A harántcsíkolt izom szerkezete, az izommőködés és szabályozás molekuláris alapjai Kollár Veronika 2010. 11. 11.
Az izom citoszkeletális filamentumok és motorfehérjék rendezett összeszervezıdésébıl álló szövet, amely kémiai energiát nagy hatásfokkal alakít át mechanikai munkává.
Izomtípusok Vázizom (harántcsíkolt) Szívizom Simaizom Több 10 cm hosszú, 100 µm hosszú, 10 µm 50-500 µm vastag vastag Multinukleáris (syncitiumok) Harántcsíkolat Mononukleáris miociták hálózata Funkcionális syncitium Harántcsíkolat 50-200 µm, 2-10 µm vastag Mononukleáris orsó alakú sejtek Nincsenek miofibrillumok, csak miofilamentumok nincs harántcsíkolat Akaratlagos Nem akaratlagos Nem akaratlagos
A harántcsíkolt izom felépítése Izomrost Harántcsíkolt izom Miofibrillum Izomrost köteg Miofilamentumok Vastag filamentumok Vékony filamentumok Szarkomer
Szarkomer I. A harántcsíkolt izom szerkezeti és mőködési egysége. H-zone
Szarkomer II. Keresztmetszeti kép M-filamentumok (M-protein, miomezin The M-band: an elastic web that crosslinks thick filaments in the center of the sarcomere Irina Agarkova and Jean-Claude Perriard Institute of Cell Biology, Swiss Federal Institute of Technology, ETH-Ho nggerberg, CH-8093 Zu rich
A harántcsíkolt izom mőködése Izomkontrakció Elektromos impulzussal ingerelünk egy izomköteget Összehúzódás, elernyedés Erı Izomrángás Inkomplett tetanusz Komplett tetanusz Idı (ms) Idı (ms) Periódikus ingerlés
Izometriás kontrakció Izom hossza állandó Erı tetanusz + - rángás Idı
Izotóniás kontrakció Erı állandó Az izom addig húzódik össze, amíg a súllyal megegyezı erıt nem fejt ki. + - 0 W erı hossz W Idı
Csúszófilamentum elmélet A-csík változatlan, míg az I-csík rövidül Nem változik sem az aktin, sem a miozin filamentumok hossza H.E. Huxley és A.F. Huxley egymástól függetlenül állították fel a csúszó filamentum elméletet: az aktin és miozin elcsúszik egymáson (A.F. Huxley and Niedergerke (1954), H.E. Huxley and Hanson (1954)) Legjobb bizonyíték a hossz-feszülés viszony, minél nagyobb az átfedés, annál nagyobb feszülés Az elcsúszást a filamentumok közötti kereszthidak elmozdulása okozza A kontrakciót a SR-ból felszabaduló Ca++ ionok indítják be
Nyugalmi Szarkomer Z-lemez H-zóna I-csík A-vonal Z-lemez H-zóna rövidül I-csík rövidül A-vonal változatlan Kontrahált Rövidült szarcomer Vastag filamentum Vékony filamentum
Feszülés hosszfüggése Egyensúlyi hossz Nyugalmi hossz
A harántcsíkolt izom teljesítménye Izomteljesítmény: P=F*v Max. kifejtett erı (1,7pN/1 miozin kereszthíd): Aktin-miozin közötti kémiai kötések energiája szab határt Max. sebesség( 6000nm/s): A vázizom erı sebesség diagramja ATP elhasítási sebesség max. értékével függ össze Max. teljesítmény: A sebesség 1/3-nál Az izom a befektetett kémiai energiát több, mint 50%-os hatékonysággal hasznosítja!
Mi szabályozza az izmok mőködését? Váz és szívizomban: 1. Tropomiozin 2. Troponin komplex 3. Ca 2+ Simaizomban: A könnyő lánc foszforilációja Kagylóizomban: Kálcium kötıdése a miozinhoz
Tropomiozin A tropomiozin két molekula egymásba csavarodásával kialakuló coiled-coil dimer, mely 7 aktin protomerrel van kölcsönhatásban. A tandem módon elhelyezkedı tropomiozin dimerek a teljes aktin filamentumon végighúzódnak.
A troponin komplex Minden 7 aktin monomerbıl és egy tropomiozinból álló fehérjekomplexhez egy troponin komplex kapcsolódik. Troponin T - MW 37 kda a tropomiozinhoz és a többi troponin fehérjéhez kötıdik, stabilizálja a fehérjerendszert. Troponin I - MW 22 kda részt vesz az akto-miozin kölcsönhatás meggátolásában. Troponin C- MW 18 kda Kálcium hatására a szerkezetében bekövetkezı konformációs változás az izom szabályozásának a kulcslépése. A troponin komplex nagy része a tropomiozin dimer közepén helyezkedik el.
Térbeli kizárási modell Idegi szabályozásra felszabaduló kálcium a citoplazma [Ca2+]-t 1 µm felé emeli [Ca2+] TnC Ca-t köt ~10 nm Konformációváltozás Az izom aktiválásához szabad kálciumionra van szükség. TnC affinitása nı a TnI-hez A TnI leválik az aktinról Tropomiozin már nem fedi le a miozinkötı helyet Be tud kötni a miozin
A szabályozás további lépései Rigor állapot +ATP -Ca 2+ Nyugalmi állapot + Ca 2+ Aktivált állapot, gyenge kölcsönhatás Leválik P i Aktivált állapot, erıgenerálás ADP leválik Rigor állapot
Köszönöm a figyelmet!