Muskelkemi och Cellens Rörelsefunktioner

Muskelkemi

• Muskelkemi är viktigt för rörelse och balans.
• Hjärtat och tarmarna, livmodern och blodkärlen innehåller muskler.
• Ca 50% av kroppsvikten är muskler.

Cytoskelettet och cellens form och rörelseförmåga

• Mikrotubuli är en del av cellens cytoskelett.
• Intermediära filament är en del av cellens cytoskelett.
• Aktinfilament är "cellens muskler".
• Aktinfilament används i cellcortex, mikrovilli, kontraktila buntar/nätverk, pseudopodier och kontraktil ring vid celldelning.
• Muskelkontraktion är ett exempel på hög specialiserad aktinbaserad rörelse.

Tre muskeltyper

• Hjärtmuskler: Hjärtat, icke viljestyrd, tvärstrimmig, förgrenade fibrer.
• Skelettmuskler: Rörelseapparaten, viljestyrd, tvärstrimmig, en fiber = en cell.
• Glatt muskulatur: Inre organ, icke viljestyrd, glatt, spolformade celler.

Skelettmuskulatur

• Muskelfibern är stor och flerkärnig, ca 100µm x 3 cm.
• Myofibriller i cytosolen.
• Myofibriller är musklernas sammandragande struktur.
• Sarkomerer ger de randiga utseendet.

Sarkomerer

• Sarkomerer är upprepande enheter i myofibriller.
• En sarkomer är ca 2,5 µm lång.
• Tunna filament (actin) och tjocka filament (myosin-II).

Musklernas tunna filament

• Aktin-monomerer är globulära proteiner (G-aktin).
• Polymeriserat aktin = aktinfilament (F-aktin).
• Musklernas aktinfilament ha en bestämd längd.

Myosin-II

• Myosin-II är en dimer och motorprotein.
• Drivande kraft i muskelkontraktionen.
• Myosin-II bildar musklernas tjocka filament.
• Myosinhuvudens längd är ca 150 nm.

Aktinfilamenten dras mot mitten

• Aktinfilamenten dras mot mitten under kontraktion.

Myosinhuvudens vandring

• Myosin-II är ett bipolärt motorprotein.
• Myosin-II förskjuter aktinfilament genom att vandra mot plusändarna (=glidfilamentmekanismen).

Myosin kan omvandla kemisk energi till rörelse

• Myosin omvandlar kemisk energi till rörelse genom att dela ATP.
• Processen involverar steg: Myosin binder aktin, ATP binder myosin, ATP hydrolyseras, Myosin binder nästa aktin, myosin återfår normal form.

Var kommer energin ifrån?

• ATP är cellens energivaluta.
• Kreatinfosfat är en energireserv i muskelceller.
• Vid långvarigt arbete används glykogen och fett.

Hur startar muskelkontraktionen?

• En nervimpuls når synaptisk terminal.
• Acetylkolin frisätts.
• Aktionspotential bildas i muskel-fibrernas cellmembran.

Aktionspotentialen sprids effektivt via T-tubuli

• Aktionspotentialen sprids effektivt via T-tubuli i muskelcellen.
• T-tubuli är från invagineringar av plasma membran.

Ca2+ frisläpps från sarkoplasmatiskt retikulum

• Ca2+ frisläpps från sarkoplasmatiskt retikulum i respons på aktionspotential.
• Ca2+ binder till troponin på aktinfilamenten.

Ca2+ binder till troponin på aktinfilamenten

•  Ca2+ binder till troponin på aktinfilamenten.
• "På/av-knapp" för muskelkontraktion.

Tropomyosin ändrar position

• Tropomyosin ändrar position i respons på Ca2+, vilket exponar myosinbindningsstället.

Kontraktion i skelettmuskler

• Flera impulser ger varaktig kontraktion.
• Nerver styr skelettmusklerna.

Hjärtmuskulatur

• Liknar skelettmuskulatur med sarkometer och T tubuli.
• Aktionspotential bildas spontant och sprids via gap junctions.
• Pulserande kontraktioner.
• Kontrolleras av autonoma nerver och hormoner.

Glatt muskulatur

• Kontraktilt nätverk av aktin- och myosinfilament.
• Kontraktion kan stimuleras på många olika sätt.
• Signalering via gap junctions.
• Långsam kontraktion (flera aktiveringssteg).

Reglering av glatt muskulatur

• Ca2+-beroende signalmekanismer styr regleringen.
• Reglering involverar hormoner, receptorer och andra kemiska faktorer.

Sammanfattning

• Alla muskeltyper använder ATP-beroende konformationsförändringar i glidande aktin- och myosinfilament.
• Skelett- och hjärtmuskulatur använder sarkomerer, T-tubuli och Ca2+ för kontraktionen.
• Glatt muskulatur använder primitivt kontraktila nätverk och har långsam, reglerad kontraktion.