Excitation-Kontraktionskoppling
Excitation–kontraktionskoppling är länken (transduktion) mellan åtgärdspotentialen som genereras i sarcolemma och början av en muskelkontraktion. Utlösaren för kalciumfrisättning från sarkoplasmatisk retikulum i sarkoplasman är en nervsignal. Varje skelettmuskelfiber styrs av en motorneuron, som leder signaler från hjärnan eller ryggmärgen till muskeln. Området av sarcolemma på muskelfibern som interagerar med neuronen kallas motorändplattan. Änden på neurons axon kallas den synaptiska terminalen, och den kommer inte i kontakt med motorändplattan. Ett litet utrymme som kallas den synaptiska klyftan skiljer den synaptiska terminalen från motorändplattan. Elektriska signaler färdas längs neurons axon, som grenar genom muskeln och ansluter till enskilda muskelfibrer vid en neuromuskulär korsning.
cellernas förmåga att kommunicera elektriskt kräver att cellerna spenderar energi för att skapa en elektrisk gradient över sina cellmembran. Denna laddningsgradient bärs av joner, vilka är differentiellt fördelade över membranet. Varje jon utövar ett elektriskt inflytande och ett koncentrationspåverkan. Precis som mjölk så småningom kommer att blandas med kaffe utan att behöva röra, fördelar joner sig också jämnt, om de får göra det. I det här fallet får de inte återgå till ett jämnt blandat tillstånd.
natrium–kalium ATPas använder cellulär energi för att flytta K+ joner inuti cellen och Na+ joner utanför. Detta ensam ackumulerar en liten elektrisk laddning, men en stor koncentrationsgradient. Det finns massor av K + i cellen och massor av Na+ utanför cellen. Kalium kan lämna cellen genom K + – kanaler som är öppna 90% av tiden, och det gör det. Na + – kanaler är dock sällan öppna, så Na+förblir utanför cellen. När K + lämnar cellen, lyda dess koncentrationsgradient, som effektivt lämnar en negativ laddning bakom. Så i vila finns det en stor koncentrationsgradient för Na+ att komma in i cellen, och det finns en ackumulering av negativa laddningar kvar i cellen. Detta är den vilande membranpotentialen. Potential i detta sammanhang innebär en separation av elektrisk laddning som kan utföra arbete. Det mäts i volt, precis som ett batteri. Transmembranpotentialen är emellertid betydligt mindre (0,07 V); därför uttrycks det lilla värdet som millivolt (mV) eller 70 mV. Eftersom insidan av en cell är negativ jämfört med utsidan, betyder ett minustecken överskottet av negativa laddningar inuti cellen, -70 mV.
om en händelse ändrar membranets permeabilitet till Na+ joner kommer de in i cellen. Det kommer att ändra spänningen. Detta är en elektrisk händelse, kallad en åtgärdspotential, som kan användas som en cellulär signal. Kommunikation sker mellan nerver och muskler genom neurotransmittorer. Neuron åtgärdspotentialer orsakar frisättning av neurotransmittorer från den synaptiska terminalen till den synaptiska klyftan, där de sedan kan diffundera över den synaptiska klyftan och binda till en receptormolekyl på motorändplattan. Motorändplattan har korsningsveck-veck i sarcolemma som skapar en stor yta för neurotransmittorn att binda till receptorer. Receptorerna är faktiskt natriumkanaler som öppnar för att tillåta passage av Na+ in i cellen när de får neurotransmittorsignal.
acetylkolin (Ach) är en neurotransmittor som frigörs av motorneuroner som binder till receptorer i motorändplattan. Neurotransmittorfrisättning inträffar när en åtgärdspotential färdas ner i motorneuronets axon, vilket resulterar i förändrad permeabilitet hos det synaptiska terminalmembranet och ett tillströmning av kalcium. Ca2 + – jonerna tillåter synaptiska vesiklar att röra sig till och binda med det presynaptiska membranet (på neuronen) och frigöra neurotransmittor från vesiklarna i den synaptiska klyftan. En gång släppt av den synaptiska terminalen diffunderar ACh över den synaptiska klyftan till motorändplattan, där den binder med ACh-receptorer. När en neurotransmittor binder öppnas dessa jonkanaler och Na+ – joner korsar membranet in i muskelcellen. Detta minskar spänningsskillnaden mellan insidan och utsidan av cellen, som kallas depolarisering. När ACh binder vid motorändplattan kallas denna depolarisering en ändplattpotential. Depolarisationen sprider sig sedan längs sarcolemma, vilket skapar en åtgärdspotential som natriumkanaler intill den initiala depolarisationsstället känner av förändringen i spänning och öppen. Åtgärdspotentialen rör sig över hela cellen, vilket skapar en våg av depolarisering.
ACh bryts ned av enzymet acetylkolinesteras (AChE) till acetyl och kolin. AChE ligger i den synaptiska klyftan och bryter ner ACh så att den inte förblir bunden till ACh-receptorer, vilket skulle orsaka oönskad förlängd muskelkontraktion (Figur 6).
Art-Anslutning
Figur 6. Detta diagram visar excitation-kontraktionskoppling i en skelettmuskelkontraktion. Sarkoplasmatisk retikulum är en specialiserad endoplasmatisk retikulum som finns i muskelceller.
den dödliga nervgasen Sarin hämmar irreversibelt acetykolinesteras. Vilken effekt skulle Sarin ha på muskelkontraktion? I närvaro av Sarin avlägsnas inte acetykolin från synapsen, vilket resulterar i kontinuerlig stimulering av muskelplasmamembranet. Först är muskelaktiviteten intensiv och okontrollerad, men jongradienterna försvinner, så elektriska signaler i t-tubulerna är inte längre möjliga. Resultatet är förlamning, vilket leder till döden genom kvävning.
efter depolarisering återgår membranet till sitt vilotillstånd. Detta kallas repolarisering, under vilken spänningsstyrda natriumkanaler stängs. Kaliumkanaler fortsätter vid 90% konduktans. Eftersom plasmamembranet natrium-kalium ATPas alltid transporterar joner, återställs vilotillståndet (negativt laddat inuti i förhållande till utsidan). Perioden omedelbart efter överföringen av en impuls i en nerv eller muskel, där en neuron eller muskelcell återfår sin förmåga att överföra en annan impuls, kallas eldfasta perioden. Under den eldfasta perioden kan membranet inte generera en annan åtgärdspotential. . Den eldfasta perioden tillåter de spänningskänsliga jonkanalerna att återgå till sina vilokonfigurationer. Natriumkaliumatpas flyttar kontinuerligt Na + tillbaka ut ur cellen och K+ tillbaka in i cellen, och K+ läcker ut och lämnar negativ laddning bakom. Mycket snabbt repolariserar membranet, så att det igen kan depolariseras.
