Membran ve Kas Fizyolojisi

Hücre membranından transport ister çift katlı lipid tabakadan direkt, isterse proteinler üzerinden olsun, iki temel olaydan biriyle gerçekleşir.

Difüzyon

(pasif transport)

Aktif transport

Membrandan Geçiş

Pasif taşınım a. Basit Difüzyon (por, kanal, yağda eriyen) b.

Kolaylaştırılmış difüzyon (glikoz) Aktif taşınım a. Doğrudan enerji kaynaklı (Na K pompası) b. İndirek enerji kaynaklı-sekonder aktif (glikoz-Na, Na Ca değişim) Osmoz Endositoz - Eksositoz

PASİF DİFÜZYON

Lipidde Eriyen Maddelerin Çift Katlı Lipid Tabakasından Difüzyonu:

Bir maddenin çift katlı lipid tabakadaki hareket hızını belirleyen en önemli faktörlerden birisi o maddenin

lipiddeki eriyebilirliğidir

. Örneğin oksijen, karbon dioksid, azot ve alkol

Su ve Diğer Lipidde Erimeyen Moleküllerin Protein Kanallarından Difüzyonu:

Su membran lipidlerinde hemen hiç erimediği halde membrandan özellikle protein kanalları aracılığı ile rahatlıkla geçer. Molekül büyüklüğü arttıkça penetrasyonları hızla azalır.

Protein Kanallardan Difüzyon ve Bu Kanalların “Kapıları”

1.

2.

Kapıların açılıp kapanması iki temel yolla kontrol edilir:

Voltaj kapısı;

Kapının moleküler konumu hücre membranının elektriksel potansiyeline bağlıdır.

Kimyasal kapı;

Bazı protein kanal kapıları, diğer bir molekülün protein ile bağlanmasıyla açılır (asetilkolin)

KOLAYLAŞTlRILMIŞ TRANSPORT

Kolaylaştırılmış difüzyona aynı zamanda

taşıyıcı aracılığı ile difüzyon

da denir.

Glikoz

ve

aminoasitlerin

difüzyonla geçer.

çoğu membrandan kolaylaştırılmış

Fark ???

Net difüzyon hızını etkileyen faktörler

A Difüzyon Üzerine Konsantrasyon Farkının Etkisi.

B İyonların Difüzyonu Üzerine Elektriksel Potansiyelin Etkisi – “Nernst Eşitliği”.

C Basınç Farkının Etkisi.

AKTİF TRANSPORT

Bir hücre membranında molekül ve iyonların konsantrasyon gradyanına (ya da elektriksel veya basınç gradyanına karşı) “yokuş yukarı” hareketine

aktif transport

denir.

Örn sodyum, potasyum, kalsiyum, demir, hidrojen, klorür, iyodür, bazı şekerler ve aminoasitlerin çoğu

Primer ve Sekonder Aktif Transport

Taşımada kullanılan enerjinin kaynağına göre Primer aktif transportta enerji doğrudan adenosin trifosfat (ATP) veya diğer yüksek enerji fosfat bileşiklerinin yıkılmasından üretilir.

Sekonder aktif transportta enerji, birinci planda primer aktif transportla membranın iki tarafında iyonik konsantrasyon farkı şeklinde depolanmış kaynaklardan ikincil olarak üretilir

Primer Aktif Transport

Na + -K + Pompası Ca +2 ’un Primer Aktif Transportu Hidrojen İyonlarının Primer Aktif Transportu iki yerde önemlidir: 1. Midenin gastrik bezlerinde 2. Böbreklerde distal tubulusların son bölümü ve kortikal toplama kanalları

pariyetal hücreler İnterkale hücrelerde

Sekonder Aktif Transport Birlikte Taşınma ve Zıt Taşınma

Glikoz ve Aminoasitlerin Sodyumla Birlikte Taşınması Kalsiyum ve Hidrojen İyonlarının Sodyumla Zıt Taşınması

OSMOZ

Seçici Geçirgen Membranlarda Osmoz Suyun Net Difüzyonu “Osmolalite” - Osmol. Bir eriyikte parçacıkların sayısal konsantrasyonlarını açıklamak için gram yerine

osmol birimi kullanılır.

Eğer

bir kilogram suda bir osmol madde erimişse

eriyiğin

osmolalitesi kilogramda bir osmoldur.

yaklaşık olarak Ekstrasellüler ve intrasellüler sıvıların normal osmolalitesi

kilogramda 300 miliosmoldur.

ENDOSİTOZ

Klatrin: - fibriler protein - aktin – miyozin

Vücut sıvılarındaki iyonlar

Membran Potansiyelleri ve Aksiyon Potansiyelleri

SİNİRLERDE MEMBRAN DİNLENİM (İSTİRAHAT) POTANSİYELİ Potasyum Difüzyon Potansiyelinin Katkısı Sinir Membranından Sodyum Difüzyonunun Katkısı - Na + -K + Pompasının Katkısı

AKSİYON POTANSiYELİ

İstirahat Dönemi.

Aksiyon potansiyeli oluşmadan önceki membran sükun potansiyeli. Bu dönemde büyük bir negatif (-90 mV) membran potansiyelinin bulunması nedeniyle membran “polarize” durumdadır.

Depolarizasyon Dönemi.

sodyuma karşı geçirgen hale gelerek, çok büyük miktarda pozitif yüklü Bu sırada membran aniden sodyum iyonunun aksonun içine alınmasına yol açar.

Repolarizasyon Dönemi.

daha da açılır. Membranın sodyuma geçirgenliği çok arttıktan sonra, saniyenin onbinde biri gibi kısa bir sürede sodyum kanalları kapanmaya başlar ve potasyum kanalları normaldeki haline göre Potasyum iyonlarının dışa doğru hızlı difüzyonu normal negatif membran dinlenim potansiyelinin yeniden oluşmasını sağlar. Buna membranın

“repolarizasyonu”

adı verilir.

Geçirgenlik: K > Na (100 kat)

Plato Oluşumu

Kalp kasında iki tip kanal depolarizasyon olayına katkıda bulunur. 1) Sodyum kanalları,

hızlı kanallar,

2) Kalsiyum kanalları,

yavaş kanallar.

Bu kanallar, başlıca kalsiyum iyonlarıyla birlikte bir miktar sodyum iyonunun da difüzyonunu sağlar. Hızlı kanalların açılması aksiyon potansiyelinin sivri bölümünü oluşturur; ancak yavaş kalsiyum sodyum kanallarının, yavaş fakat uzun süreli açılması başlıca aksiyon potansiyelinin

plato bölümünden

sorumludur.

Platodan kısmen sorumlu ikinci faktör ise, voltaj kapılı potasyum kanallarının çok yavaş aktive olması ve sıklıkla platonun sonuna kadar açılmamasıdır. Bu membran potansiyelinin dinlenim değerine dönmesini geciktirir. Fakat daha sonra, potasyum kanalları açılırken yavaş kanalların kapanmaya başlaması; platonun sonunda, aksiyon potansiyelinin hızla düşerek istirahat durumuna inmesini sağlar.

SİNİRDE SİNYAL İLETİMİNİN ÖZEL DURUMLARI

Lifin merkezinde

akson

bulunur ve aksonun membranı aksiyon potansiyelini ileten gerçek iletken membranıdır. Akson, viskozitesi yüksek intrasellüler bir sıvı

aksoplazma

ile doludur. Aksonu çeviren

miyelin kılıfı

çok defa aksonun kendisinden daha kalındır ve miyelin kılıfı, aksonun uzunluğu boyunca her 1-3 milimetrede bir

Ranvier boğumu

ile kesilmiştir.

Miyelinli Sİnir Liflerinde Bir Boğumdan Ötekine “Sıçrayıcı” İleti

Saltatorik ileti

İkinci bir aksiyon potansiyelinin çok kuvvetli bir uyaranla bile yaratılamadığı süreye

mutlak refrakter periyod

denir.

Mutlak refrakter periyod sonrası onun dörtte biri veya yarısı kadar uzunlukta

rölatif refrakter periyod

gelir. Bu sürede normalden daha kuvvetli uyaran lifi uyarabilir.

Rölatif refrakterliğin iki nedeni vardır: (1) Bu sırada sodyum kanallarının bazısı hala inaktivasyon durumundadır, (2) Potasyum kanallarının genellikle tam açık olması nedeniyle, pozitif yüklü potasyum iyonlarının dışarı aşırı akması lifin uyarılmasını güçleştirir.

“Stabilize Ediciler” ve Lokal Anestetikler

Ekstrasellüler sıvıda yüksek kalsiyum iyon konsantrasyonu

, lokal anestetik olarak kullanılan

prokain, tetrakain

gibi maddeler direkt olarak

sodyum kanallarının aktivasyon kapılarının açılmasını zorlaştırarak

membranın eksitabilitesini azaltırlar.

İskelet Kasında Kasılma

• • Vücudun yaklaşık %40’ı iskelet kası, %10’u düz kas ve kalp kasıdır.

Sarkolemma: Kas lifinin

hücre membranıdır

. Sarkolemma,

plazma membranı

denilen gerçek hücre membranı ile birçok ince kollajen fibril içeren bir polisakkarid tabakasından meydana gelen dış kılıftan ibarettir.

• Miyofibriller; aktin ve miyozin filamentleri: Her kas lifi birkaç yüz ile birkaç bin arasında

miyofibril

içerir. Her miyofibrilde yan yana uzanan yaklaşık 1500

miyozin filamenti

ve 3000

aktin filamenti

vardır.

•

Kalın filamentler

miyozin ,

ince filamentler

aktin

’dir.

•

Açık bantlar sadece aktin filamentlerini içerir ve I

bandı

adını alır.

•

Koyu bantlar miyozin filamentleri ile, aralarına giren aktin filamentlerinin uçlarını içerir. Koyu bantlara A

bandı

denir.

•

Miyozin filamentlerinin yan taraflarından çıkan küçük uzantılar çapraz köprülerdir

.

•

Aktin filamentlerinin ucunun tutunduğu

Z diskleri

•

Z diski

bağlar.

,

miyofibriller arasında çapraz uzanır ve kas lifi boyunca ilerleyerek bir miyofibril diğerine (çizgili görünüm) İki Z çizgisi arasında kalan miyofibril bölümüne

sarkomer

denir.

Miyozin ve aktin moleküllerini bir arada tutan filamentöz

titin

molekülleridir. Miyozin ve aktin filamentleri arasındaki yan yana ilişkiyi sürdürmek zordur. Bunu,

titin

adı verilen çok sayıda filamentöz molekül sağlar.

Sarkoplazma: - Miyofibriller kas lifinde intraselüler maddelerden oluşan bir matriks içinde asılıdır.

sarkoplazma

denilen Sarkoplazma sıvısı potasyum, magnezyum, fosfat ve protein yapıda enzimler içerir. Çok sayıda

mitokondri

içerir (ATP)

Sarkoplazmik Retikulum: Sarkoplazma içinde bulunan zengin endoplazmik retikuluma kas lifinde

sarkoplazmik retikulum

denir.

KAS KASILMASININ GENEL MEKANİZMASI 1.

Aksiyon potansiyeli motor sinir boyunca kas lifindeki sonlanmasına kadar yayılır.

2.

Her sinir ucundan nörotransmiter olarak az miktarda

asetilkolin

salgılanır.

3.

Kas lifi membranında lokal bir alanda etki gösteren asetilkolin, membrandaki asetilkolin kapılı kanalları açar.

4.

Asetilkolin kanallarının açılması, kas lifi membranından çok miktarda sodyum iyonunun içeri girmesini sağlar. Bu olay kas lifinde aksiyon potansiyelini başlatır.

5.

Aksiyon potansiyeli sinir membranında olduğu gibi kas lifi membranı boyunca da yayılır.

6.

Aksiyon potansiyeli kas lifi membranını depolarize eder ve kas lifi içine doğru yayılarak, sarkoplazmik retikulumda depolanmış olan kalsiyum iyonlarının büyük miktarlarda miyofibrile serbestlemesine neden olur.

7.

Kalsiyum iyonları , filamentlerin kaymasını sağlayan, aktin ile miyozin filamentleri arasındaki çekici güçleri başlatır.

8.

Sonra kalsiyum iyonları sarkoplazmik retikuluma geri pompalanır. Yeni bir kas aksiyon potansiyeli gelinceye kadar burada depolanır: kalsiyum iyonlarının uzaklaştırılması kasılmanın sona ermesine neden olur.

KAS KASILMASININ MOLEKÜLER MEKANİZMASI

•

Gevşek durumda uzanmaktadırlar.

, iki ardışık Z diskinden çıkan aktin filamentlerinin uçları, ancak birbiri üstüne binmeye başlarken, aynı zamanda miyozin filamentlerine komşu olarak

•

Kasılı durumda ise aktin filamentleri miyozin filamentleri arasında ortaya doğru çekilmiş, dolayısıyla büyük oranda üstüste binmiştir. Z diskleri de, aktin filamentleri tarafından miyozin filamentlerinin uçlarına kadar çekilmiştir.

Kayan filament mekanizması

Miyozin filamentlerinin çapraz köprüleri ile aktin filamenlerinin etkileşimi sonucunda mekanik bir güç oluşur.

İstirahat koşullarında bu güçler inhibe edilmiştir, ancak bir aksiyon potansiyelinin kas lifi membranında yayılması sarkoplazmik retikulumdan kalsiyumun hızla serbestlemesine neden olur. Kalsiyum iyonları miyozinle aktin filamentleri arasındaki güçleri aktive eder ve kasılma başlar.

Kasılabilir Filamentlerin Moleküler Özellikleri Miyozin

-

Miyozin molekülü

iki

ağır zincir

-

dört hafif zincir olmak üzere altı polipeptid zincirinden olmuştur. İki ağır zincir bir çift sarmal oluşturmak üzere birbiri etrafına spiral olarak sarılır. Miyozin molekülünün bu sarmalına

kuyruk

adı verilir.

Bu zincirlerden herbirinin bir ucu kıvrılarak miyozin

başı

denen globuler polipeptid yapıyı meydana getirir.

Miyozin filamenti

•

Miyozin molekülünün kuyrukları demet halinde toplanarak filamentin gövdesi ni oluşturmaktadır; birçok baş ise gövdeden dışarı doğru sarkmıştır.

•

Ayrıca, her miyozin molekülünün sarmal kısmı başla beraber yana doğru uzanır ve şekilde görüldüğü gibi, başı vücuttan uzatan bir kollar ve başlara birlikte

kol

oluşturur. Dışarı doğru uzanan

çapraz köprü

denir.

Miyozin Başının ATPaz Aktivitesi

Miyozin başının kas kasılması için temel olan diğer bir özelliği

ATPaz enzimi

olarak fonksiyon görmesidir. ATP’ı yıkmasını ve ATP’ın yüksek enerjili fosfat bağlarından elde edilen enerjiyi kasılma işlemini enerjilendirmek için kullanmasını sağlar.

Aktin Filamenti

3 protein bileşeninden oluşmuş bir

• • •

komplekstir:

aktin tropomiyozin troponin

Aktin filamenti çift-sarmal F-aktin protein molekülünden oluşur.

Tropomiyozin

denen farklı bir proteini de içerir.

Bu moleküller F-aktin iplikleri ile zayıf bir şekilde birleşmiş ve F aktin sarmalının kenarları etrafına spiral olarak sarılmıştır.

Tropomiyozin molekülünün bir ucuna tutunmuş

troponin

denen bir başka protein daha vardır. Zayıf bağlı üç protein altbiriminden oluşmuş bir komplekstir. troponin I aktin için troponin T troponin C tropomiyozin için, kalsiyum iyonları için kuvvetli affiniteye sahiptir. Bu kompleksin tropomiyozini aktine bağladığı düşünülür.

Kas kasılmasında “Boyunca yürüme” mekanizması - (I)

•

Kalsiyum iyonları, her biri 4 kalsiyum iyonuna iki aktin ipliği arasındaki oluğa çeker.

kuvvetle bağlanabilen troponin C molekülleri ile birleştiğinde, troponin kompleksi biçim değişikliğine uğrar ve tropomiyozin molekülüne uyguladığı kuvvetle onu

Kas kasılmasında “Boyunca yürüme” mekanizması - (II)

•

Aktin filamenti kalsiyum iyonları ile aktive olur olmaz, miyozin filamentinin çapraz köprü başları aktin filamentinin aktif bölgelerine çekilir ve kasılmaya neden olur.

•

Kasılma işlemi sırasında büyük miktarda ATP, ADP’a yıkılır. Kas tarafından yapılan iş ne kadar büyükse, yıkılan ATP miktarı da o kadar fazladır, buna

Fenn etkisi

denir.

Enerji Kaynakları

yüksek enerjili fosfat bağı taşıyan

fosfokreatin + ATP (5-8 saniye)

kas hücrelerinde depolanmış olan

glikojen

(glikoliz)

oksidatif metabolizma

İzotonik ve İzometrik Kasılma

Kasın kısalmadan kasılmasına

izometrik,

Kasın gerimi sabit kalıp kısalarak kasılmasına

izotonik

kasılma denir.

Hızlı ve Yavaş Lifler

(1) (2) (3) Hızlı lifler (Beyaz) Daha büyük kasılma gücü için daha büyük lifler. Kasılmayı başlatmak üzere hızlı kalsiyum serbestlemesi için geniş bir sarkoplazmik retikulum. Glikolitik işlemle hızlı enerji sağlamak için çok miktarda glikolitik enzimler . (4) Oksidatif metabolizma ikincil önemde olduğu için daha az kan akımı. (5) Yine oksidatif metabolizma ikincil olduğundan daha az sayıda mitokondri.

(1) (2) (3) Yavaş lifler (Kırmızı) Daha küçük lifler. Daha küçük sinir lifleri ile inervasyon.

Daha fazla oksijen sağlamak için daha gelişkin kan damarı sistemi ve kapillerler.

(4) Yüksek düzeydeki oksidatif metabolizmayı desteklemek için çok sayıda mitokondri. (5) Lifler bol miktarda, eritrositlerdeki hemoglobine benzer şekilde demir içeren bir protein olan miyoglobin içerir.

Sumasyon,

tek tek sarsıların birleşerek kasın kasılma şiddetini artırması demektir.

İki yolla meydana gelir: 1) eşzamanlı kasılan motor ünitelerin sayısını artırarak (

multipl lif sumasyonu ),

2) kasılma frekansını artırarak

( frekans sumasyonu tetanizasyon

denir.

);

bu tetanizasyona neden olabilir. Frekans belli bir kritik değere ulaştığında, ardıl kasılmalar o kadar hızlıdır ki, gerçekten birbiriyle kaynaşır ve şekilde görüldüğü gibi kasılma tamamen düzgün ve devamlı olur. Buna

Kas Hipertrofisi ve Atrofisi

Kas Hipertrofisi ; Hemen hemen bütün kas hipertrofileri kas liflerindeki aktin ve miyozin filamentlerinin ve enerji sağlayan enzim sistemlerinin artışından kaynaklanır, buna bağlı olarak kas lifi genişler ki buna

lif hipertrofisi

denir.

Kas uzun süre kullanılmadığı zaman kontraktil proteinlerin ve miyofibrillerin yıkılma hızı, yenilenme hızından daha fazladır. Kas atrofisi meydana gelir.

Rigor Mortis

Ölümden birkaç saat sonra bütün vücut kasları “rigor mortis” (ölüm katılığı) denen bir

kontraktür

durumuna girer; bunda aksiyon potansiyeli olmadığı halde kas kasılır ve katılaşır. Bu katılık, gevşeme sırasında çapraz köprülerin aktin filamentlerinden ayrılması için gerekli olan ATP’nin tamamen kaybedilmesinden kaynaklanır.

UYARILARIN SİNİRDEN İSKELET KAS LİFLERİNE İLETİMİ: SİNİR-KAS (NÖROMUSKÜLER) KAVŞAĞI

• •

Sinir lifi uç kısmında

terminal dallara

dışında kalırlar. ayrılır ve kas lifinin içine doğru girer, fakat lifin plazma membranının Bu yapının tamamına

motor son plak

denir.

tek akson terminali ile kas lifi membranı arasındaki kavşak: Membranın invajinasyonuna

sinaptik oluk

veya

sinaptik çukur

denir ve terminalle lif membranı arasındaki boşluğa

sinaptik yarık

denir. Oluğun tabanında

subnöral yarık

denen kas membranının yaptığı çok sayıda küçük kıvrım vardır.

Akson terminalinde bulunan çok sayıda mitokondri başlıca eksitatör bir transmiter olan

asetilkolinin

sentezi için gerekli enerjiyi sağlar. Asetilkolin kas lifini uyarır. Asetilkolin sinir terminalinin sitoplazmasında sentezlenir fakat hızla birçok küçük

sinaptik veziküle

absorbe edilir Sinaptik aralıkta bulunan çok miktarda

asetilkolinesteraz

enzimi asetilkolini sinaptik veziküllerden salındıktan sonra yıkar.

Kas membranında çok sayıda asetilkolin reseptörü görülmektedir; bunlar gerçekte a

setilkolin kapılı iyon kanallarıdır

ve asetilkolin veziküllerinin sinaptik yarığa boşaltıldığı yoğun çubuk alanlarının hemen altında uzanan subnöral kıvrımların ağızlarında yerleşmişlerdir.

(1) Asetilkolinin çoğu, presinaptik uç ile postsinaptik kas membranı arasındaki sinaptik boşluğu dolduran ince süngerimsi bağ dokusu tabakası olan bazal laminaya tutunmuş bulunan asetilkolinesteraz enzimi ile yıkılır. (2) Küçük bir miktar ise sinaptik alanın dışına difüze olur ve artık kas lifi membranını etkileyemez.

Asetikolin kanalı A) Kapalı durumda

B)

Asetilkolin bağlandıktan ve biçimsel değişiklik kanalı açıldıktan sonra, çok miktarda sodyumun (K + , Ca ++ ) kas lifine girmesine ve kasılmayı uyarmasına izin verir.

Negatif yüklü iyonların girişini engelleyen kanal ağzında negatif yükler bulunur.

Sinir Kas Kavşağında İletimi Etkileyen İlaçlar

Asetilkolin Benzeri Etki İle Kas Lifini Uyaran İlaçlar:

Metakolin , karbakol

ve

nikotin

gibi birçok bileşik kas lifinde asetilkoline benzer etkiye sahiptir. Bu ilaçlarla asetilkolin arasındaki fark, kolinesteraz ile yıkılmamaları veya yavaş yıkılmaları, etkilerinin birkaç dakikadan birkaç saate kadar sürmesidir.

Sinir Kas Kavşağında İletiyi Bloke eden İlaçlar:

Kürariform ilaçlar

olarak bilinen bir grup ilaç, uyarıların son plaktan kasa geçmesini engelleyebilir.

D tubokürarin kas lifi membranını, asetil kolinin etkisini asetil kolin reseptörü bölgesinde bloke ederek etkiler.

Asetilkolinesterazı İnaktive Ederek Sinir-Kas Kavşağını Uyaran İlaçlar Özellikle iyi bilinen üç ilaç;

neostigmin , fizostigmin

ve

diizopropil florofosfat ,

asetilkolinesterazı inaktive ederler.

Sinaptik aralıkta giderek artan miktarda asetilkolin birikir. Bu durum, kasa birkaç sinir uyarısı ulaşması durumunda bile

kas spazm

larına yol açar.

Miyastenia Gravis

Sinir kas kavşağında, sinyallerin sinir lifinden kasa iletilememesi nedeniyle paraliziye sebep olur. Miyastenia gravisli kişilerin çoğunun kanında asetilkolin kapılı taşıyıcı proteinlere karşı otoantikorlar gösterilmiştir.

UYARILMA KASILMA BAĞLANTISI

Transvers Tübül-Sarkoplazmik Retikulum Sistemi

•

Aksiyon potansiyellerinin kas lifi boyunca bir yandan diğer yana uzanan gerçekleşir.

transvers tübüllerle

(T tübülleri) taşınması sayesinde

•

T tübülü aksiyon potansiyeli, Ca ++ un sarkoplazmik retikulumdan miyofibrillerin hemen yanına serbestlemesine neden olur ve Ca sağlar. ++ kasılmayı

• •

Bütün bu olaylara

uyarılma kasılma bağlantısı

denir.

T tübül / Z çizgisi

Sarkoplazmik Retikulumdan Kalsiyum İyonlarının Serbestlemesi

T tübülünde aksiyon potansiyeli  Sinyal sisternaların membranında ve sarkoplazmik retikulumun longitudinal tübüllerinde çok sayıda kalsiyum kanalının hızla açılmasına  Serbestleyen kalsiyum iyonları  Troponin C’ye kuvvetle bağlanır ve kas kasılması

Kasta uyarılma kasılma bağlantısı, aksiyon potansiyeli ile sarkoplazmik retikulumdan kalsiyum iyonlarının serbestlemesi ve sonra kalsiyum pompası ile geri alınması.

Düz Kasın Uyarılması ve Kasılması

Düz Kas Tipleri

Düz kaslar genelde iki büyük gruba ayrılabilir:

Çok birimli düz kas Üniter (tek birimli) düz kas

Çok Birimli Düz Kaslar

•

Çok birimli düz kas liflerinin en önemli özelliği, her lifin diğerlerinden bağımsız kasılabilmesi ve temel olarak sinir sinyalleri ile kontrol edilmeleridir.

• • •

Gözün silyer kasının düz kas lifleri Gözün irisi Piloerektör kaslar

Üniter Düz Kaslar

•

Sinsisyal düz kas, barsak, safra kanalları, üreter, uterus ve kan damarları birçok iç organın duvarında, bunlara

viseral düz kas

da denir.

•

Lifler genellikle demet veya katlar halinde düzenlenmiştir ve hücre membranları birçok noktada birbirine bitişiktir. Hücre membranlarını birleştiren yarık bağlantılar, iyonların hücreler arasında serbestçe hareketini sağlar.

Düz Kas Kasılmasının Kimyasal Temeli

Düz kas, iskelet kasındaki aktin ve miyozin filamentlerine benzer kimyasal özelliklere sahip olan aktin ve miyozin filamentlerini içerir. İskelet kasındaki troponin kompleksini içermez , dolayısıyla kasılmanın kontrol mekanizması farklıdır.

Kontraktil süreç kalsiyum iyonları ile aktive edilir

yoğun cisimleri iskelet kasındaki Z diskleri ile aynı

Düz Kas ile İskelet Kası Kasılmasının Karşılaştırılması

•

Miyozin Çapraz Köprülerinin Yavaş Döngüsü İskelet kaslarının hızlı kasılıp gevşemesine karşın, çoğu düz kas kasılması bazen saatler veya günler süren uzun süreli tonik kasılmadır.

Kasılma gücünü belirleyen temel faktör olan çapraz köprülerin aktin filamentlerine bağlı kalma

süresinin

, düz kasta oldukça uzadığı düşünülür.

Olası bir neden çapraz köprü başlarının iskelet kasındakinden daha az ATPaz aktivitesine sahip olmasıdır. Başların hareketi için enerji sağlayan ATP yıkımı büyük miktarda azalır ve döngünün hızını da yavaşlatır.

•

Düz Kas Kasılmasını Devam Ettirmek İçin Gerekli Enerji Düz kasta aynı kasılma gerimini devam ettirmek için gerekli olan enerji, iskelet kasının sadece 1/10 - 1/300’üdür. Nedeni çapraz köprü döngüsünün yavaş olması, her döngü için sadece bir ATP molekülüne ihtiyaç olunmasıdır. (enerji kullanımındaki tutumluluk)

•

Düz Kasta Kasılma ve Gevşeme Başlangıcının Yavaşlığı

-

Süre olarak iskelet kasının bir tek kasılmasının yaklaşık 30 katıdır Kasılmanın yavaş başlaması ve uzun sürmesi çapraz köprülerin kurulması ve ayrılmasındaki yavaşlıktan kaynaklanır.



Kas Kasılmasının Gücü Düz kasta miyozin filamentlerinin az olması ve çapraz köprü döngüsünün yavaş olmasına rağmen, düz kasın maksimum kasılma gücü iskelet kasınınkinden bile büyüktür.

“Mandal” Mekanizması

•

Düz kas bir kez tam kasıldığında, kasın aktivasyon derecesi genellikle başlangıç seviyesinin çok altına düşürülebilir, ancak kas yine de tam kasılma gücünü sürdürebilir.

•

Mandal mekanizmasının önemi, düz kasta az miktarda enerji kullanarak saatlerce tonik kasılmanın sürdürülebilmesini sağlamasıdır. Bunun için az miktarda sinirsel ya da hormonal uyarıya gereksinim vardır.

Düz Kasın Stres – Gevşemesi Özellikle boşluklu organlarda viseral tip düz kasların uzatılma veya kısaltılmalarından sonraki saniyeler içinde hemen hemen orijinal kasılma gücüne dönebilmeleridir.

Örneğin, mesanedeki sıvı hacminin aniden artmasına bağlı olarak mesane duvarı düz kasının gerilmesi, kesede aniden basınç artışına neden olur. Bununla birlikte, sonraki 15 saniye mesane duvarında gerim devam etse de, basınç hemen hemen önceki düzeyine döner.

dakika sırasında Hacim aniden düştüğü zaman basınç başlangıçta çok düşer, ancak birkaç saniye veya dakikada ilk düzeyine döner. Bu fenomene

stres gevşemesi ve ters stres gevşemesi

denir.

Kasılma Mekaniği

•

Kasılma intraselüler kalsiyum iyonlarındaki artış ile başlar

•

Kalsiyum artışı düz kas lifinin sinirsel uyarılması, lifin gerilmesi veya lifin ya da hormonal yolla kimyasal çevresindeki değişikliklerden kaynaklanabilir.

Kalsiyum İyonlarının Kalmodulinle Birleşmesi-Miyozin Kinaz Aktivasyonu ve Miyozin Başının Fosforilasyonu Düz kas hücreleri, troponin yerine, çok miktarda kalmodulin bir düzenleyici protein içerirler

.

denen Bu protein dört kalsiyum iyonu ile reaksiyona girer Kalmodulin miyozin çapraz köprülerini aktive ederek kasılmayı başlatır

1.

Kalsiyum iyonları kalmoduline bağlanır.

2. Kalmodulin-kalsiyum kombinasyonu , fosforile edici bir enzim olan miyozin kinaz la birleşerek onu aktive eder.

3. Miyozin başının hafif zincirlerinden biri miyozin kinaza yanıt olarak fosforile olur. Bu zincir fosforile değilken, miyozin başın aktinle tutunma ayrılma döngüsü oluşmaz. 4. Fakat regülatör zincir fosforile olduğunda, iskelet kasındaki gibi, baş aktin filamenti ile bağlanma ve kas kasılmasını sağlama kapasitesine sahiptir.

Kasılmanın Durması - Miyozin Fosfatazın Rolü Kalsiyum iyon konsantrasyonu kritik bir değerin altına düştüğünde düz kas hücresi sıvısında bulunan

miyozin fosfataz enzimi

hafif zincirden fosfatı ayırır döngü durur ve kasılma kesilir

Düz kas kasılmasının sinirsel kontrolü Düzenli sinir-kas kavşağı yok

-

Onun yerine, düz kası inerve eden otonom sinir lifleri genellikle bir kas lifi tabakasının üstünde diffüz olarak dallanır.

İnce terminal aksonlar eksenleri boyunca dağılan birçok

genişlemeler (varikozite) bulunur

.

•

Lifler düz kas lifleri ile direkt temas etmezler, onun yerine

yaygın kavşaklar (diffuse junctions)

transmiter maddeleri birkaç nanometreden birkaç mikrometreye varan uzaklıktan düz kası çevreleyen matrikse salgılarlar

•

Sadece asetilkolin içeren iskelet kas kavşağındaki veziküllerin tersine, otonom sinir lifi sonlanmalarındaki veziküller bazı liflerde

asetilkolin

, bazılarında

norepinefrin

ve nadiren başka maddeler içerir.

•

Bazı reseptör proteinler

eksitatör ken

diğerleri

inhibitör dür.

Düz Kasta Membran Potansiyelleri ve Aksiyon Potansiyelleri

•

Normal istirahat halinde membran potansiyeli genellikle -50 - 60 milivolt kadar olup, iskelet kasından yaklaşık 30 milivolt daha az negatiftir.

Sivri Potansiyeller Bir dış uyaranla meydana getirilmiş tipik düz kas aksiyon potansiyeli

Platolu Aksiyon Potansiyelleri Üreter, bazen uterus ve bazı damar düz kasları gibi düz kas lifi tiplerinde meydana gelen uzun süreli kasılmadan sorumlu

Düz kas hücre zarı, iskelet kasından çok daha fazla voltaj kapılı kalsiyum kanalına, fakat daha az voltaj kapılı sodyum kanalına sahiptir.

Aksiyon potansiyeli oluşumunda sodyumun katkısı azdır.

Kalsiyum kanalları sodyum kanallarından çok daha yavaş açılır, fakat ondan daha uzun süre açık kalır. Düz kas liflerinin yavaş aksiyon potansiyellerinden büyük ölçüde bu olay sorumludur.

Yavaş dalgaların önemi, aksiyon potansiyellerini başlatabilmeleridir. Yavaş dalgaların kendisi kas kasılmasına neden olamaz, fakat yavaş dalganın potansiyeli yaklaşık -35 milivoltun üzerine (çoğu viseral düz kasta aksiyon potansiyeli oluşturabilecek yaklaşık eşik) çıktığı zaman aksiyon potansiyeli doğar, kas kitlesinde yayılır ve kasılma meydana gelir.

Viseral (üniter) düz kas yeterince gerildiğinde, genellikle spontan aksiyon potansiyelleri meydana gelir. 1) normal yavaş dalga potansiyellerinin etkilerinin, 2) gerilmeye bağlı olarak membran potansiyelinin negatifliğinde meydana gelen azalma ile birleşmesinden kaynaklanır.

Lokal Doku Faktörlerine Yanıt Olarak Düz Kas Kasılması 1.

Dokuda lokal oksijen eksikliği düz kasta gevşemeye ve dolayısıyla vazodilatasyona neden olur.

2. Aşırı karbon dioksit vazodilatasyona sebep olur 3. Hidrojen iyon konsantrasyonunun artması da vazodilatasyonu arttırır.

•

Adenozin, laktik asit, potasyum iyonlarının

 •

Kalsiyum iyon konsantrasyonunun



lokal vazodilatasyona neden olurlar

Kasılmayı etkileyen en önemli kan kaynaklı hormonlar

•

norepinefrin, epinefrin

•

asetilkolin

•

anjiotensin

•

vazopresin

•

oksitosin

•

serotonin ve

•

histamindir

Çoğunlukla aksiyon potansiyeli olmadan kasılmayı meydana getiren Ca ++ girişi ile birlikte depolarizasyon meydana gelir, İkinci haberciler

siklik adenozin monofosfat (cAMP)

veya

siklik guanozin monofosfat (cGMP)

Kasılmaya Neden Olan Kalsiyum İyonlarının Kaynakları: 1) Hücre membranı 2) Sarkoplazmik retikulum (iskelet kasından daha az)

•

Membranın bitişiktir.

çukurcuk

denen küçük girintileri bu tübüllerin yüzeyine

•

Çukurcuklarda bir aksiyon potansiyeli yayıldığı zaman, iskelet kasında transvers tübüllerin longitudinal sarkoplazmik retikulumdan kalsiyumun serbestlemesine neden olması gibi, komşu sarkoplazmik tübüllerden kalsiyum iyonlarının serbestlemesini uyarmakta

•

Kalsiyum iyonlarını düz kas lifinden ekstraselüler sıvıya veya sarkoplazmik retikuluma pompalayan kalsiyum pompaları (düz kas gevşemesi)