Vilka steg i muskelkontraktion kräver kalciumjoner?

Muskelsammandragning är en komplex process som kräver interaktion mellan flera proteiner, inklusive aktin och myosin. Kalciumjoner (Ca2+) spelar en avgörande roll i flera steg av muskelkontraktion, särskilt i excitation-kontraktion (EC) kopplingsprocessen, som länkar den elektriska signalen från nerven till muskelns mekaniska respons:

1. Åtgärdspotential förökning:

- När en aktionspotential når den neuromuskulära korsningen orsakar det frisättning av acetylkolin (ACh) från nervterminalen.

- ACh binder till receptorer på muskelcellsmembranet, vilket leder till att jonkanaler öppnas och natriumjoner (Na+) och kalciumjoner (Ca2+) strömmar in i muskelfibern.

2. Kalciumfrisättning från sarkoplasmatiskt retikulum:

- Inflödet av Ca2+-joner under aktionspotentialen utlöser frisättningen av en större mängd Ca2+ från det sarkoplasmatiska retikulumet (SR), ett specialiserat intracellulärt membransystem.

- Denna frisättning sker genom öppningen av specialiserade kanaler som kallas ryanodinreceptorer (RyRs) på SR-membranet.

3. Kalciumbindning till Troponin:

– Den ökade Ca2+-koncentrationen i muskelfibern gör att den kan binda till troponin, ett regulatoriskt proteinkomplex som styr interaktionen mellan aktin och myosinfilament.

- När Ca2+ binder till troponin inducerar det en konformationsförändring som exponerar myosinbindningsstället på aktinfilament.

4. Bildning av korsbryggor mellan aktin och myosin:

- Efter exponeringen av myosinbindningsstället kan myosinhuvuden, som skjuter ut från de tjocka filamenten, binda till aktinfilament och bilda tvärbryggor.

– Denna bindning leder till bildandet av ett kraftgenererande komplex mellan aktin- och myosinhuvuden.

5. Power Stroke och muskelkontraktion:

- Hydrolys av ATP (adenosintrifosfat) sker inuti myosinhuvudet, vilket orsakar en konformationsförändring som genererar kraft.

- Denna konformationsförändring, känd som kraftslaget, drar aktinfilamenten mot mitten av sarkomeren (den grundläggande enheten för muskelkontraktion), vilket resulterar i muskelförkortning och sammandragning.

6. Avkoppling:

- Vid upphörande av aktionspotentialen pumpas kalciumjoner aktivt tillbaka in i det sarkoplasmatiska retikulumet av kalciumpumpar (SERCA-pumpar).

- När Ca2+-nivåerna minskar genomgår troponin ytterligare en konformationsförändring, vilket blockerar myosinbindningsstället på aktin, vilket gör att tvärbryggorna går sönder och muskelfibern slappnar av.

Därför är kalciumjoner väsentliga i flera steg under muskelkontraktion, särskilt för att utlösa frisättningen av Ca2+ från det sarkoplasmatiska retikulumet, reglera interaktionen mellan aktin och myosinfilament och initiera kraftslaget för muskelförkortning.