cuplarea excitație–contracție
cuplarea excitație–contracție este legătura (transducția) dintre potențialul de acțiune generat în sarcolemă și începutul unei contracții musculare. Declanșatorul eliberării calciului din reticulul sarcoplasmic în sarcoplasmă este un semnal neuronal. Fiecare fibră musculară scheletică este controlată de un neuron motor, care conduce semnale de la creier sau măduva spinării la mușchi. Zona sarcolemului de pe fibra musculară care interacționează cu neuronul se numește placa de capăt a motorului. Capătul axonului neuronului se numește terminal sinaptic și nu intră de fapt în contact cu placa de capăt a motorului. Un spațiu mic numit cleft sinaptic separă terminalul sinaptic de placa de capăt a motorului. Semnalele electrice se deplasează de-a lungul axonului neuronului, care se ramifică prin mușchi și se conectează la fibrele musculare individuale la o joncțiune neuromusculară.
capacitatea celulelor de a comunica electric necesită ca celulele să cheltuiască energie pentru a crea un gradient electric pe membranele celulare. Acest gradient de încărcare este purtat de ioni, care sunt distribuiți diferențiat pe membrană. Fiecare ion exercită o influență electrică și o influență de concentrare. La fel cum laptele se va amesteca în cele din urmă cu cafeaua fără a fi nevoie să se amestece, ionii se distribuie uniform, dacă li se permite acest lucru. În acest caz, nu li se permite să revină la o stare uniform mixtă.
ATPaza sodiu–potasiu folosește energia celulară pentru a muta ionii K+ în interiorul celulei și ionii Na+ în exterior. Numai aceasta acumulează o sarcină electrică mică, dar un gradient de concentrație mare. Există o mulțime de K+ în celulă și o mulțime de Na+ în afara celulei. Potasiul este capabil să părăsească celula prin canalele K+ care sunt deschise 90% din timp și se întâmplă. Cu toate acestea, canalele Na+ sunt rareori deschise, deci Na+rămâne în afara celulei. Când K + părăsește celula, respectând gradientul de concentrație, aceasta lasă efectiv o sarcină negativă în urmă. Deci, în repaus, există un gradient mare de concentrație pentru Na+ pentru a intra în celulă și există o acumulare de sarcini negative lăsate în urmă în celulă. Acesta este potențialul membranei de repaus. Potențialul în acest context înseamnă o separare a sarcinii electrice care este capabilă să facă muncă. Se măsoară în volți, la fel ca o baterie. Cu toate acestea, potențialul transmembranar este considerabil mai mic (0,07 V); prin urmare, valoarea mică este exprimată ca milivolți (mV) sau 70 MV. Deoarece interiorul unei celule este negativ în comparație cu exteriorul, un semn minus semnifică excesul de sarcini negative din interiorul celulei, -70 MV.
dacă un eveniment modifică permeabilitatea membranei la ioni de Na+, aceștia vor intra în celulă. Asta va schimba tensiunea. Acesta este un eveniment electric, numit potențial de acțiune, care poate fi folosit ca semnal celular. Comunicarea are loc între nervi și mușchi prin neurotransmițători. Potențialele de acțiune ale neuronului determină eliberarea neurotransmițătorilor din terminalul sinaptic în fanta sinaptică, unde pot difuza apoi peste fanta sinaptică și se pot lega de o moleculă de receptor de pe placa de capăt a motorului. Placa de capăt a motorului posedă pliuri joncționale-pliuri în sarcolemă care creează o suprafață mare pentru ca neurotransmițătorul să se lege de receptori. Receptorii sunt de fapt canale de sodiu care se deschid pentru a permite trecerea Na+ în celulă atunci când primesc semnal neurotransmițător.
acetilcolina (ACh) este un neurotransmițător eliberat de neuronii motori care se leagă de receptorii din placa de capăt a motorului. Eliberarea neurotransmițătorului are loc atunci când un potențial de acțiune se deplasează pe axonul neuronului motor, rezultând o permeabilitate modificată a membranei terminale sinaptice și un aflux de calciu. Ionii Ca2 + permit veziculelor sinaptice să se deplaseze și să se lege cu membrana presinaptică (pe neuron) și eliberează neurotransmițătorul din vezicule în fisura sinaptică. Odată eliberat de terminalul sinaptic, ACh difuzează peste fisura sinaptică până la placa de capăt a motorului, unde se leagă de receptorii ACh. Pe măsură ce un neurotransmițător se leagă, aceste canale ionice se deschid, iar ionii Na+ traversează membrana în celula musculară. Aceasta reduce diferența de tensiune dintre interiorul și exteriorul celulei, care se numește depolarizare. Deoarece ACh se leagă la placa de capăt a motorului, această depolarizare se numește potențial de placă de capăt. Depolarizarea se răspândește apoi de-a lungul sarcolemului, creând un potențial de acțiune, deoarece canalele de sodiu adiacente locului inițial de depolarizare simt schimbarea tensiunii și se deschid. Potențialul de acțiune se mișcă în întreaga celulă, creând un val de depolarizare.
ACh este descompus de enzima acetilcolinesterază (AChE) în acetil și colină. AChE se află în fisura sinaptică, descompunând ACh astfel încât să nu rămână legat de receptorii ACh, ceea ce ar provoca contracția musculară extinsă nedorită (Figura 6).
Conexiune De Artă
Figura 6. Această diagramă arată cuplarea excitație-contracție într-o contracție a mușchilor scheletici. Reticulul sarcoplasmic este un reticul endoplasmatic specializat găsit în celulele musculare.
gazul nervos mortal sarin inhibă ireversibil aceticolinesteraza. Ce efect ar avea Sarinul asupra contracției musculare? În prezența sarinului, aceticolina nu este îndepărtată din sinapsă, ducând la stimularea continuă a membranei plasmatice musculare. La început, activitatea musculară este intensă și necontrolată, dar gradienții de ioni se disipează, astfel încât semnalele electrice din tubulii T nu mai sunt posibile. Rezultatul este paralizia, ducând la moarte prin asfixiere.
după depolarizare, membrana revine la starea de repaus. Aceasta se numește repolarizare, în timpul căreia se închid canalele de sodiu cu tensiune. Canalele de potasiu continuă la o conductanță de 90%. Deoarece membrana plasmatică ATPaza sodiu-potasiu transportă întotdeauna ioni, starea de repaus (încărcată negativ în interior față de exterior) este restabilită. Perioada imediat următoare transmiterii unui impuls într-un nerv sau mușchi, în care un neuron sau o celulă musculară își recapătă capacitatea de a transmite un alt impuls, se numește perioada refractară. În perioada refractară, membrana nu poate genera un alt potențial de acțiune. . Perioada refractară permite canalelor ionice sensibile la tensiune să revină la configurațiile lor de repaus. ATPaza sodică de potasiu se mișcă continuu Na + înapoi din celulă și K+ înapoi în celulă, iar K+ se scurge lăsând sarcina negativă în urmă. Foarte repede, membrana se repolarizează, astfel încât să poată fi din nou depolarizată.
