HC14: Excitatie- en contractiekoppeling

Algemene informatie

• Welke onderwerpen worden behandeld in het hoorcollege?
  • In dit college wordt uitgelegd hoe de werking van de hartspier afhankelijk is van de calciumconcentratie
• Welke onderwerpen worden besproken die niet worden behandeld in de literatuur?
  • Alle onderwerpen in dit college worden ook behandeld in de literatuur
• Welke recente ontwikkelingen in het vakgebied worden besproken?
  • Er zijn geen recente ontwikkelingen besproken
• Welke opmerkingen worden er tijdens het college gedaan door de docent met betrekking tot het tentamen?
  • Er zijn geen opmerkingen over het tentamen gemaakt
• Welke vragen worden behandeld die gesteld kunnen worden op het tentamen?
  • Er zijn geen mogelijke vragen behandeld

Definitie

Excitatie-contractiekoppeling is de koppeling tussen wat er gebeurd tijdens de actiepotentiaal (in- en uitstromende ionen) en op moleculair niveau (cross-bridges). Als een spier een bepaalde lengte heeft, zal de spier een bepaalde hoeveelheid maximale kracht genereren. Als er een bepaalde kracht is, zal de spier een bepaalde lengte krijgen.

Een spier wordt door een bepaalde stimulus geactiveerd. Hierdoor gaat hij contraheren.

Calciumconcentratie

Spiercontractie is onder andere afhankelijk van calcium:

• Extracellulaire calciumconcentratie ([Cao]): 1200 mM
• Intracellulaire calciumconcentratie ([Cai]): 0,1 mM

Tussen deze concentraties zit dus een concentratieverschil van een factor 10.000.

Calciumionen komen voornamelijk tijdens fase 2 de cel binnen. Dit gebeurt via L-type calciumkanalen. Hierdoor verhoogt de intracellulaire calciumconcentratie met een factor 10

Het regulatiemechanisme:

Als er veel calcium in de cel is, zijn er meer bindingsplaatsen voor de myosine-actine binding. De intracellulaire calciumconcentratie hangt af van de extracellulaire calciumconcentratie:

• Meer calcium in de extracellulaire ruimte zorgt ervoor dat er bij de actiepotentiaal meer calciumionen de cel in komen

De ontwikkelede spierkracht is dus afhankelijk van de intracellulaire calciumconcentratie in het cytosol. Hoe hoger deze concentratie, hoe hoger de kracht → de calciumconcentratie is een manier om de gegenereerde kracht te moduleren → het is een regulatiemechanisme.

Het versterkingsmechanisme:

De hoeveelheid calcium die tijdens een actiepotentiaal via L-type calciumkanalen de cel in komt is gering. Hiermee kan de cross-bridge cyclus niet op gang komen en wordt er geen contractie ontwikkeld. Daarom is er ook een versterkingsmechanisme → vanuit het sarcoplasmatisch reticulum is er een calcium geïnduceerde calcium vrijlating:

1. In het sarcoplasmatisch reticulum (een blaas binnen de cel) zit veel calcium opgeslagen
   • In het SR zitten veel eiwitten die calcium kunnen binden, bijv. calsequestrine
2. Als calcium de cel in komt worden de ryanodine receptoren gestimuleerd
3. Calcium dat in het SR zit opgeslagen gaat via kanalen door het SR-membraan naar de intracellulaire ruimte
4. De calciumconcentratie is hoog genoeg om contractie te veroorzaken en de cyclus op gang te brengen

Dit heet de calcium-induced calcium release. Calcium kan via ATP-pompen weer het SR in gepompt worden. Zo'n pomp heet een SERCA-pomp.

Fosfolambam:

De SERCA-pomp is een SR Ca-ATPase. Deze pomp wordt gereguleerd door de cacliumconcentratie in de cel (als deze hoog is, gaat de pomp harder werken) en fosfolambam. Normaal gesproken remt fosfolabam de pomp. Als fosfolabam wordt gefosforyleerd, wordt de werking van het eiwit geremd:

• De pomp gaat sneller werken → calcium wordt sneller het SR ingepompt

Fosfolabam bevordert dus de relaxatie.

De SERCA-pomp moet bij een hoge hartfrequentie of als iemand zich veel moet inspannen harder werken. Dit gebeurt bij stimulatie van de b-receptoren:

• Stimuleren cAMP
• cAMP stimuleert proteïne kinase A
• Proteïne kinase A fosforyleert fosfolambam en L-type calciumkanalen → er ontstaat een snelle relaxatie en sterke contractie
  • Musitroop effect: snelle relaxatie
  • Inotroop effect: versterking van de contractie

Er zijn allerlei pro-kinases om deze processen te beïnvloeden.

Calsequestrine:

Calsequestrine is een SR Ca-bindend proteïne:

• Bevindt zich in het SR
• Zorgt ervoor dat zoveel mogelijk calcium in het SR wordt vastgehouden

Als er niets zou gebeuren, ontstaat er in de cel een accumulatie van calcium. Om relaxatie mogelijk te maken moet calcium de cel uit. Hiervoor zijn diverse mechanismen: exchangers en pompen:

• Exchangers wisselen calcium tegen natrium
• Pompen pompen calcium de cel uit

Na een actiepotentiaal herstellen exchangers en pompen dus weer de concentraties van de ionen → de homeostase.

Concluderend

Tijdens de contractie van de hartspier zijn er dus 3 processen:

• Elektrisch: actiepotentiaal
• Chemisch: stijging van de calciumconcentratie
• Mechanisch: contractie