (5-10 sekund), więc działa tylko lokalnie. W wielu komórkach docelowych NO wiąże się z żelazem w miejscu aktywnym enzymu cyklazy guanylowej, stymulując ten enzym do wytwarzania cyklicznego GMP. Skutki NO mogą wystąpić w ciągu kilku sekund, ponieważ normalna szybkość obrotu cyklicznego GMP jest wysoka. cGMP jest szybko rozkładany do GMP przez fosfodiesterazę.

zwiększona aktywność cGMP aktywuje kinazę, która następnie prowadzi do hamowania napływu wapnia do komórek mięśni gładkich i zmniejszonej stymulacji kalmoduliny wapniowej kinazy łańcucha lekkiego miozyny (MLCK). To z kolei zmniejsza fosforylację łańcuchów lekkich miozyny, zmniejszając w ten sposób rozwój napięcia mięśni gładkich i powodując rozszerzenie naczyń krwionośnych.
inne dowody sugerują, że cGMP działa poprzez kinazę (zależną od cGMP kinazę białkową PKG), która z kolei fosforyluje kanał K+, aby aktywować, a tym samym hiperpolaryzować komórkę mięśniową

nitroglicerynę

nitroglicerynę, która była stosowana od około 100 lat w leczeniu pacjentów z dławicą piersiową (ból wynikający z niewystarczającego przepływu krwi do mięśnia sercowego). Nitrogliceryna jest przekształcana w NO, co rozluźnia naczynia krwionośne. Zmniejsza to obciążenie pracą serca i zmniejsza poziom tlenu potrzebnego przez mięsień sercowy.

Viagra

lek sildenafil hamuje tę cykliczną fosfodiesterazę GMP i zwiększa czas, przez który cykliczne poziomy GMP pozostają podwyższone. Cykliczny GMP utrzymuje naczynia krwionośne rozluźnione, a w niektórych częściach męskiej anatomii kałuże krwi, a wynikający z tego efekt powoduje wzrost sprzedaży Viagry. Warto jednak zauważyć, że Viagra nie jest specyficzna dla penisa, co wpłynie na poziom cGMP w całym ciele i może mieć interesujące skutki uboczne.

tabela 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.

układ sercowo-naczyniowy jest silnie regulowany, dzięki czemu zawsze istnieje odpowiedni dopływ natlenionej krwi do tkanek ciała w wielu różnych okolicznościach.
istnieją receptory, które reagują na stopień ciśnienia krwi i dostarczają mechanicznej (barosensorycznej) informacji o ciśnieniu w układzie tętnic
istnieją receptory, które dostarczają informacji o poziomie tlenu i dwutlenku węgla we krwi.
te systemy sensoryczne zapewniają wejście do ośrodków kontroli oddechowej mózgu, które z kolei kontrolują przywspółczulne i współczulne nerwy, które kontrolują serce, naczynia krwionośne i mięśnie przepony do oddychania.

skupimy się tylko na chemoreceptorach, które znajdują się głównie w ciałach szyjnych. Są to małe, wyspecjalizowane narządy zlokalizowane w rozwidleniu wspólnych tętnic szyjnych (niektóre tkanki chemosensoryczne znajdują się również w aorcie). Chemoreceptory w ciałach szyjnych i aorcie dostarczają informacji o ciśnieniu częściowym tlenu (pO2) i dwutlenku węgla (pCO2) we krwi.
informacja ta jest przekazywana przez neurony drugiego rzędu do podwzgórza i innych regionów pnia mózgu. Ta informacja o poziomie gazu we krwi działa w odruchu modulować autonomiczny układ nerwowy do kontroli mięśni gładkich i serca. Jest to równowaga między regulacją układu współczulnego a przywspółczulnego, aby regulować skurcz mięśnia sercowego lub gładkiego.


z fizjologii komórek, wydanie II.

komórki chemosensory szyjnej wykrywają poziom pO2 we krwi po prostu depolaryzując w odpowiedzi na obniżony poziom tlenu. Mechanizm wydaje się być czułym na O2 kanałem K+, który w obecności normalnych poziomów pO2 jest otwarty. Dlatego Vm jest zbliżony do EK+. Jednak poziom tlenu spada kanał K+ zamyka się i vm depolaryzuje pozwalając na otwarcie kanału Ca+2 z bramką napięciową i wyzwalanie fuzji pęcherzyków i uwalniania neuroprzekaźników.
uważa się, że jednym ze sposobów, w jaki może to nastąpić, jest to, że O2 aktywuje kanał K+ poprzez wiązanie się z białkiem hemu, które jest przyłączone do kanału k+.


z fizjologii komórek, wydanie II.

odwrotnie zmiana stopnia otwarcia kanału K+ pozwoli tym komórkom, które spontanicznie działają ogniowo, zwiększyć ich szybkość, a tym samym zasygnalizować zmianę poziomów pO2

z fizjologii komórki, wydanie 2.

poziom pO2 może mieć bezpośredni wpływ na mięśnie gładkie wokół naczyń krwionośnych. Wiele z tych komórek ma kanał K+, który jest hamowany przez ATP. Wraz ze spadkiem pO2 następuje także oddychanie i produkcja ATP. To zmniejszenie ATP powoduje otwarcie kanałów K+ i hamowanie skurczu mięśni gładkich. Powoduje to rozluźnienie mięśni gładkich, rozluźnienie naczyń krwionośnych i zwiększenie przepływu krwi do tkanki, która doświadcza zmniejszonego pO2.
natomiast wzrost pO2 powoduje większe hamowanie kanałów K+ wrażliwych na ATP, a tym samym większy stopień depolaryzacji. Więcej kanałów Ca+2 jest otwartych, a tym samym występuje większy poziom Cytozoliczny Ca+2, większy stopień skurczu mięśni gładkich. Powoduje to zwężenie naczyń krwionośnych (zwężenie naczyń) i mniejsze przenoszenie pO2 do otaczających tkanek.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.