excitatie-contractie koppeling
excitatie-contractie koppeling is de link (transductie) tussen de actiepotentiaal gegenereerd in het sarcolemma en het begin van een spiercontractie. De trigger voor calcium release van het sarcoplasmic reticulum in het sarcoplasma is een neuraal signaal. Elke skeletspiervezel wordt gecontroleerd door een motorneuron, die signalen van de hersenen of het ruggenmerg naar de spier leidt. Het gebied van het sarcolemma op de spiervezel die interageert met het neuron wordt de motoreindplaat genoemd. Het uiteinde van het axon van het neuron wordt de synaptische terminal genoemd, en het komt niet in contact met de motorische eindplaat. Een kleine ruimte genaamd de synaptische spleet scheidt de synaptische terminal van de motor einde plaat. Elektrische signalen reizen langs het axon van het neuron, die vertakt door de spier en verbindt met individuele spiervezels op een neuromusculaire junctie.
het vermogen van cellen om elektrisch te communiceren vereist dat de cellen energie verbruiken om een elektrische gradiënt over hun celmembranen te creëren. Deze ladingsgradiënt wordt gedragen door ionen, die differentieel over het membraan worden verdeeld. Elk ion heeft een elektrische invloed en een concentratie-invloed. Net zoals melk zich uiteindelijk zonder te roeren met koffie mengt, verdelen ionen zich ook gelijkmatig, als ze dat mogen doen. In dit geval mogen ze niet terugkeren naar een gelijkmatig gemengde toestand.
de natrium-kaliumatpase gebruikt cellulaire energie om K+ – ionen binnen de cel en Na+ – ionen buiten de cel te verplaatsen. Dit alleen accumuleert een kleine elektrische lading, maar een grote concentratiegradiënt. Er is veel K+ in de cel en veel Na+ buiten de cel. Kalium kan de cel verlaten via K+ – kanalen die 90% van de tijd open zijn, en dat doet het. Echter, na + kanalen zijn zelden open, dus Na + blijft buiten de cel. Wanneer K+ de cel verlaat, die zijn concentratiegradiënt gehoorzaamt, laat dat effectief een negatieve lading achter. Dus in rust is er een grote concentratiegradiënt voor Na+ om de cel in te gaan, en er is een accumulatie van negatieve ladingen achtergelaten in de cel. Dit is het restmembraan potentieel. Potentieel in deze context betekent een scheiding van elektrische lading die in staat is om werk te doen. Het wordt gemeten in volt, net als een batterij. Het transmembraanpotentieel is echter aanzienlijk kleiner (0,07 V); daarom wordt de kleine waarde uitgedrukt als millivolt (MV) of 70 mV. Omdat de binnenkant van een cel negatief is vergeleken met de buitenkant, betekent een minteken de overmaat aan negatieve ladingen binnen de cel, -70 mV.
als een gebeurtenis de permeabiliteit van het membraan verandert in Na+ – ionen, komen deze in de cel terecht. Dat zal de spanning veranderen. Dit is een elektrische gebeurtenis, genaamd een actiepotentiaal, die kan worden gebruikt als een cellulair signaal. Communicatie vindt plaats tussen zenuwen en spieren via neurotransmitters. De potentialen van de neuronactie veroorzaken de afgifte van neurotransmitters van de synaptische terminal in de synaptische spleet, waar zij dan over de synaptische spleet kunnen verspreiden en aan een receptormolecuul op de motoreindplaat kunnen binden. De motoreindplaat bezit knooppunten-vouwen in het sarcolemma die een groot oppervlak creëren voor de neurotransmitter om zich aan receptoren te binden. De receptoren zijn eigenlijk natriumkanalen die openen om de passage van Na+ in de cel toe te staan wanneer zij neurotransmittersignaal ontvangen.Acetylcholine (ACh) is een neurotransmitter die vrijkomt door motorneuronen en zich bindt aan receptoren in de motorische eindplaat. De afgifte van neurotransmitters vindt plaats wanneer een actiepotentiaal langs het axon van het motorneuron reist, resulterend in veranderde permeabiliteit van het synaptische terminale membraan en een instroom van calcium. De Ca2 + – ionen staan synaptische blaasjes toe om zich aan en met het presynaptische membraan (op het neuron) te binden, en geven neurotransmitter van de blaasjes in de synaptische gespleten vrij. Zodra vrijgegeven door de synaptische terminal, verspreidt ACh over de synaptische gespleten aan de motoreindplaat, waar het met ACh-receptoren bindt. Aangezien een neurotransmitter bindt, openen deze ionenkanalen, en Na + – ionen het membraan in de spiercel kruisen. Dit vermindert het voltageverschil tussen binnen en buiten de cel, die depolarisatie wordt genoemd. Aangezien ACh aan de motoreindplaat bindt, wordt deze depolarisatie genoemd een eindplaatpotentiaal. De depolarisatie verspreidt zich dan langs het sarcolemma, waardoor een actiepotentiaal ontstaat als natriumkanalen grenzend aan de initiële depolarisatie plaats de verandering in spanning en open aanvoelen. Het actiepotentieel beweegt zich over de gehele cel, die een golf van depolarisatie creëren.
ACh wordt door het enzym acetylcholinesterase (AChE) afgebroken tot acetyl en choline. AChE bevindt zich in de synaptische spleet en breekt ACh af zodat het niet gebonden blijft aan ACh-receptoren, wat ongewenste uitgebreide spiercontractie zou veroorzaken (Figuur 6).
Art-Verbinding
Figuur 6. Dit diagram toont excitatie-contractie koppeling in een skeletspier samentrekking. Het sarcoplasmic reticulum is een gespecialiseerd endoplasmic reticulum dat in spiercellen wordt gevonden.
het dodelijke zenuwgas Sarine remt op irreversibele wijze acetycholinesterase. Welk effect zou Sarin hebben op spiercontractie? In aanwezigheid van Sarin wordt acetycholine niet verwijderd uit de synaps, wat resulteert in continue stimulatie van het spierplasmambraan. In het begin is de spieractiviteit intens en ongecontroleerd, maar de ionengradiënten verdwijnen, waardoor elektrische signalen in de T-tubuli niet meer mogelijk zijn. Het resultaat is verlamming, wat leidt tot de dood door verstikking.
na depolarisatie keert het membraan terug naar zijn rusttoestand. Dit wordt repolarisatie genoemd, waarbij voltage-gated natriumkanalen sluiten. Kaliumkanalen blijven bij 90% geleiding. Omdat het plasmamembraan natrium-kalium ATPase altijd ionen transporteert, wordt de rusttoestand (negatief geladen binnen ten opzichte van de buitenkant) hersteld. De periode onmiddellijk na de overdracht van een impuls in een zenuw of spier, waarin een neuron of spiercel zijn vermogen herwint om een andere impuls over te brengen, wordt de refractaire periode genoemd. Tijdens de vuurvaste periode kan het membraan geen ander actiepotentieel genereren. . Door de vuurvaste periode kunnen de spanningsgevoelige ionenkanalen terugkeren naar hun rustconfiguraties. Het natriumkalium ATPase beweegt voortdurend Na + terug uit de cel en K+ terug in de cel, en K+ lekt uit verlatend negatieve last achter. Zeer snel herpolariseert het membraan, zodat het opnieuw kan worden gedepolariseerd.
