Celfysiologie 6.2b gladde-spier PDF

Preview

Summary

Download Celfysiologie 6.2b gladde-spier PDF

Description

ZSO 6.2b : De gladde spier, structuur en functie Vraag 1: Wat is het verschil tussen ‘multiunitaire’ en ‘unitaire’ gladde spiercellen? Vat samen wat je hierover vindt op de verschillende te lezen pp. In sommige organen is het zo dat elk gladde spiercel een synaptische input ontvangt. Deze zal hij kunnen ontvangen van meer als 1 neuron. Bovendien is er ook een zeer kleine elektrische koppeling tussen deze spiercellen. Dit resulteert dat elke gladde spiercel onafhankelijk van zijn naburige cellen kan samentrekken. Omdat deze cellen zich gedragen als meerdere onafhankelijke cellen noemt men deze multiunitair gladde spiercellen. Deze hebben ook geen Actie potentialen! De gladde spiercellen van de meeste cellen hebben een uitgebreide intercellulaire communicatie zoals de hartspieren. Gap junctions staan elektrische communicatie tussen naburige cellen toe. Deze communicatie laten gecoördineerde contracties van vele cellen toe. Omdat deze cellen samentrekken als een enkelvoudige unit worden deze de unitary gladde spiercellen genoemd. Deze gladde spiercellen kan men in grote aantallen vinden in de wanden van viscerale organen, zoals uterus, bloedvaten etc waardoor ze ook vaak visceral gladde spiercellen worden genoemd. Onder de unitary gladde spiercellen varieert de kracht van de intercellulaire koppelingen van orgaan tot orgaan. Wat op zijn beurt leidt tot variatie in de ruimtelijke omvang van een enkelvoudige unit. Voor deze vezels is bezenuwen ook niet nodig voor contractie, de synaps moduleert. En bij deze cellen vind je wel actiepotentialen. Tevens zijn deze ook spontaan actief. Vb: Blaas heeft meerdere koppelingen in de unit wat definieert dat dit grote functionele units zijn die de wand toelaat om in synchronie samen te trekken. Bloedvaten daarentegen is het omgekeerde hiervan: Kleinere functionele unit. Vraag 2: Wat zijn de verschillen tussen de actiepotentialen van skelet- en hartspiercellen met deze van de gladde spiercellen? 

  

 

Hart- en skeletspiercellen produceren een actie potentiaal die de samentrekking laat beginnen. De gladde spiercellen produceren een brede range van Vm variaties die ofwel de contractie zullen laten starten of moduleren. Actie potentialen die hetzelfde zijn als die in een skeletspier kan men terug vinden in unitary spiercellen of in enkele multiunits spieren. Zoals hartspiercellen, vertonen sommige gladde spiercellen verlengde AP die gekarakteriseerd zijn door een prominent plateau. Sommige gladde spiercellen kunnen helemaal geen AP genereren. In deze cellen verandert het Vm in een gegradeerde manier in plaats van een alles-of-niets manier. AP vaak te zien in unitary gladde spiercellen: hebben een tragere opgaande slag en een langere duur dan AP van skelet spiercellen. AP kan een simpele uitsteeksel zijn, een uitsteeksel gevolgd door een plateau of een serie van uitsteeksels aan de top van de trage golven van het membraanpotentiaal.



Sommige gladde spiercellen kunnen hetzelfde type van regeneratieve depolarisatie hebben als skeletspiercellen.  De opgaande slag of depolarisatie-fase zal altijd zorgen voor het openen van voltage- gevoelige Ca+ kanalen.  Het binnenkomen van Ca2+ zorgt voor nog verdere depolarisatie waardoor er nog meer kanalen zullen opengaan.  Maar bij Slow wave is de stijging van het AP lager omdat de Ca2+ kanalen trager openen dan de Na+ kanalen in de hart- en skeletspiercellen.

Vraag 3: Hoe gedraagt zicht de membraanpotentiaal in gladde spiercellen? Welke factoren kunnen daar invloed op hebben? Gladde spiercellen ondergaan veranderingen in het V m door neurale, hormonale en mechanische stimulatie. Veel gladde spiercellen zijn in staat om spontaan elektrische activiteiten op te wekken. In sommige cellen resulteert dit van de pacemaker current. De pacemaker current zorgt ervoor dat de cel zal depolariseren tot V m de drempelwaarde zal bereiken en zo een AP zal doen ontstaan. In andere cellen resulteert deze spontane elektrische activiteit voor een regelmatige, zich herhalende oscillaties van het V m. Deze verandering van Vm komt ook doordat ionen stromen ofwel spontane inwaartse stromingen veroorzaken van positieve ladingen (bij gladde spiercellen is dat Ca kanalen), depolarisatie van het membraan. Dit omdat de voltage gevoelige Ca-kanalen zullen geactiveerd worden. Ofwel door uitwaartse stroming van positieve ladingen (K kanalen) wat leidt tot hyperpolarisatie van het membraan. Deze uitwaartse stroming komt tot stand door de vele activatie’s van de voltage-gevoelige Ca kanalen die op hun beurt er voor gaan zorgen dat de Ca-afhankelijke K-kanalen zullen openen. De pacemaker current zorgt ervoor dat de cel depolariseert totdat de grenswaarden is overtreden waarna er een AP ontstaat.

Vraag 4: Geef verschillen tussen gladde en gestreepte spier voor wat betreft structurele organisatie van actine en myosine filamenten.   

Actine en myosine zijn niet zo hoog georganiseerd zoals bij de gestreepte spieren waardoor de gladde spier geen strepen vertoont zoals de dwarsgesnede spieren. De actine filamenten zijn parallel of schuin op de lengteas georienteerd Meerdere actine filamenten blijken op speciale locaties aan te sluiten die men dense bodies noemt. Dus hier heeft men geen sacromeer nodig zoals bij de vorige! De dense bodies kun je meteen onder het celmembraan vinden.

 

Dikke filamenten zijn verspreid tussen de dunne filamenten bij gladde spieren en zijn veel minder aanwezig dan bij de gestreepte spieren. De interactie van myosine met actine gebeurt hier niet door Troponine C maar door calmoduline

Vraag 5: Wat zijn de verschillen in excitatie-contractiekoppeling tussen skeletspier en gladde spier? Wat zijn de mogelijke bronnen voor Ca2+ in de excitatiecontractiekoppeling van de gladde spiercel? En wat zijn de verschillende mechanismen die een verhoging in cytosolaire vrije Ca2+ concentratie kunnen bewerkstellingen ? Verhoging Ca2+ concentratie zorgt voor contractie/samentrekken: 





Voltage gevoelige kanalen (VOC) : Depolarisatie van het membraan zorgt voor de influx van Ca2+ door voltage gevoelige L – type Ca2+ kanalen (figuur 9-16 (1) HB ‘B&B’ p 257) Ca2+ release van het SR (figuur 9-16 (2) HB ‘B&B’ p 257) : Sarcoplasmatische Ca2+ release kan voorkomen in 2 mechanismen namelijk : o Ca2+ inducerend Ca2+ release (CICR) : Zoals we reeds hebben gezien is CICR (Ca-induced Ca release) heel belangrijk voor EC-koppeling bij de hartspiercellen. Bij de gladde spiercellen kan de Ca2+ influx door de L-type Ca2+-kanalen leiden tot CICR. Ook is de relatie tussen het plasmamembraan en het SR (Sarcoplasmatisch Reticiulum) niet zo regelmatig georganiseerd. Het is echter zo dat bij gladde spiercellen de intracellulaire concentratie van Ca groter moet zijn dan bij hartspiercellen. o IP3 gemedieerde Ca2+ release : Dit is het belangrijkste mechanisme van Ca release van het SR. Sommige agonisten zorgen voor glad spiercel contractie door de productie van IP 3 te stimuleren. IP3 gaat aan specifieke receptoren koppelen die zich in het membraan van het SR bevinden (zie vorige ZSO). De IP 3 receptor zorgt voor de vrij zetting van Ca2+ in het cytosol van de cel wat voor spiercontractie zal leiden. 2+ Ca binnenkomst door niet – voltage gevoelige kanalen : (figuur 9-16 (3) HB ‘B&B’ p 257) in het vorige pijltje werd gezegd dat extracellulaire binding van liganden aan G – gekoppelde proteïnen ervoor zorgt dat er Ca 2+ wordt vrijgezet van het SR in het cytosol van de cel. De uiteindelijke uitputting van de Ca 2+ stores (opslagplaatsen) in het SR zorgen voor de activatie van store – operated Ca2+ channels (SOCs). Door het doorlaten van Ca2+ door deze kanalen laat toe dat de intracellulaire concentratie van Ca hoog genoeg blijft ook al is het SR uitgeput. Het zorgt ook voor de aanvulling van de SR Ca stores.  OPMERKING: zowel de Ca ‘loslating’ van het SR als die via SOC zijn NIET – voltage gevoelige kanalen

Vraag 6: Wat wordt er bedoelt met ‘latch state’ in de gladde spier? Gladde spieren zijn vaak opgeroepen om een hoge kracht voor een lange tijd te handhaven. Als een gladde spier ATP zou consumeren zoals de gestreepte spieren dat doen, dan waren de metabolische eisen aanzienlijk en de spier zou gevoelig worden voor vermoeiing. De gladde spier is in staat om een grote kracht te handhaven bij een lage snelheid van ATP hydrolyse. Deze lage-energie consumptie/hoge-spanning word de latch state genoemd. Dus eigenlijk kan er een grote kracht blijven ondanks een lage level van de MLCK fosforylatie. Vraag 7: Waarvan is de contractiesterkte van glad spierweefsel afhankelijk? Dit hangt af van de relatieve balans tussen the fosforylatie en defosforylatie van MLC’s ( Myosine light chains, te vinden op de kop van myosine). De snelheid van MLC fosforylatie is gereguleerd door het Ca2+-CaM complex, die op zijn beurt weer afhangt van de intracellulair Ca2+ concentratie. Gladde spiercellen kunnen hun intracellulaire Ca 2+ concentratie voor een veel groter bereik reguleren dan skelet – en hartspiercellen. Dus door je intracellulaire concentratie te veranderen, zal je de sterke van de samentrekking ook veranderen. ( Lage concentratie  geen sterke samentrekking). Controle over de contractiele kracht gebeurt ook bij het reguleren van de Ca2+ gevoeligheid van de eiwitten die de contractie reguleren. Bijvoorbeeld: Het remmen van myosin light chain fosfatase verandert de balans tussen fosforylatie en defosforylatie, waardoor er in feite een grotere contractie bij een lager Ca2+ toegestaan is. Vraag 8: Welke processengebruiken allemaal ATP gedurende de contractie van de gladde spiercel? Wat is een verklaring voor het feit dat het glad spierweefsel minder ATP verbruikt voor een contractie dan een gestreepte spier? - Welke processen gebruiken ATP: o (figuur 9-17 HB ‘B&B’ p 258): Het begint allemaal met Ca2+ die gaat binden aan calmoduline (welke verwant is aan troponine C). Dit Ca 2+ - CaM complex gaat op zijn beurt binden aan het enzyme MLCK. Dit complex zorgt voor de fosforylatie van de lichte ketens op de myosine heads. Voor deze fosforylatie is er ATP nodig. Nadat deze lichte ketens op de myosine heads zijn gefosforyleert kan deze functioneren als een motor eiwit en kan deze voor de contractie van de spieren

zorgen.

o Het voortbewegen van de myosine over de actine filamenten (cross bridge cyclus) vraagt ook ATP. Dit proces is gelijkaardig aan deze van bij de skeletspier o De pompen

- Als een gladde spier ATP zou consumeren zoals de gestreepte spieren dat doen, dan waren de metabolische eisen aanzienlijk en de spier zou gevoelig worden voor vermoeiing. Vraag 9: Antwoord met juist of fout en staaf je antwoord. 1. De gladde spier a. Heeft altijd een actiepotentiaal nodig vooraleer een contractie optreedt. Fout: sommige gladde spiercellen hebben niet eens een AP b. Heeft geen dikke en dunne filamenten Fout, heeft zowel dunne (actine) als dikke (myosine) filamenten c. Is niet gestreept Juist, dit doordat de actine en myosine niet goed georganiseerd zijn in de cel. d. Heeft geen sarcomeren Juist, heeft dense bodies in de plaats waarop dan de actine zullen vasthechten. e. Staat enkel onder invloed van autonome neuronen juist 2. Gap junctions of nexussen: a. Zijn gebieden met een lage elektrische weerstand Juist, anders zouden de unitary gladde spiercellen niet kunnen communiceren om hierdoor elektrische signalen door te sturen. b. Zijn gebieden waar neurotransmitters worden vrijgezet Fout, zoals eerst gezegd is dat voor elektrische communicatie en niet voor het verspreiden van neurotransmitters c. Hebben vooral een mechanische funtie 3. Als we de gladde spier vergelijken met de skeletspier:

a. Verbruikt de skeletspier meer ATP om een isometrisch spanning vast te houden juist 4. Tijdens de contractie van de gladde spier: a. Zal calcium binden op troponine C Fout, deze zal binden op calmodulin, die wel gerelateerd is aan troponine C. b. Zorgt calcium er uiteindelijk voor dat een myosin light chain kinase (MLCK) wordt gefosforyleerd Fout, het Ca-CaM complex zal zorgen voor de activatie van myosin light chain kinase, die dan op zijn beurt de light chain zal fosforyleren met de myosin 2 molecule. (vervolg proces zie onder) c. Speelt calmoduline een belangrijke rol Juist, anders zou mysoin light chain kinase niet geactiveerd kunnen worden en waardoor dan heel het verder proces niet zou kunnen doorgaan. De fosforylatie van de light chain verandert de conformatie van de kop van myosine. Hierdoor zal haar ATPase activiteit stijgen en het laat dan ook toe dat ze kan interageren met actine en dat ze kan optreden als een moleculaire motor. Als deze zullen interageren zal er een contractie plaats vinden. Bij gladde spieren kan de contractie niet beginnen zonder dat MLCK de ATPase activiteit van myosine zal verhogen. 5. De relaxatie van de gladde spier kan gebeuren doordat: a. Calcium terug wordt opgenomen door het ER via een calcium-ATPase b. De membraandepolarisatie verdwijnt c. De neurotransmitter of hormoon verdwijnt d. Calcium naar buiten wordt getransporteerd via het calcium-ATPase juist? e. Calcium naar buiten wordt getransporteerd via natrium/calcium uitwisseling f. Alle bovenstaande redenen  De relaxatie van de gladde spier heeft de defosforylatie van MLC nodig. Dit gebeurt door de myosin light chain fosfatase.

Mechanisme van excitatie

Elektrische activiteit

Skeletspiercel Neuromusculair (dus verbinding tussen neuron en spiercel) transmissie

Actie potentialen in piek vorm ( figuur 9-15 A p 255) 2+ Ca sensor Troponine Excitatie – contractie L – type Ca2+ kanalen in T – tubule

Hartspiercel Gladde spiercel Pacemaker activiteit - synaptische transmissie (SA knoop) - hormoon-actieve Elektronische receptoren depolarisatie - elektrische koppeling doorheen de gap - pacemaker potentialen junctions Actie potentiaal in plateau Actie potentiaal in plateau vorm ( figuur vorm, piek vorm en slow waves ( figuur 9-15 A p 255) 9-15 A p 255) Troponine Calmoduline - Ca2+ door voltage – Ca2+ door L – type Ca2+ kanalen die Ca2+ gevoelige Ca 2+ kanalen

membraan gekoppeld aan Ca2+ release kanalen in SR

inducerend Ca2+ release (CICR) in het SR activeerd

- CICR en IP3 – mediated Ca2+ release van SR - Ca2+ binnenkomst door store – operated Ca2+ channels (SOCs).

fosforylatie en defosforylatie Afbraak van Ach Regulatie van Ca2+ verwijdering van MLCs door acetylcholinesterase Vraag 10: Tot slot, maak een vergelijkende tabel van een skeletspier, hartspier en een gladde spier voor wat betreft excitatie, excitatie-contractiekoppeling, en regeling van contractie.

Beëindiging contractie...