Muskelns Fysiologi Skelettmuskeln
Strukturella egenheter Enorma multinukleära celler som är tvärstrimmiga (randiga) Tvärstrimmigheten beror på -myofibriller som består av filament
Strukturella egenheter Z-band mellan två sarkomerer = en kontraktil enhet A-band = främst aktinfibriller bundna till myosin eller såkallat aktomyosin H-band = endast myosin I-band = främst aktin
Finstruktur Tvärstrimmigheten innehåller olika band som byggs upp av filamenten aktin och myosin Strukturella egenheter
Tunna Filamenten - aktin F-Actin[ G-Actin monomer 1) F-actin - en polymer av många G-actin monomerer
Tjocka filamenten - myosin Lätta kedjor (L1 and L2) Trypsin Cleavage Site Papain Cleavage Site S-1 S-2 COO - COO - tungt Meromyosin lätt Meromyosin Myosin är en dimer av protein inehållande ett globulärt huvud samt helix strängar Globulära myosin huvudet innehåller: 1) en ATPas aktivitet 2) ett aktin bindnings ställe Såkallade lätta kedjor är associerade till huvudet
Strukturella egenheter T-tubuli- Extracellulära - plasmamembranens eller Sarkolemmats inbuktningar T-tubuli finns vid Z- linjen
Strukturella egenheter Intracellulära endoplasmiska nätverket specialiserat till ett sarkoplasmiskt nätverk SR Ca 2+ joner förvaras i SR lumen
Excitation-kontraktions koppling-sr SR innehåller en ATP beroende Ca 2+ pump som fyller upp SR med Ca 2+ joner 2 mol ATP utnyttjas per mol Ca 2+ jon
Excitation-kontraktions Depolarisering av sarkolemmat sprider sig till T-tubuli och får till stånd frisättning av Ca 2+ från sarkoplasmatiska retiklet (SR) över sarkomeren koppling
Excitation-kontraktions koppling Depolarisering av sarkolemmat sprider sig till T-tubuli och får till stånd frisättning av Ca 2+ från sarkoplasmatiska retiklet (SR) över sarkomeren
Excitation-kontraktions koppling Depolarisering av sarkolemmat sprider sig till T-tubuli och får till stånd frisättning av Ca 2+ från sarkoplasmatiska retiklet (SR) över sarkomeren
Elektrisk koppling till kontraktion När membranpotentialen minskar till -50 mv utlöses kontraktionen som en knyck om endast en aktionspotential är triggern +40-100 E/ mv Aktions potential kontraktion
Elektrisk koppling till kontraktion Kontraktionen är betydligt långsammare än de elektriska impulserna +40-100 E/ mv Aktions potential kontraktion
Elektrisk koppling till kontraktion delvis för att muskeln är elastisk och tänjs tills aktomyosin har har bildats +40 delvis på grund av latenser i excitationskontraktionskopplingen -100 E/ mv Aktions potential kontraktion
Elektrisk koppling till kontraktion ökning i stimuleringsfrekvens För att en långvarig ökning i tensionen skall ske krävs att flera aktionspotentialers effekt summeras Stimulationsfrekvensen har stor betydelse för snabbhet och styrka. Den frekvens som orsakar maximal kraft kallas tetanus
Excitation-kontraktions Signalen från T- tubulin sprids in i cellen till SR via den såkallade Triadstrukturen. koppling -Triaden
Excitation-kontraktions Signalen från T- tubulin sprids in i cellen till SR via den såkallade Triadstrukturen. Spänningssensorn är ett protein som kallas koppling -Triaden
Excitation-kontraktions koppling -Triaden Dihydropyridin-receptorn som representerar sarkolemmats sida av triaden. Detta protein liknar spännings-känsliga jonkanaler Den är sammankopplad med ett SR protein som kallas Ryanodinreceptorn som ären en kanal som frisätter Ca 2+. Kaffein öppnar denna kanal med en tills vidare okänd mekanism Triadin är ett tredje protein som deltar i excitations-kontraktions kopplingen
Kontraktionens utlösningsmekanism vad gör Ca 2+? Mekanismen finns i aktinet som är bundet till tropomyosin som binder ihop kontrollenheterna troponin-t som är bundet till tropomyosin troponin-i som hämmar kontraktionen troponin-c som är Ca 2+ sensorn - binder Ca 2+ som frisätts från SR - upplöser troponin-i:s hämmande verkan
Mekanismen finns i tunna filamenten F-Actin[ Ett komplex av flera proteiner: Troponin-I Troponin-C Tropomyosin Troponin-T 1) F-actin - en polymer av flera G-actin monomeer 2) Tropomyosin - strängar ligger bundna till aktinet 3) Tn-T: binder tropomyosin 4) Tn-I: Binder aktin & hämmar aktomyosin interaktion 5) Tn-C: binder Kalcium joner
Ca 2+ -bundet Troponin C drar åt sig troponin I vilket frigör aktinet som nu kan binda myosinet Aktin Tn-T TM Tn-C Tn-I Myosin Ca 2+
Ca 2+ -bundet Troponin C drar åt sig troponin I vilket frigör aktinet som nu kan binda myosinet Aktin Tn-T TM Tn-C Tn-I Myosin Ca 2+
Ca 2+ -bundet Troponin C drar åt sig troponin I vilket frigör aktinet som nu kan binda myosinet Aktin Tn-T TM Tn-C Tn-I Myosin Ca 2+
Ca 2+ -bundet Troponin C drar åt sig troponin I vilket frigör aktinet som nu kan binda myosinet Aktin Tn-T TM Tn-C Tn-I Ca 2+ Myosin
Ca 2+ -bundet Troponin C drar åt sig troponin I vilket frigör aktinet som nu kan binda myosinet Aktin TM Tn-T Tn-I Tn-C Ca 2+ Myosin
Ca 2+ -bundet Troponin C drar åt sig troponin I vilket frigör aktinet som nu kan binda myosinet Aktin Tn-T TM Myosin Tn-C Tn-I Ca 2+
Kontraktionens mekanism Kontraktionen består molekylärt av en bindning kallad "cross-bridge" mellan myosin och aktin = aktomyosin samt en rörelse av myosin huvudet framåt
I fånvaro av Ca 2+ stannar cykeln här) vila ADP+P i Ca 2+ A + M l ADP l P i Hög aktin affinitet * ADP+P i A-M l ADP l P i * ATP A-M ATP låg aktin affinitet P i ATP A-M * Rigor Komplex ADP I frånvaro av ATP stannar cykeln här (rigot mortis)
Kontraktionens mekanism vila myosin aktin
Kontraktionens mekanism aktomyosin bindning
Kontraktionens mekanism myosinet förflyttas framåt
Kontraktionens mekanism bindningen lossnar
Kontraktionens mekanism ny bindning
Kontraktionens mekanism myosinet förflyttas framåt
Kontraktionens mekanism bindningen lossnar
Kontraktionens mekanism ny bindning
Kontraktionens mekanism myosinet förflyttas framåt
Kontraktionens energetik Myosin ATP:as hydrolyserar ATP och relaxerar myosinhuvudet Flera metaboliska reaktioner försöker hålla ATP koncentrationen konstant ATP konsumption måste motsvara produktion Vid hög kontraktionshastighet är ATP konsumption stor
Kontraktionens energetik I snabba muskler fås energi från glycolys: glykogenolys aktiveras av Ca 2+ via troponin C creatin-fosfat+adp ATP+creatin vid ansträngning ATP+creatin creatin-fosfat +ADP i vila Adenylat kinas 2ADP ATP+AMP
Kontraktionens energetik AMP stimulerar glykolysen via fosfo-fruktokinassteget Mera ATP och laktat produceras Laktaten som produceras omvandlas i levern till glucos
Kontraktionens energetik AMP stimulerar glykolysen via fosfo-fruktokinassteget Mera ATP och laktat produceras Laktaten som produceras omvandlas i levern till glucos Ca 2+ glycogen + ADP AMP glucose + crea ATP crea P-crea lactate
Kontraktionens energetik
Kontraktionens mekanik Muskelns prestationsförmåga Kontraktionsstyrkan är beroende av sarkomer längden dvs direkt proportionell med hur många aktomyosinbindningar kan bildas Vid bestämning av muskelns prestationsförmåga mäts ofta den isometriska kontraktionen
Muskelkontraktionens mekanik Isometrisk kontraktion = muskelns rörelse hämmad - ändast spänningen (kraften) mäts Tex armbrytning
Tänjnings/spänningskurvan Om man tänjer på en muskel och mäter kontraktionskraften/längd får man en kurva som består av muskelns aktiva och passiva egenskaper.
Tänjnings/spänningskurvan Den aktiva delen av kurvan fås genom att reducera bort den passiva spänningen som uppkommer då muskeln tänjs.
Tänjnings/spänningskurvan Den aktiva tensionskurvan är bågformad så att spänningen är optimal vid en viss fiberlängd Lo som beror på aktin och myosinsegmentens placering i sarkomeren.
Tänjnings/spänningskurvan
Muskelkontraktionens Isoton kontraktion = muskeln tillåts röra sig men spänningen (kraften) hålls konstant Tex tyngdlyftning, kulstötning mekanik
Kontraktions/ hastighets kurvan Kontraktionshastigheten är beroende av den applicerade kraften på muskeln Den maximala hastigheten bestäms av myosin-atpas molekylernas maximala aktivitet kg Man bestämmer kontraktionshastigheten med olika tyngder för att taga reda på muskelns maximala kontraktionshastighet Vmax. Kontraktionshastigheten minskar med ökad mottyngd.
Kontraktions/ hastighets Kontraktionshastigheten minskar med ökad mottyngd. Man extrapolerar kurvan till 0 tyngd och får då maximala hastigheten. kurvan
Kontraktions/ hastighets kurvan Produkten av spänning och hastighet ger ett mått på muskelns effekt. Effekten är optimal vid en viss mottyngd. optimalt område effekt
Kontraktions/ hastighets kurvan Med träning av muskel kan man förskjuta det optimala området mot högre tyngder optimalt område
Energetik/mekanik summary Kraften bestäms av aktomyosinbindingar Hastigheten bestäms av ATPasets hastighet
Snabba och långsamma muskelfibrer Snabba fibrer kontraherar snabbt och tröttnar snabbt Långsamma fibrer kontraherar långsamt och tröttnar långsamt
Snabba och långsamma muskelfibrer
Snabba och långsamma muskelfibrer Snabba fibrer är gykolytiska och vita Långsamma fibrer utnyttjar oxidativ fosforylering och respiration samt innehåller syrebindande myoglobin färgen rödbrun
Snabba och långsamma muskelfibrer snabba fibrer har specialiserat ATPas av typ IIA och typ IIB långsamma innehåller typ I ATPas
Snabba och långsamma muskelfibrer både snabba och långsamma enheter finns i en muskel - normalt 50/50 enheterna enerveras av en nerv kallad motorisk enhet typ I och II fibrer enerveras av olika nerverfibrer
Snabba och långsamma muskelfibrer Olika typer av muskefibrer behövs i olika typer av sportgrenar Långsamma i uthållighetsgrenar såsom maraton Snabba tex i sprinterlöpning
Musketrötthet? ATP/CrP rigor Kalcium förråd, RyR desensitisering Glykogen Temperatur Vävnadsskada inflammation Laktat- vanligtvis minskar hastigheten före laktacidos sker
Muskelsjukdomar Muskeldystrofier Atrofiering av muskel (= muskelvävnaden tynar bort) Myotonier orsakar spasticitet membrandefekt tex genetiska störningar i jonkanaler Paralys genetiska störningar i jonkanaler tex inaktivering av Na+kanaler Myopatier -svaghet, tröttnar snabbt Mitokondriella Myopatier -Mutationer i mitokondriens genom -abnorma mitokondrier -Nedärvs maternalt -kan upstå spontant
Diagnostik av genetiska muskelsjukdomar Histologiska färgningar gendefekter olika mätningar av styrka och snabbhet mätningar av elektrisk aktivitet bestämningar av olika metaboliter från blodet Cytochrome C oxidase färgning visar minskning av mitokondrier