HC13: Contractiemechanismen
Algemene informatie
- Welke onderwerpen worden behandeld in het hoorcollege?
- In dit college wordt besproken hoe spiercontractie werkt en welke structuren hier een rol bij spelen
- 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
Determinanten voor spiercontractie
Er zijn meerdere determinanten die invloed hebben op de cardiale functie (pompfunctie van het hart):
- Neurohormonale systemen
- Elektrische activatie
- Excitatie-contractie
- Cardiovasculaire interacties
- Anatomie
- Geometrie
- Contractie mechanismen
Verschillende onderdelen helpen bij de spiercontractie. Van klein naar groot zijn deze:
- Myofilamenten: eiwitten (actine en myosine) die samentrekken
- Sarcomeren: units die samentrekken
- Actine en myosinefilamenten die langs elkaar kunnen schuiven
- 2 mm groot
- Myofibrillen: contractiele eenheden (bundeltjes)
- Hieromheen zit het sarcoplasmatisch reticulum
- Hierin zit een hoge concentratie calcium
- Myocyten: de spiercel
- Cellen die zich aan de randen van spiervezels bevinden (20 bij 100 micrometer)
- Verschillende myocyten worden door intercalated disks mechanisch en elektrisch gekoppeld
- Hebben veel mitochondriën (30-40% van het volume)
- Het sarcolemma is het celmembraan: vormt kanaaltjes naar de T-tubuli
- T-tubuli: zorgen ervoor dat het binnenste deel van de cel in contact kan staan met de intracellulaire ruimte
- Myovezel of spiervezel: een vertakte structuur
- Cellen zitten door dwarsverbindingen in lengte- en zijwaartse richting aan elkaar vast
- Cellen zijn op een specifieke manier geordend zodat het hart goed kan samentrekken
- Cellen bevatten één of twee kernen
- Myocardium: het hartspierweefsel (het samentrekkende hart)
Contractiele eiwitten
Actine en myosine zijn de contractiele eiwitten. Myosine is dikker dan actine. Een contractiele eenheid bestaat uit:
- 2 Z-lijnen: de grens van het sarcomeer, het midden van de actine
- A-band: de lengte van het myosinefilament
- H-zone: het midden van het myosine, waar geen overlapping van actine is
- I-band: het deel tussen de uiteindes van twee myosinefilamenten, waar alleen actine is
- M-lijn: het midden van de myosine
Myosine:
Myosine eiwitten zijn ATP afhankelijke motoreiwitten. Ze maken onder andere transport mogelijk. Hierdoor wordt myosine ook gebruikt om binnen de cel moleculen te transporteren. Een myosinefilament bestaat uit 300-400 myosine-2 moleculen. Deze bestaan uit twee identieke myosine-1, dat bestaat uit:
- Myosin heavy chain
- 2000 aminozuren, 200 kilodalton
- Bestaat uit:
- De staart: hier zitten verschillende myosinemoleculen aan elkaar
- Wordt gevormd door een ahelix
- Het scharniergebied: maakt beweging van het molecuul mogelijk
- De kop: zorgt ervoor dat het myosine kan binden aan actinemoleculen
- Er zijn twee bindingsplekken: één voor actine, één voor ATP
- Maken een hoek van 60 graden → er kan contact gemaakt worden met alle 6 de actinefilamenten rondom het myosinefilament
- Heet ook wel het motordomain
- 2 myosin light chain
- Structurele (stabiliserende) en regulatiefunctie
- Fosforylering van MLC-2
- Stimuleert de cross-bridge interactie
Actine:
De actinefilamenten zijn gerangschikt in een zeshoekige honingraad structuur:
- 1 myosinefilament kan contact maken met 6 actinefilamenten → 6 actinefilamentn zijn gerangschikt om 1 myosinefilament
- De actinefilamenten maken contact met 3 myosinefilamenten
Een actinemolecuul bestaat uit:
- Globulaire eiwitten: zitten in twee strengen om elkaar heen
- Witte bolletjes op de strengen: bindingsplekken voor de myosinefilamenten
Titine:
Titine zorgt ervoor dat het eiwit niet oneindig uitgerekt kan worden
- Zit tussen het uiteinde van het myosinefilament en de Z-lijn
- Een zeer stijf molecuul → wanneer het sarcomeer verder wordt uitgerekt, wordt er uiteindelijk aan het titine getrokken waardoor de uitrekking wordt gestopt
- De "restoring force" zorgt ervoor dat het sarcomeer wordt verkort
- Een heel groot eiwit (25.000 aminozuren)
- Gaat van de Z-lijn tot aan de M-lijn
- Dus over de helft van het sarcomeer
- Houdt myosine in het sarcomeer
Overig:
Hiernaast zijn er in het sarcomeer een aantal andere belangrijke eiwitten:
- Tropomyosine: belangrijk voor de interactie tussen myosine en actine
- Troponine complex: bestaat uit troponine T, C en I (TnT, TnC, TnI)
- Troponine C: het deel van de structuur waar de calciumionen aan kunnen binden
- Troponine I: voor inhibitie van de actine-myosine binding → blokkeert de bindingsplaats
- Troponine T: voor stabiliteit → verbindt met tropomyosine
Crossbridge-cycling
Op een myosinefilament zitten uitsteeksels die met de actinefilamenten contact kunnen maken:
- De uitsteeksels klappen m.b.v. een bepaalde structuur uit
- Het actinefilament wordt verplaatst
- De filamenten schuiven in elkaar
Dit proces heet de power stroke. Deze cyclus wordt bij een actiepotentiaal 5 tot 10 keer doorlopen, totdat de filamenten helemaal in elkaar zijn geschoven.
Spiercontractie verloopt als volgt:
- De myosinekop wil binden aan de bindingsplaats van de actine
- Troponine zorgt ervoor dat deze bindingsplaats is afgeschermd → er kan geen interactie plaatsvinden
- Calciumionen binden aan het troponine C → er treedt vormverandering op
- Tropomyosine schuift van de bindingsplaatsen af → verplaatst naar de groef van de om elkaar gewikkelde eiwitten
- De myosinekop bindt aan de actine
- Deze cyclus kan dus alleen verlopen als er voldoende calciumionen aanwezig zijn
- ATP bindt aan de bindingsplaats op de myosinekop → de binding tussen de myosinekop en actine laat los
- Dit heet de attached state: ATP zit aan de myosinekop vast
- Als er geen ATP is, is de binding tussen de myosinekop en het actine hecht
- Het energievragende element van de cyclus is dus het loslaten van de myosinekop
- ATP wordt gehydrolyseerd: ATP → ADP + P
- Dit heet de released state
- Het ADP en de fosfaat blijven gekoppeld aan de myosinekop → de cross bridge van myosine krijgt een gestrekte vorm
- De cocked state: de kop is klaar om opnieuw te binden
- Het myosinefilament bindt verderop opnieuw aan de actine
- De cross-bridge maakt een knikkende beweging
- De power-stroke state wordt gevormd
- Het ADP dissocieert → de myosinekop is gebonden aan de actine
- De post power stroke state
- Dit is dus weer de eerste situatie
- Dit heet rigor mortis
- Een zeer stijve verbinding
- Hier is geen ATP voor nodig → veroorzaakt de stijfheid
Tijdens de gerelaxeerde toestand is de calciumconcentratie dus laag, als er een actiepotentiaal is wordt deze hoger. Iedere cyclus gebruikt 1 ATP. Deze cyclus blijft lopen zolang er voldoende calciumionen en ATP-moleculen aanwezig zijn:
- Bij depolarisatie gaat calcium de cel in
- Bij repolarisatie gaat calcium de cel uit
- Tropomyosine schuift weer over de bindingsplaatsen op de actine
- Als het heeft losgelaten kan myosine niet opnieuw binden
Bij contractie van een sarcomeer gebeuren er een aantal dingen:
- Het sarcomeer wordt korter → de Z-lijnen gaan naar elkaar toe
- Het actinefilament schuift in het myosinefilament → de I-band wordt korter
- Actinefilamenten schuiven naar elkaar → de H-zone wordt korter
- De myosinefilamenten worden niet korter → de A-band behoudt zijn lengte
- Het titine-eiwit wordt opgerekt
De interacterende myofilamenten heten ook wel de "sliding filaments".