Koji koraci u kontrakciji mišića zahtijevaju ione kalcija?

Kontrakcija mišića složen je proces koji zahtijeva interakciju više proteina, uključujući aktin i miozin. Kalcijevi ioni (Ca2+) igraju ključnu ulogu u nekoliko koraka mišićne kontrakcije, posebice u procesu spajanja ekscitacije i kontrakcije (EC), koji povezuje električni signal iz živca s mehaničkim odgovorom mišića:

1. Propagacija potencijala akcije:

- Kada akcijski potencijal dosegne neuromuskularni spoj, uzrokuje otpuštanje acetilkolina (ACh) iz živčanog završetka.

- ACh se veže na receptore na membrani mišićne stanice, što dovodi do otvaranja ionskih kanala i dotoka iona natrija (Na+) i kalcija (Ca2+) u mišićno vlakno.

2. Oslobađanje kalcija iz sarkoplazmatskog retikuluma:

- Priljev Ca2+ iona tijekom akcijskog potencijala pokreće otpuštanje veće količine Ca2+ iz sarkoplazmatskog retikuluma (SR), specijaliziranog unutarstaničnog membranskog sustava.

- Ovo oslobađanje događa se kroz otvaranje specijaliziranih kanala poznatih kao ryanodin receptori (RyR) na SR membrani.

3. Vezanje kalcija na troponin:

- Povećana koncentracija Ca2+ u mišićnom vlaknu omogućuje njegovo vezanje na troponin, regulatorni proteinski kompleks koji kontrolira interakciju između aktinskih i miozinskih filamenata.

- Kada se Ca2+ veže na troponin, on inducira konformacijsku promjenu koja izlaže mjesto vezivanja miozina na aktinskim filamentima.

4. Stvaranje poprečnih mostova između aktina i miozina:

- Nakon izlaganja mjesta vezanja miozina, miozinske glave, koje strše iz debelih filamenata, mogu se vezati na aktinske filamente i formirati poprečne mostove.

- Ovo vezanje dovodi do stvaranja kompleksa koji stvara silu između aktinskih i miozinskih glava.

5. Snažni udar i kontrakcija mišića:

- Hidroliza ATP-a (adenozin trifosfata) događa se unutar glave miozina, uzrokujući konformacijsku promjenu koja stvara silu.

- Ova konformacijska promjena, poznata kao udar snage, povlači aktinske filamente prema središtu sarkomera (osnovna jedinica mišićne kontrakcije), što rezultira skraćivanjem i kontrakcijom mišića.

6. Opuštanje:

- Nakon prestanka djelovanja akcijskog potencijala, ioni kalcija se pomoću kalcijevih pumpi (SERCA pumpe) aktivno pumpaju natrag u sarkoplazmatski retikulum.

- Kako se razina Ca2+ smanjuje, troponin prolazi još jednu konformacijsku promjenu, blokirajući mjesto vezanja miozina na aktinu, što uzrokuje lomljenje poprečnih mostova i opuštanje mišićnog vlakna.

Stoga su ioni kalcija bitni u nekoliko koraka tijekom mišićne kontrakcije, posebice u pokretanju otpuštanja Ca2+ iz sarkoplazmatskog retikuluma, reguliranju interakcije između aktinskih i miozinskih filamenata i pokretanju snažnog zaveslaja za skraćivanje mišića.