Az izomösszehúzódás mely lépéseihez van szükség kalciumionokra?

Az izomösszehúzódás egy összetett folyamat, amely több fehérje, köztük az aktin és a miozin kölcsönhatását igényli. A kalciumionok (Ca2+) döntő szerepet játszanak az izomösszehúzódás több lépésében, különösen a gerjesztés-összehúzódás (EC) kapcsolódási folyamatban, amely összeköti az idegből érkező elektromos jelet az izom mechanikai válaszával:

1. Cselekvési potenciál terjedése:

- Amikor egy akciós potenciál eléri a neuromuszkuláris junctiót, az acetilkolin (ACh) felszabadulását idézi elő az idegvégződésből.

- Az ACh az izomsejtmembrán receptoraihoz kötődik, ami ioncsatornák megnyitásához vezet, és nátrium (Na+) és kalcium (Ca2+) ionok beáramlásához vezet az izomrostba.

2. Kalcium felszabadulás a szarkoplazmatikus retikulumból:

- Az akciós potenciál alatt beáramló Ca2+ ionok nagyobb mennyiségű Ca2+ felszabadulását váltják ki a szarkoplazmatikus retikulumból (SR), egy speciális intracelluláris membránrendszerből.

- Ez a felszabadulás az SR membránon található speciális csatornák, úgynevezett rianodinreceptorok (RyR) megnyílásán keresztül történik.

3. Kalcium kötődés a troponinhoz:

- Az izomrost megnövekedett Ca2+-koncentrációja lehetővé teszi, hogy kapcsolódjon a troponinhoz, egy szabályozó fehérje komplexhez, amely szabályozza az aktin és a miozin filamentumok közötti kölcsönhatást.

- Amikor a Ca2+ kötődik a troponinhoz, konformációs változást indukál, ami feltárja a miozinkötő helyet az aktin filamentumokon.

4. Kereszthidak kialakulása aktin és miozin között:

- A miozinkötő hely feltárása után a vastag filamentumokból kiálló miozinfejek aktinszálakhoz kötődve kereszthidakat képezhetnek.

- Ez a kötődés egy erőgeneráló komplex kialakulásához vezet az aktin és a miozin fejek között.

5. Erőütés és izomösszehúzódás:

- Az ATP (adenozin-trifoszfát) hidrolízise a miozinfejben megy végbe, ami konformációs változást okoz, ami erőt generál.

- Ez a konformációs változás, amelyet erőlökésnek neveznek, az aktinszálakat a szarkomér (az izomösszehúzódás alapegysége) közepe felé húzza, ami izomrövidülést és összehúzódást eredményez.

6. Lazítás:

- Az akciós potenciál megszűnésekor a kalciumionokat kalciumpumpák (SERCA pumpák) aktívan visszapumpálják a szarkoplazmatikus retikulumba.

- A Ca2+-szint csökkenésével a troponin újabb konformációs változáson megy keresztül, blokkolja az aktinon lévő miozinkötő helyet, ami a kereszthidak megszakadását okozza, az izomrost pedig ellazul.

Ezért a kalciumionok az izomösszehúzódás során számos lépésben nélkülözhetetlenek, különösen a Ca2+ felszabadulásának kiváltásában a szarkoplazmatikus retikulumból, az aktin és a miozin filamentumok közötti kölcsönhatás szabályozásában, és az izomrövidítéshez szükséges erőlöket beindításában.