eksitaatio–Supistumakytkentä
eksitaatio–supistumakytkentä on sarkolemmassa syntyvän aktiopotentiaalin ja lihassupistuksen alun välinen yhteys (transduktio). Kalsiumin vapautumisen laukaisija sarkoplasmaisesta retikulumista sarkoplasmaan on hermosignaali. Jokaista luustolihaskuitua ohjaa motoneuronisairaus, joka johtaa signaaleja aivoista tai selkäytimestä lihakseen. Hermosolun kanssa vuorovaikutuksessa olevaa lihassyyn kuuluvan sarkolemman aluetta kutsutaan motoriseksi päätylevyksi. Neuronin aksonin päätä kutsutaan synaptiseksi terminaaliksi, eikä se varsinaisesti kosketa Moottorin päätelevyä. Pieni tila, jota kutsutaan synaptiseksi halkeamaksi, erottaa synaptisen terminaalin Moottorin päätylevystä. Sähköiset signaalit kulkevat hermosolun aksonia pitkin, joka haarautuu lihaksen läpi ja kytkeytyy yksittäisiin lihassäikeisiin hermolihasliitoksessa.
solujen kyky kommunikoida sähköisesti edellyttää, että solut kuluttavat energiaa luodakseen sähköisen gradientin solukalvojensa poikki. Tätä varausgradienttia kuljettavat ionit, jotka jakautuvat eri tavoin kalvon poikki. Jokaisella ionilla on sähköinen vaikutus ja konsentraatiovaikutus. Aivan kuten maito lopulta sekoittuu kahviin ilman, että sitä tarvitsee sekoittaa, myös ionit jakaantuvat tasaisesti, jos niiden sallitaan tehdä niin. Tällöin ne eivät saa palata tasaiseen sekatilaan.
natrium-kalium-ATPaasi käyttää soluenergiaa k + ionien liikuttamiseen solun sisällä ja Na + ionien liikuttamiseen sen ulkopuolella. Pelkästään tästä kertyy pieni sähkövaraus, mutta suuri pitoisuusgradientti. Solussa on paljon K+: aa ja solun ulkopuolella paljon Na+: aa. Kalium pystyy poistumaan solusta k+ – kanavien kautta, jotka ovat auki 90% ajasta, ja niin se tekeekin. Na+ – kanavat ovat kuitenkin harvoin auki, joten Na+jää solun ulkopuolelle. Kun K + poistuu solusta tottelemalla sen konsentraatiogradienttia, jäljelle jää tehokkaasti negatiivinen varaus. Levossa on siis suuri pitoisuusgradientti Na+: n pääsemiseksi soluun, ja soluun jää jäljelle negatiivisten varausten kertymistä. Tämä on lepokalvon potentiaali. Potentiaali tarkoittaa tässä yhteydessä sähkövarauksen erottelua, joka kykenee tekemään työtä. Se mitataan volteissa, aivan kuten akku. Transmembraanipotentiaali on kuitenkin huomattavasti pienempi (0,07 V), joten pieni arvo ilmaistaan millivoltteina (mV) tai 70 mV. Koska solun sisäpuoli on negatiivinen verrattuna sen ulkopuoleen, miinusmerkki merkitsee negatiivisten varausten ylimäärää solun sisällä, -70 mV.
jos jokin tapahtuma muuttaa kalvon läpäisevyyden Na+ – ioneiksi, ne pääsevät soluun. Se muuttaa jännitettä. Kyseessä on sähköinen tapahtuma eli toimintapotentiaali, jota voidaan käyttää solusignaalina. Viestintä tapahtuu hermojen ja lihasten välillä välittäjäaineiden välityksellä. Neuronien toimintapotentiaalit aiheuttavat välittäjäaineiden vapautumisen synaptisesta terminaalista synaptiseen halkeamaan, josta ne voivat sitten diffuusioitua synaptisen halkeaman poikki ja sitoutua reseptorimolekyyliin Moottorin päätylevyllä. Moottorin päätylevyllä on sarkolemmassa yhtymäkohtia-poimuja, jotka luovat suuren pinta-alan välittäjäaineen sitoutumiselle reseptoreihin. Reseptorit ovat itse asiassa natriumkanavia, jotka avautuvat mahdollistamaan Na+: n kulkeutumisen soluun, kun ne vastaanottavat välittäjäainesignaalin.
Asetyylikoliini (Ach) on motoneuronien vapauttama välittäjäaine, joka sitoutuu motorisen päätylevyn reseptoreihin. Välittäjäaineen vapautuminen tapahtuu, kun aktiopotentiaali kulkee motoneuronin aksonia pitkin, mikä johtaa synaptisen terminaalikalvon muuttuneeseen läpäisevyyteen ja kalsiumin virtaukseen. Ca2 + – ionit mahdollistavat synaptisten rakkuloiden siirtymisen ja sitoutumisen presynaptiseen kalvoon (hermosolussa) ja vapauttavat välittäjäaineen rakkuloista synaptiseen halkeamaan. Kun synaptinen pääte vapauttaa ACH: n, se diffundoituu synaptisen halkeaman kautta Moottorin päätylevyyn, jossa se sitoutuu Ach-reseptoreihin. Välittäjäaineen sitoutuessa nämä ionikanavat avautuvat ja Na + – ionit kulkevat kalvon läpi lihassoluun. Tämä vähentää kennon sisä-ja ulkopuolen välistä jännite-eroa, jota kutsutaan depolarisaatioksi. Koska Ach sitoutuu Moottorin päätylevyyn, tätä depolarisaatiota kutsutaan päätylevypotentiaaliksi. Depolarisaatio leviää sitten sarkolemmaa pitkin luoden toimintapotentiaalin, kun natriumkanavat alkuperäisen depolarisaatiopaikan vieressä aistivat jännitteen muutoksen ja avautuvat. Aktiopotentiaali liikkuu koko solussa, luoden depolarisaatioaallon.
Ach hajoaa asetyylikoliiniesteraasientsyymin (AChE) vaikutuksesta asetyyliksi ja koliiniksi. AChE asuu synaptisessa halkeamassa hajottaen ACh: n niin, ettei se jää sitoutumaan Ach-reseptoreihin, mikä aiheuttaisi ei-toivottua laajennettua lihassupistusta (kuva 6).
Taideyhteys
Kuva 6. Tässä kaaviossa on magnetaatio-supistuskytkentä luurankolihaksen supistumisessa. Sarkoplasminen retikulum on erikoistunut endoplasminen retikulum, joka löytyy lihassoluista.
tappava hermokaasu sariini estää peruuttamattomasti asetykoliiniesteraasia. Miten sariini vaikuttaisi lihasten supistumiseen? Sariinin läsnä ollessa asetykoliinia ei poisteta synapsista, mikä johtaa lihasten plasmakalvon jatkuvaan stimulaatioon. Aluksi lihasten toiminta on voimakasta ja hallitsematonta, mutta ionigradientit hälvenevät, joten sähköiset signaalit t-tubuluksissa eivät ole enää mahdollisia. Seurauksena on halvaus, joka johtaa tukehtumiskuolemaan.
depolarisaation jälkeen kalvo palaa lepotilaansa. Tätä kutsutaan repolarisaatioksi,jonka aikana jännitteiset natriumkanavat sulkeutuvat. Kaliumkanavat jatkuvat 90 prosentin konduktanssilla. Koska plasmakalvon natrium-kalium-ATPaasi kuljettaa aina ioneja, lepotila (negatiivisesti varautunut sisällä suhteessa ulkopuolelle) palautuu. Välittömästi hermossa tai lihaksessa tapahtuvan impulssin siirtämisen jälkeistä aikaa, jossa hermosolu tai lihassolu saa takaisin kykynsä välittää toisen impulssin, kutsutaan tulenkestäväksi ajanjaksoksi. Tulenkestävän jakson aikana kalvo ei voi tuottaa toista toimintapotentiaalia. . Tulenkestävän jakson ansiosta jänniteherkät ionikanavat voivat palata lepokokoonpanoihinsa. Natriumkalium-ATPaasi siirtyy jatkuvasti Na+ takaisin ulos solusta ja K+ takaisin soluun, ja K + vuotaa ulos jättäen negatiivisen varauksen taakseen. Hyvin nopeasti kalvo repolarisoituu, niin että se voidaan jälleen depolarisoida.
