Muskler – slät

Kapitel

Lodish 4: e upplagan: Kapitel 18
Lodish 5: e upplagan: Kapitel 5
Moyes och Schulte: Kapitel 6 sidor 239-243
Moyes och Schulte: Kapitel 9 sidor 380-381

glatta muskelceller


figur 22-40, cellens molekylärbiologi, 4: e upplagan. De fyra klasserna av muskelceller hos ett däggdjur.
(a) schematiska ritningar (till skala).
(B-E) Scanningelektronmikrografer, som visar (B) skelettmuskel från halsen av en hamster, (C) hjärtmuskeln från en råtta, (D) glatt muskulatur från urinblåsan hos ett marsvin, och (E) myoepiteliala celler i en sekretorisk alveolus från en lakterande råtta bröstkörtel. Pilarna i (C) pekar på interkalerade skivor-end-to-end-korsningar mellan hjärtmuskelcellerna; skelettmuskelceller i långa muskler förenas från slut till slut på ett liknande sätt. Observera att den glatta muskeln visas med en lägre förstoring än de andra.

släta muskler omger inre organ som stora och små tarmar, livmodern och stora blodkärl. Sammandragningen och avslappningen av släta muskler styr blodkärlens diameter och driver mat längs mag-tarmkanalen.

glatta muskelceller är mycket heterogena, dvs flera olika typer. De kännetecknas av en sammansättning av korta, smala celler med olika egenskaper. Jämfört med skelettmuskler kontraherar och slappnar glatta muskelceller långsamt, och de kan skapa och bibehålla spänningar under långa perioder.


figur 22-22. Molekylärbiologi av cellen. Diagram över en liten artär i tvärsnitt.

en glattmuskel består av långsträckta spindelformade celler, var och en med en enda kärna. Även om glatta muskelceller är packade med tjocka och tunna filament, är dessa filament inte organiserade i välordnade sarkomerer och sålunda är glattmuskel inte strimmad. Istället samlas filamenten i glatt muskulatur i lösa buntar, som är fästa vid täta kroppar i cytosolen. Täta kroppar tjänar tydligen samma funktion som Z-skivor i skelettmuskeln. Den andra änden av de tunna filamenten i många glatta muskelceller är ansluten till fästplåtar, som liknar täta kroppar men är belägna vid plasmamembranet i en muskelcell. Liksom en Z-skiva är en fästplatta rik på det aktinbindande proteinet alfa-aktinin; det innehåller också ett andra protein, vinculin, som binder till ett integrerat membranprotein i plack och till Alfa-aktinin och därigenom fäster aktinfilament till membranadhesionsställen.


figur 18-26, Lodish 4: e upplagan. Allmän struktur av skelett och glatt muskulatur. (b) glatt muskulatur består av löst organiserade spindelformade celler som innehåller en enda kärna. Lösa buntar av aktin-och myosinfilament packar cytoplasman hos glatta muskelceller. Dessa buntar är anslutna till täta kroppar i cytosolen och till membranet vid fästplåtar.


från cellfysiologi, Sperelakis, 2: a upplagan.

den glidande filamentmodellen används fortfarande i glatt muskelkontraktion. Men i glatta muskelceller kontraktion är mycket långsammare än skelettmuskelceller. De glatta muskelcellerna förkortas på grund av sammandragning och genererar därmed spänning.


från cellfysiologi, Sperelakis, 2: a upplagan.

i glatta muskelceller är det sarkoplasmiska retikulimnätet gles, och den största delen av ökningen av cytosolisk Ca2+ som behövs för muskelkontraktion kommer in i cellen via plasmamembranet Ca2+-kanalen. Detta liknar vad som förekommer i ryggradslösa, små ryggradsdjur, hjärtceller. Detta innebär att förändringar i den cytosoliska Ca2 + – nivån uppträder mycket långsammare i glatt muskulatur (sekunder till minuter). Detta har fördelen att tillåta det långsamma, stadiga svaret i kontraktil spänning som krävs av ryggradslösa glatta muskler.

aktivering av glatta muskelceller

glatta muskelceller har flera receptorer och aktiveringsmekanismer. Glatta muskelceller kan aktiveras av neurotransmittorer, hormoner, angränsande celler. Till exempel synkroniserar elektrisk koppling genom gapkorsningar sammandragningarna av de glatta muskelcellerna som är ansvariga för tarmens peristaltiska rörelser.
men det övergripande målet är alltid detsamma….ändra nivåer av cytosolisk Ca + 2 för att ändra graden av sammandragning.

inom ett enda organ och ibland inom en liten del av ett organ kan släta muskelceller kontrahera, koppla av och släppa signaler för att utföra funktioner. Till exempel med i ett blodkärl finns det spontant aktiva pacemakerceller som kan utföras över några eller många celler.

vissa glatta muskelceller har snabba sammandragningar medan andra är långsammare eller upprätthåller muskelton eller långvariga sammandragningar under långa perioder. Eftersom detta är en låg energikostnader måste det finnas mekanismer för att möjliggöra underhåll av spänning över cellen som är specialiserade från skelettmuskelceller.


från cellfysiologi, Sperelakis, 2: a upplagan.

sammandragning i vissa glatta muskelceller styrs av förändringar i membranpotential och vissa är rent genom kemiska/hormonprocesser. Nerv innervation av glatta muskelceller är från det autonoma nervsystemet och liknar hjärtmuskelceller fungerar över ett brett område av allmän neurotransmittorfrisättning. Funktionen hos neurotransmittorer är vanligtvis att modulera sammandragning snarare än att initiera sammandragning (många glatta muskelceller som nämnts ovan har förmågan att spontant aktivera). Sammandragningar kan inträffa under minuter snarare än millisekunder som sågs med skelett och hundratals millisekunder som sågs med hjärtceller.

glatt muskelcellkontraktion

glatt muskelkontraktion kontrolleras inte av bindningen av Ca+2 till troponinkomplexet som det är i hjärt-och skelettmuskler. Snarare kontrollerar Ca + 2 myosinfästning till aktin genom ett mellansteg av Ca+2/kalmodulin och det är detta som styr sammandragning i glatta muskelceller. Troponin finns inte i glatta muskelceller (tropomyosin är).

Caldemon och Ca+2 / calmodulin


figur 18-33, Lodish 4: e upplagan. Ca2 + – beroende mekanismer för reglering av sammandragning i glatt muskulatur.
(b) reglering av glatt muskelkontraktion av caldesmon. Vid låga Ca2+ – koncentrationer (10-6 M) binder caldesmon till TM och aktin, vilket minskar bindningen av myosin till aktin och håller muskeln i avslappnat tillstånd. Vid högre Ca2 + – koncentrationer binder ett Ca2 + – kalmodulinkomplex till caldesmon och frigör det från aktin; således kan myosin interagera med aktin och muskeln kan dra ihop sig. Fosforylering av flera kinaser, inklusive MAP-Kinas, och defosforylering av fosfataser reglerar också caldesmons aktinbindande aktivitet.

aktiveringen av glatt muskelmyosin kan regleras av caldesmon som i låga Ca+2-nivåer binder till tropomyosin och aktin och blockerar myosinbindning till aktin. När ca+2-nivåerna ökar ca + 2 aktiveras kalmodulin för att binda till caldesmon som frigör det från tropomyosin/aktinkomplexet. Nu är myosin fritt att binda och röra sig längs de tunna filamenten för att dra ihop cellen.

Myosin light chain Kinas och Ca + 2/calmodulin

en annan mekanism för glatt muskelkontraktion kräver reglering av de lätta kedjorna som är associerade med myosin heavy chain

figur 18-20, Lodish 4: e upplagan.


figur 18-34, Lodish 4: e upplagan.
(b) i ryggradsdjur glatt muskulatur, fosforylering av myosinreglerande lätta kedjor på plats X av Ca2+-beroende myosin LC-Kinas aktiverar sammandragning. Vid Ca2 + – koncentrationer ”>”10-6 M är myosin LC-kinaset inaktivt och ett myosin LC-fosfatas, som inte är beroende av Ca2+ för aktivitet, defosforylerar myosin LC, vilket orsakar muskelavslappning.

aktiveringen av glatt muskelmyosin kräver fosforylering av myosinljuskedjan. Det finns två enzymer som styr denna process, myosin light chain Kinas (MLCK) och myosin light chain fosfotas. Ett av de två myosin-lätta kedjeparen associerade med myosin i glatt muskulatur hämmar aktinstimulering av myosin ATPas-aktiviteten vid låga Ca2+ – koncentrationer. Fosforylering av myosinljuskedjan med MLCK avlägsnar denna hämning och glattmuskelkontrakten. MLCK aktiveras av Ca2 + genom kalmodulin. Kalcium binder till kalmodulin, och Ca2+-kalmodulin-komplexet binder sedan till myosin LC-Kinas och aktiverar det. Eftersom detta regleringssätt är beroende av diffusion av Ca2+ och verkan av proteinkinaser, är muskelkontraktion mycket långsammare i glatt muskel än i skelettmuskel. Ju större mängd intracellulär Ca + 2 desto mer mlck aktiveras och desto större grad av sammandragning

rollen av aktiverad MLCK bevisades genom att injicera en kinashämmare i glatta muskelceller. Hämmaren blockerade inte ökningen av den cytosoliska Ca2+-nivån associerad med membrandepolarisering (mätt med Fura-2), men de injicerade cellerna kan inte dra ihop sig.
effekten av kinashämmaren övervinnades sedan genom att injicera ett fragment av MLCK som alltid är aktivt (konstitutivt aktivt) även i frånvaro av Ca2+-kalmodulin (denna behandling påverkar inte heller Ca2+ – nivåer).

reglering av glatt muskelkontraktion

Med tanke på den breda mångfalden av glatta muskelceller finns det många sätt att modulera glatt muskelkontraktion. För denna kurs kommer exempel på kontroll av blodkärl och arterioler att användas.

det huvudsakliga sättet att kontrollera glatt muskelkontraktion kontrolleras är genom förändringar i resingmembranpotential.
depolarisering orsakar en större ökning av cytosolisk Ca + 2 och därmed större sammandragning.hyperpolarisering orsakar en minskad mängd cytosolisk Ca + 2 och slappnar sålunda av muskelcellen.det är dock viktigt att notera att frisättning av Ca+2 från interna butiker också kan leda till större sammandragning genom g-proteinmedierade kaskader som inte har något att göra med förändringar i membrandepolarisering.

noradrenalin och epinefrin


från cellfysiologi, 2: a upplagan.

beroende på typen av receptor noradrenalin och epinefrin kan ha olika resultat på glattmuskelcellen. epinefrin bunden till beta-adrenerga receptorer på glatta muskelceller i tarmen får dem att slappna av. Tänk på ett vanligt biologiskt svar på tider med intensiv stress, dvs. precis innan en offentlig muntlig presentation
epinefrin binder också till alfa2-adrenerga receptorn finns på glatta muskelceller foder blodkärlen i tarmkanalen, hud och njurar. Epinefrin bunden till alfa2-receptorer får artärerna att dra ihop sig (förtränga), vilket minskar cirkulationen till dessa organ. Detta svar ger maximal mängd energi till de stora lokomotoriska musklerna som svar på kroppslig stress.

acetylkolin och kväveoxid

acetylkolin frigörs av autonoma nerver i väggarna i ett blodkärl, och det får glatta muskelceller i kärlväggen att slappna av. Acetylkolin verkar indirekt genom att inducera de närliggande endotelcellerna att göra och släppa NO, vilket sedan signalerar de underliggande glatta muskelcellerna att slappna av.


figur 20-42, Lodish 4: e upplagan. cGMP förmedlar lokal signalering med kväveoxid.
(a) schematiskt diagram över strukturen av lösligt guanylatcyklas. Bindning av kväveoxid till hemgruppen stimulerar enzymets katalytiska aktivitet, vilket leder till bildning av cGMP från GTP.
(b) reglering av kontraktilitet av arteriell glatt muskulatur av NO och cGMP. Kväveoxid syntetiserad i endotelceller diffunderar lokalt genom vävnad och aktiverar guanylatcyklas i närliggande glatta muskelceller. Den resulterande ökningen av cGMP leder till avslappning av muskeln och vasodilation.

ingen gas katalyseras av enzymet NO-syntas från arginin. Det passerar lätt över membran och diffunderar snabbt ut ur cellen i angränsande celler. NO har en mycket kort halveringstid (5-10 sekunder) så det fungerar bara lokalt. I många målceller binder NO till järn på det aktiva stället för enzymet guanylylcyklas, vilket stimulerar detta enzym att producera cyklisk GMP. Effekterna av NO kan inträffa inom några sekunder, eftersom den normala omsättningshastigheten för cyklisk GMP är hög. cGMP bryts snabbt ned till GMP av ett fosfodiesteras.

ökad cGMP aktiverar ett Kinas som därefter leder till inhibering av kalciuminflöde i glattmuskelcellen och minskad kalciumkalmodulinstimulering av myosinljuskedjekinas (MLCK). Detta minskar i sin tur fosforyleringen av myosinljuskedjor, vilket minskar utvecklingen av glatt muskelspänning och orsakar vasodilation. andra bevis tyder på att cGMP fungerar genom ett Kinas (cGMP-beroende proteinkinas PKG) som i sin tur fosforylerar en k+ – kanal för att aktivera och därmed hyperpolarisera muskelcellen

nitroglycerin

nitroglycerin, som har använts i cirka 100 år för att behandla patienter med angina (smärta till följd av otillräckligt blodflöde till hjärtmuskeln). Nitroglycerinet omvandlas till NO, vilket slappnar av blodkärlen. Detta minskar arbetsbelastningen på hjärtat och minskar syrenivåerna som behövs av hjärtmuskeln.

Viagra

läkemedlet sildenafil hämmar detta cykliska GMP-fosfodiesteras och ökar den tid som cykliska GMP-nivåer förblir förhöjda. Den cykliska GMP håller blodkärlen avslappnad och i vissa delar av den manliga anatomin blod pooler och den resulterande effekten har försäljning av Viagra skyhöga. Det är intressant att notera dock att Viagra inte är specifikt för penis, det kommer att påverka cGMP-nivåer i hela kroppen och kan ha några intressanta biverkningar.

tabell 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 kardiovaskulära systemet är starkt reglerat så att det alltid finns en tillräcklig tillförsel av syresatt blod till kroppsvävnaderna under ett brett spektrum av omständigheter.
det finns receptorer som svarar på graden av blodtryck och ger mekanisk (barosensorisk) information om tryck i artärsystemet
det finns receptorer som ger information om nivån av syre och koldioxid i blodet. dessa sensoriska system ger inmatning till hjärnans respiratoriska kontrollcentraler som i sin tur styr de parasympatiska och sympatiska nerverna som kommer att kontrollera hjärtat, blodkärlen och membranmusklerna för andning.

Vi kommer endast att koncentrera oss på kemoreceptorerna som huvudsakligen finns i karotidkropparna. Dessa är små, specialiserade organ som ligger vid bifurkationen av de vanliga halspulsåderna (viss kemosensorisk vävnad finns också i aortan). Kemoreceptorerna i karotidkropparna och aortan ger information om partialtrycket av syre (pO2) och koldioxid (pCO2) i blodet.
denna information vidarebefordras av andra ordningens neuroner till hypotalamus och andra regioner i hjärnstammen. Denna information om blodgasnivåer fungerar i en reflex för att modulera det autonoma nervsystemet för att kontrollera släta och hjärtmuskler. Det är en balans mellan reglering av det sympatiska kontra parasympatiska systemet för att upp eller ner reglera hjärt-eller glattmuskelkontraktion.


från cellfysiologi, 2: a upplagan.

de karotiskkemosensoriska cellerna upptäcker nivåer av pO2 i blodet genom att helt enkelt depolarisera som svar på minskade nivåer av syre. Mekanismen verkar vara en O2-känslig K + – kanal, som i närvaro av normala nivåer av pO2 är öppen. Därför är Vm nära EK+. Men en syrehalt sjunker K + – kanalen stängs och Vm depolariserar så att den spänningsstyrda Ca+2-kanalen öppnas och utlöser vesikelfusion och neurotransmittorfrisättning. man tror att ett sätt att detta kan inträffa är att O2 aktiverar k + – kanalen genom att binda till ett hemprotein som är fäst vid K+ – kanalen.


från cellfysiologi, 2: a upplagan.

omvänt ändra graden av k + kanalöppningen kommer att tillåta de celler som spontan brand aktionspotentialer för att öka sin hastighet och därmed signalera en förändring i pO2 nivåer

från Cell Physiology, 2nd edition.

pO2-nivåer kan ha en direkt effekt på släta muskler runt blodkärlen. Många av dessa celler har K + – kanal som hämmas av ATP. Som PO2 droppar så gör andning och ATP-produktion. Denna minskning av ATP resulterar i öppningen av K+ – kanaler och inhiberingen av glatt muskelkontraktion. Detta resulterar i avslappning av de släta musklerna avslappningen av blodkärlen och ökningen blodflödet i vävnaden som upplever minskad pO2. omvänt resulterar en ökning av pO2 i större inhibering av ATP-känsliga K+ – kanaler och därmed en större grad av depolarisering. Fler Ca + 2-kanaler är öppna och därmed finns det större cytosoliska Ca+2-nivåer, större grad av glatt muskelkontraktion. Detta får blodkärlet att förträngas (vasokonstriktion) och mindre PO2-överföring till omgivande vävnader.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.