Hvilke trinn i muskelsammentrekning krever kalsiumioner?

Muskelkontraksjon er en kompleks prosess som krever interaksjon av flere proteiner, inkludert aktin og myosin. Kalsiumioner (Ca2+) spiller en avgjørende rolle i flere trinn av muskelkontraksjon, spesielt i eksitasjons-kontraksjon (EC) koblingsprosessen, som kobler det elektriske signalet fra nerven til muskelens mekaniske respons:

1. Handlingspotensiale forplantning:

- Når et aksjonspotensial når det nevromuskulære krysset, forårsaker det frigjøring av acetylkolin (ACh) fra nerveterminalen.

- ACh binder seg til reseptorer på muskelcellemembranen, noe som fører til åpning av ionekanaler og tilstrømning av natrium (Na+) og kalsium (Ca2+) ioner inn i muskelfiberen.

2. Kalsiumfrigjøring fra sarkoplasmatisk retikulum:

- Tilstrømningen av Ca2+-ioner under aksjonspotensialet utløser frigjøring av en større mengde Ca2+ fra sarkoplasmatisk retikulum (SR), et spesialisert intracellulært membransystem.

- Denne frigjøringen skjer gjennom åpningen av spesialiserte kanaler kjent som ryanodinreseptorer (RyRs) på SR-membranen.

3. Kalsiumbinding til Troponin:

– Den økte Ca2+-konsentrasjonen i muskelfiberen gjør at den binder seg til troponin, et regulatorisk proteinkompleks som kontrollerer interaksjonen mellom aktin og myosinfilamenter.

- Når Ca2+ binder seg til troponin, induserer det en konformasjonsendring som eksponerer myosinbindingsstedet på aktinfilamenter.

4. Dannelse av kryssbroer mellom Actin og Myosin:

- Etter eksponeringen av myosinbindingsstedet kan myosinhoder, som stikker ut fra de tykke filamentene, binde seg til aktinfilamenter og danne tverrbroer.

– Denne bindingen fører til dannelsen av et kraftgenererende kompleks mellom aktin- og myosinhoder.

5. Kraftslag og muskelsammentrekning:

- Hydrolyse av ATP (adenosintrifosfat) skjer i myosinhodet, og forårsaker en konformasjonsendring som genererer kraft.

- Denne konformasjonsendringen, kjent som kraftslaget, trekker aktinfilamentene mot midten av sarkomeren (den grunnleggende enheten for muskelkontraksjon), noe som resulterer i muskelforkorting og sammentrekning.

6. Avslapping:

- Ved opphør av aksjonspotensialet pumpes kalsiumioner aktivt tilbake i det sarkoplasmatiske retikulum av kalsiumpumper (SERCA-pumper).

- Etter hvert som Ca2+-nivåene avtar, gjennomgår troponin en annen konformasjonsendring, og blokkerer myosinbindingsstedet på aktin, noe som får tverrbroene til å bryte, og muskelfiberen slapper av.

Derfor er kalsiumioner essensielle i flere trinn under muskelsammentrekning, spesielt for å utløse frigjøring av Ca2+ fra det sarkoplasmatiske retikulum, regulere interaksjonen mellom aktin og myosinfilamenter og starte kraftslaget for muskelforkorting.