Genel Biyoloji Kas Dokusu 1 1 Kas Dokusu 2 Kas Dokusu • Kasılabilme protoplazmanın en önemli özelliklerinden biridir ve hemen hemen t üm hücre tiplerinde çeşitli derecelerde görülür. • Ancak kas dokularındaki hücrelerde bu özellik yüksek seviyede gelişmiştir. • Kas, kimyasal enerjiyi kasılma ve gevşeme vasıtasıyla mekanik işe dönüştüren özelleşmiş bir dokudur. 3 Kas Dokusu • Kas hücrelerine miyosit(kas iplikçikleri) adı verilir. • Bu hücrelerin içinde kasılıp gevşeme özelliği gösteren ince ipliksi, sitoplazmik proteinler yer alır. Bunlara miyofibril veya miyofilament denir. • Kas Hücresinin • sitoplazmasına sarkoplazma, • zarına sarkolemma, • mitokondrisine sarkozom, • endoplazmik retikulumuna ise sarkoplazmik retikulum adı verilir. 4 Kas Dokusunun Görevleri • Hareket: kemikler ve eklemlerle birlikte yürüme, koşma gibi aktif yer değiştirme hareketlerinin ortaya çıkmasını sağlar. • Vücudun şeklinin oluşması: Kemikler etrafında bulunan iskelet kasları hareketin yanı sıra vücut şeklinin de oluşumunda rol oynarlar. • Vücutta madde taşınması: Kas dokusu tiplerinden olan kalp kası tüm vücuda kanı pompalar. İskelet kası ise lenf akımına yardımcı olur. • Isı üretimi: Vücut ısısının yaklaşık % 85’i kasların kasılmalarından meydana gelir. 5 Kas Dokusunun Sınıflandırılması • Kas dokusu kendini oluşturan miyositlerin morfolojik, fizyolojik özelliklerine göre • Düz kas ve • Çizgili kas olmak üzere iki çeşittir. • Çizgili kas da vücutta bulunduğu yere göre • İskelet kası • Viseral kas • kalp kası olmak üzere üç çeşittir. 62 7 8 9 Düz Kas • Düz kaslar özofagustan başlayarak tüm sindirim sisteminin duvarlarını oluştururlar. • Alınan besinlerin sindirim sular ıyla karışması, ileriye doğru yol alması, emilmesi ve boşaltılması sırasındaki organların hareketlerinden sorumludur. • Düz kas hücreleri bağırsak sisteminde hem enine hem de boyuna yerle şim gösterirken; Mide ve mesane gibi içi boş organlarda çeşitli yönlerde seyrederler. • Gözde’deki düz kaslar, göz bebeğinin genişleyip büzülmesiyle ilişkili olan irisin ve ona yardımcı olan kirpiksi cisimciğin kas dokusunu oluştururlar. • Düz kasları genellikle içi boşluklu organlanlarda görülür. Solunum sistemi(trake ile alveol arasında hava yollarının duvarında), üriner(idrar yolları ve mesane) ve genital sistemler, damarlar(atar-, toplar- ve büyük lenf damarları) ve deri. 10 Düz Kasın Gelişmesi • Düz kas dokusu embriyoda mide-bağırsak borusunun etrafındaki mezenşimden gelişir. • Düz kas hücrelerine değişecek olan mezenşim hücreleri bir araya gelerek sıklaşır. Boyları uzamaya başlayan bu hücrelere miyoblast denir. • Miyoblastların çekirdekleri de uzamaya başlar. Sarkoplazmada miyofilamentler belirmeye başlar. • Miyoblastlar mitozla bölünüp sayılarını arttırır. Çoğalan hücreler birbirleriyle sıkı ilişki kurarak düz kas dokusunu oluşturur. • Daha sonra sentezledikleri ince retiküler ve sayıca fazla olan elastik fibriller çoğalarak hücrelerin çevresini sarıp düz kas elastik fibril birliğini oluşturur. 11 Düz Kas Hücreleri • Düz kas dokusu hücreleri, • Mekik şeklinde (iğ şeklinde) • Merkezi konumlu tek çekirdekli • Bandlaşma göstermez • Çapları 1 mikrondan küçük olabildiği gibi, bir kaç mikron da olabilir. Düz kas hücresinin uzunluğu bulundukları organlara göre değişiklik gösterir. • En küçük düz kas hücreler 20 µ m uzunlukta olup, küçük kan damarları duvarında bulunur. • İnsan ince bağırsağındaki düz kas hücrelerinin boylan 0,2 mm kadardır. • En uzun boylu düz kas hücreleri gebelik sırasında uterus duvarında görülür. Boyları 0,5 mm'yi bulabilir 123 13 14 Düz Kas Hücreleri • Çekirdek, hücrenin uzunlamasına kesitlerinde en geniş bölge olan orta kısmında yer alır. • Oval veya silindir şeklindeki çekirdeğin boyu kas hücresinin yarısı kadardır. • Kromatin, nükleoplazma içinde tekdüze dağılmış belirgin bir şekil oluşturur. • Türlere bağlı olarak birkaç çekirdekçik gözlenebilir. • Kas hücresi kasılınca çekirdek de kısalır ve kalınlaşır. 15 • Uygun sitolojik boyama yapıldığında mitokondriler görülebilir. • Çoğunlukla çekirdeğe komşu bölgelerde yer alan mitokondriler az sayıdadır. • Çekirdek çevresindeki hafif granüllü alanda bir çift sentriyol ve küçük bir Golgi ayırt edilebilir. • Ayrıca granüllü endoplazmik retikuluma ait az sayıda tübüler yapı ve birçok poliribozom da bu bölgede yer alır. • Sarkolemmasında bol miktarda mikropinositotik kesecikler bulunur. Kasılmada gerekli olan Ca depo bölgeleri olarak işlev görür Düz Kas Hücreleri 16 • Düz kas hücresi, canlı durumdayken sarkoplazması oldukça homojen görünür. Fiksasyon ve rutin boyama işlemlerinden sonra da bu görünümünü korur. • Ancak özel boyaların kullanılmasından sonra miyofibriller görünür hale gelebilir. • Kas hücresinde uzunluğuna paralel olarak uzanan ince miyofılament demetleri, miyofibrilleri oluşturur. • Düz kas miyofibrillerinde, çizgili kas miyofıbrillerinin karakteristik özelliği olan izotrop ve anizotrop bölgelerden oluşan enine bantlar görülmez. • Miyofılament demetleri arasında dağılmış halde mitokondriler yer alır. • Sitoplazmada ve hücrenin çeperinde, hücre iskeletini oluşturan miyofilamentlerin yanal bağlantı bölgeleri olan yoğun cisimcikler dağılmış halde bulunur. Düz Kas Hücreleri 17 • Düz kasla kasılmadan sorumlu iki esas filament vardır. • İnce Filamentler: Aktin, tropomiyozin ve kaldesmon içerir • Kalın Filamentler: Miyozin II içeren kalın fîlamentlerdir. • Bunlara ilave olarak, ince filamentlerin arasında dağılmış olarak bulunan desmin arafilamenti vardır. • Damar düz kaslarında desminden başka vimentin de bulunur. • Aktin ve tropomiyozin, miyozin II molekülü ile kuvvet oluşturan bir etkileşimde bulunurken; kaldesmon, miyozine bağlanma bölgesini kapatarak F-aktine bağlanır. • Tropomiyozin ve kaidesmon hareketi, düzenleyici moleküllerin kalsiyum bağımlı etkinliğiyle kontrol edilir. Düz Kas Hücreleri 18 Düz Kas Hücreleri • Miyozin II, iskelet kasındaki miyozin II molekülüne benzer. • İki adet polipeptit ağır zincir ile dört tane hafif zincirden oluşur. • Miyozin hafif-zincir kinazı, • Alfa-aktinin • Kalmodulin • Düz kasta kasılma ile ilgili diğer protein molekülle- rini oluşturur4 19 Düz Kas Hücreleri • Aktin ve miyozinin kasılması için ATP gereklidir. • Aktin-miyozin oranı çizgili kastaki gibi 6:1 oranında değil 12:1 oranındadır. • Yani aktinler düz kasta, çizgili kastaki miktarından daha fazladır. • Bunlar biraraya gelip demetler oluşturarak, miyozin filamentleriyle ilişki kurar. • Kasılma mekanizması hücredışı kalsiyum iyonlarına son derece bağımlı çalışır. • Bu iyonlar sarkolemmadaki mikropinositotik keselerde depolanır. 20 Düz Kasın Kasılma Mekanizması • Uyarı geldiği zaman kalsiyum iyonu hücre içine alınır. • İçeri giren kalsiyum iyonu kalmodulin molekülü(troponin C'ye benzer bir molekül) ile birleşerek kalsiyum - kalmodulin birliğini oluşturur. • Bu ikili, inaklif duran miyozin hafif-zincir kinazıyla birleşip onu aktif hale sokar. • Kinaz, miyozinin baş kısmını oluşturan iki hafif zincirden birinin özel bir bölgesinin fosforilasyonunu katalizleyen enzimdir. • Miyozinin fosforilasyonu için gerekli enerji ATP nin ADP'ye dönüşümü ile elde edilir. • Miyozinin hafif-zincir kinazının aktivasyonu hormonlarla etkilenen cAMP ile de gerçekleştirilebilir. • Miyozinin fosforilasyonundan sonra düz kas aynen çizgili kastaki gibi kasılır. 21 22 © 2000 by Geoffrey M. Cooper Contraction in smooth muscle is controlled by phosphorylation of myosin 23 24 Smooth muscle lacks troponin but has tropomyosin. Another protein, Caldesmon, has been implicated in smooth muscle contraction. •Low Ca 2+ - caldsemon binds to actin-TM and prevents myosin from binding •High Ca 2+ - Ca 2+ -CaM complex binds to caldesmon, releasing it from actin5 25 26 Düz Kasın Kasılma Mekanizması • Her ne kadar otonom sinir sonları düz kas hücreleriyle doğrudan ilişki kursa da, düz kasta çizgili kastaki gibi bir sinir kas ba ğlantısı görülmez. • Sinir sonu ile düz kasın birleştiği yerde bazal lamina yoktur. • Uyan tüm düz kas hücrelerine, hücrelerin birbirleriyle birleşme yerleri olan neksuslar(delik geçit bölgeleri) aracılığıyla iletilir. • Burada nörotransmitter madde asetilkolin değil, adrenal medulla hormonları olan epinefrin ve norepinefrindir. • Bu yüzden sinirler adrenerjik sinirlerdir. • Uyarı geldiğinde, kalsiyumun büyük bir kısmı depolarizasyon sırasında voltaj-kapılı Ca++kanallarından sitoplazmaya girer. • Ligant-kapılı Ca** kanalları ise hormonlarla aktive edilir, sitosin, düz kasta kasılmayı uyaran bir hormonken; adrenal medulla hormonları uyarıcı ya da engelleyici etki yapar. 27 • Her ne kadar morfologlar tarafından tek bir düz kas tipi belirlenmişse de birçok işlevlere uyum göstermeleri ve değişik organlarda fizyolojik özelliklerinin farklı olması yüzünden iki çeşit düz kas ayırt edilir. • I. Vasküler düz kaslar: Damarlarda bulunur. Vazomotor sinirlerle uyarılır. • 2. Viseraldtiz kaslar: İsteğimiz dışında çalışan iç organların duvarında bulunur. • Sinir uyarıları bir hücreden diğerine neksuslarla aktarılır • Düz kaslar ritmik kasılma ve tonik kasılma olmak üzere iki çeşit kasılma gerçekleştirir. • Ritmik kasılma ile organın kendine özgü görevi yerine getirilir. Örneğin; bağırsaklardaki düz kasların ritmik kasılıp-gevşemeleriyle sindirimi gerçekleştirilen besin maddelerinin anüse doğru ilerlemesi sağlanır. • Tonik kasılma ile düz kas devamlı olarak kasılarak içi boş organların duvarlarında sürekli bir gerginlik oluşturur. Örneğin, atardamarların genişliği, mide ve mesanenin kendine özgü yapılarının korunması buradaki düz kasların tonik kasılma aktiviteleriyle sağlanır Düz Kasın Fzyolojik Özellikleri 28 Düz Kasın Fzyolojik Özellikleri • Değişik organlarda bulunan düz kasların başka fizyolojik ve farmakolojik farklılıkları vardır. • Örneğin, uterustaki düz kaslar endokrin kontrol altındadır. Gebelik sırasında buradaki hücreler hacimlerini arttırır(hipertrofi). • Gebeliğin son zamanlarında uterus düz kasları hipofiz arka lobundan salman oksitosin hormonuna çok duyarlıdır. • Hâlbuki aynı dönemde vücudun diğer bölgelerindeki düz kaslar epinefrin dışında diğer hormonlara ve oksitosine oldukça duyarsız davranırlar. 29 Düz Kasın Diğer Kaslardan Farklılıkları 1. Düz kasta T tübülüsler(sarkolemmanın hücre içine yaptığı derin çöküntü­ler) bulunmaz. Sarkoplazmik retikulum, sarkoplazmada pek gelişmemiş halde yer alır. Sarkomer yoktur. 2. Miyozin filamenti, iskelet ve kalp kasındakinden daha değişik düzenlenmiş olup, daha fazla çapraz köprülere sahiptir. Aktin:miyozin oranı 12:l'dir. 3. Çizgili kas ve kalp kasında bulunmayan yoğun cisimciklere sahiptir. 4. Düz kas hücreleri bağ dokusu elemanlarıyla sarılmasına rağmen, kollajen fibriller iskelet kasındaki gibi tendon ve aponörozları oluşturmaz. 30 Tek çekirdekli, ortada yerleşimli hücreler Bağ dokusu kılıfı ve endomisyum Nekzuslar Enine çizgilenme yok T tübülüsü yok Az sayıda granülsüz ER Ara filaman tipi = desmin6 31 32 Çizgili Kas 33 Çizgili Kasın Gelişmesi • Mezodermal yapılar olan sömitler embriyonik gelişim sırasında birkaç bölge içerir. Bu bölgelerden ayrılan hücreler gelişerek iskelet, deri ve kas dokusu gibi yapıları oluşturur. • Sömitlerin arka yan kısımları dermomiyotom(dermatom+miyotom) bölgesini oluşturur. Dermatomdan derinin dermiş tabakası, miyotomdan da kas dokusu meydana gelir. • Miyotomdan kök alan hücreler ilkin kas hücreleri olan miyoblastlara farklılaşır. Miyoblastlar ardarda mitoz bölünme geçirir. Ancak hücreler birbirlerinden ayrılmaz. Böylece uzun ve çok çekirdekli hücreleri meydana gelir. • Hücreler uzamaya devam ederek silindir şeklini alır. • Başlangıçta, çekirdekler hücrenin orta kısmında bulunmasına karşın, kasılma proteinlerinin sentezlenip h ücrenin orta kısmında düzenlenmesinden sonra, hücrenin yanal kısımlarına yönelerek devamlı kalacakları yer olan sarkolemmanın hemen alt kısmına yerleşirler. • Kasılma proteinleri arasına mitokondriler yerleşir. Diğer organellerin de yerlerini almalarından sonra genç kas hücresi miyoblast, artık tüm işlevlerini yerine getirebilecek özellikte ergin bir kas hücresi yani miyosit olur. 34 Çizgili Kasın Histolojik Yapısı • Çizgili kasın histolojik yapı birimi, ışık mikroskobu ile görülebilen çok çekirdekli ve düzenli bantlar halinde enine çizgilenme gösteren uzun silindirik miyosittir. • Buna kas lifi, kas teli veya kaş iplikçiği de denir. • Birçok kas lifi bir araya gelerek taze kas dokusunda çıplak gözle görülebilen küçük lif demelerini oluşturur. • Kas hücreleri tek tek, küçük.lif demetleri ye tüm kas kitlesinin üstü bağdokusu kılıflarıyla sarılmıştır. 35 Çizgili Kasın Histolojik Yapısı • Geniş kas kitleleri dıştan içe doğru • Epimisyum • Bol miktarda kollajen fıbril ve az sayıda retiküler ve elastik fibril içerir. • Fibroblast, makrofaj, yağ hücreleri ye uydu hücreleri vs • Çizgili kas dokusunun organizmada bulundu ğu yere ve gördüğü işleve göre bu kılıftaki fibril çeşidinde de nicel ve nitel olarak farklılık görülür. • Perimisyum • Endomisyum • Bu bağ dokusu kılıfları kasılma birimlerinin ve bu birim demetlerinin birbirine bağlanmasını sağlayarak birlikte uyumlu bir şekilde kasılmalarına yardımcı olur. Bununla birlikte birimler arasında bir hareket özgürlüğünün oluşmasına da katkıda bulunur. • Epimisyumdan kas birimlerine dağılan kan damarları daha küçük dallara ayrılarak septalar aracılığıyla her bir kas hücresine ulaşır. 367 37 38 39 Çizgili Kasın Histolojik Yapısı • Genellikle kasların çoğunda kas lifleri kasın tümünden daha kısadır. Bu lifler bir uçta kas içindeki bağ dokusu septasına, diğer tarafta da tendona bağlanmak suretiyle çıktıkları yer ile bağladıkları bölgeler arasında uzarlar. • Kas liflerinin genişlikleri incelenen kas çeşidine ve türden türe bağlayarak 10-100 µ m veya daha fazla olabilir. Kas liflerinin boyu 1-40 mm kadardır. Bazı kas lifleri 12-30 cm kadar uzunlukta olabilir. • Organizmanın büyümesi sırasında kas liflerinin çapları yaşla birlikte artar. Gelişmesini tamamlamış bireylerde egzersizlerle kas genişliğinde ve kas uzunluğunda artış sağlanabilir. Bu duruma kas hipertrofisi adı verilir. • Kaslar, kırık tedavisinde gibi uzun süre hareketsiz kaldıklarında kas lifleri incelebilir. Buna da kas atrofisi denir. 40 Çizgili Kas Lifleri • Kaslar taze durumdayken çıplak gözle incelendiğinde renklerinde bazı fark lılıklar ayırt edilir. Işık mikrosko- bunda, hematoksilen-eozin ile boyanmış kas preparat- larında görülemeyen renk farklılığı, oksidatif enzim aktivitesine dayanan sitolojik ve histokimyasal tepki- melerle kolayca görebilir. Diğer özellikleri de göz önüne alındığında çizgili kas lifleri 3 gruba ayrılar: • Kırmızı kas lifleri (yavaş kaslar), • Beyaz kas lifleri (hızlı kaslar), • Ara kas lifleri 41 •small cells ** •many mitochondria •reduced SR •many capillaries •high aerobic rate •high myoglobin level •low glycolytic rate •low buffer level •small glycogen store •slow myosin ATPase •slow rate of contraction Kırmızı Kas Lifleri (Tip I – Yavaş Oksidatif) 42 Ara Kas Lifleri (Tip IIA – Hızlı Oksidatif) • intermediate size • many mitochondria • intermediate size ER • many capillaries • high aerobic rate • high myoglobin level • high glycolytic rate • intermediate buffer level • inter. glycogen store • fast myosin ATPase • fast rate of contraction8 43 Beyaz Kas Lifleri (Tip IIB – Hızlı Glikolitik) • very large cells • few mitochondria • well developed SR • few capillaries • low myoglobin levels • low aerobic rate+ • high glycolytic rate • high buffer levels • large glycogen stores * • fast myosin ATPase • fast rate of contraction # 44 Az Orta yüksek Myoglobin sayısı Az orta yüksek Kapiller yoğunlu Az yüksek yüksek Mitokondri yoğunluğu Çok çok az SR gelişmişliği Büyük büyük küçük Kas lif çapı Hızlı hızlı Yavaş Sinir ileti hızı Yüksek yüksek düşük Motor nöron uyarı eşiği Büyük büyük küçük Motor nöron hacmi Tip II b Tip II a Tip I Özellik Kas liflerinin yapısal ve fonksiyonel özellikleri 45 Tip II b Tip II a Tip I Özellik Az Az Yüksek Yorgunluk direnci Az Az Yüksek Enerji verimi Yüksek Yüksek Düşük Kuvvet üretimi Hızlı Hızlı Yavaş Gevşeme süresi Hızlı Hızlı Yavaş Kasılma süresi Düşük Yüksek Yüksek Oksidatif enzim aktiv. Yüksek Yüksek Düşük Glikolitik enzim aktiv. Yüksek Yüksek Düşük Myozin ATP az aktiv. Az Orta Çok Tyrigliserit deposu Çok Çok az Glikojen deposu Çok Çok az Kreatin fosfat deposu Kas liflerinin yapısal ve fonksiyonel özellikleri 46 Kas Lifinin İnce Yapısı • Çizgili kasta, her kas hücresi veya lifi sarkolemma ile çevrilidir. • Sarkolemma üzerinde çok sayıda mikropinositotik kesecik görülür. • Bunlar, hücrenin ihtiyacı olan bazı moküllerin hücrenin içine taşınmasında yardımcı olur; ancak düz kastaki gibi kalsiyum depolamaz. • Zarın hemen altında çok sayıda çekirdek bulunur. • Kas hücresinin bütün organel ve inklüzyonlarının içinde yataklandığı sıvıya sarkoplazma adı verilir. • Türden türe değişen sayıdaki yağ damlacıkları, sarkoplazmada miyofıbril ve mitokondriler arasında yer alır. • Kas sarkoplazmasında oksijen bağlayıcı protein olan miyoglobin bulunur. • Sarkoplazmik retikulum, her bir miyofibrilin etrafını saran tübüllerden oluşmuş zarla kaplı kanalcıklardan meydana gelmiştir • Sarkoplazmik retikulumun boyuna tübülleri ve enine kesecikleri miyofibril mikroçevresinde kalsiyum iyonları derişiminin düzenlenme- sinden sorumludur. 47 489 49 50 Kas Lifinin İnce Yapısı • Sarkolemma sinirsel olarak uyarılıp depolarize edildiği zaman, bu uyarı kas hücrelerinin içine enine tübülüsler(T tübülüs) yoluyla iletilir. • Triat bölgesinde uç keseciklerin enine tübülüsleriyle birleşme bölgelerinde bulunan kapılı Ca** kanalları gelen uyarı ile açılarak kalsiyum iyonunun sarkoplazmik retikutumdan sarkoplazmaya geçmesini sağlar. • Daha sonra bir dizi işlem sonucunda miyofibrillerin kasılması gerçekleşmiş olur. • Sinir uyarılarıyla sarkolemmanın depolarizasyonu sona erdiğinde kalsiyum iyonu aktif transportla sarkoplazmik retikulum içine pompalanır. • Bu iş, sarkoplazmik retikulumun zarında bulunan Ca ** ATP az tarafından 2 Ca++ iyo­nu için l ATP harcanarak gerçekleştirilir. • Miyofibriller etrafında kalsiyum iyonu derişiminin azalması kas kasılmasının sona ermesine neden olur. 51 52 Kas Lifinin İnce Yapısı • Koyu alan, polarize ışığı çift kıran anizotrop bölge olan (A bandına, açık alan ise polarize ışığı tek kıran izotrop bölge olan I bandına karşılık gelir. • A ve I bantlarının uzunlukları kasın faaliyetlerine göre değişir. • Ancak A bandının uzunluğu kasın kasılıp-gevşeme hareketlerinin tüm evrelerinde sabit kalırken, I bandının uzunluğu kasılma sırasında küçülür. • İki I bandı arasındaki birleşim hattına Z hattı adı verilir. A ve I bantları ile Z hattı, miyofibril boyunca devamlı tekrarlar yapar. • A bandının ortasında bulunan açık renkli parlak bölgeye H bandı, H bandının ortasında yer alan koyu renkli hatta da veya M çizgisi adı verilir • Miyofıbril boyunca iki Z hattı arasında kalan bölgeye sarkomer denir. 53 54 Kas Lifinin İnce Yapısı • Bir miyozin filamenti pek çok miyozin II molekülünden oluşur. • İki adet polipeptit zincirinin heliks şeklinde birbiri üzerine kıvrılmasıyla oluşan miyozin II molekülü, iki başlı golf sopasına benzer, İki ağır polipeptit zinciri ve dört hafif zincirden oluşur. • Molekülün en uzun kısmını oluşturan kuyruk kısmı bir biri üzerine kıvrılmış iki ağır polipeptit zincirinden oluşur. • Daha kısa olan kısım, dört hafif zincirden oluşan molekülün baş kısmıdır. • Her iki baş kısmında, birisi ATP'nin diğeri aktinin bağlanma bölgesini oluşturan iki bölge ve iki hafif zincir yer alır.10 55 Kas Lifinin İnce Yapısı • Miyozin II ‘in üç biyolojik aktivitesi vardır. 1.Miyozin II molekülü, iyonik faktörlerin etkili olduğu fizyoloiik koşullarda kendiliğinden filament olur. 2.Miyozin II, bir ATPaz enzimidir. 3.Miyozin II. polimerize olmuş aktine bağlanma özelliği taşır. 56 Kas Lifinin İnce Yapısı • Kasılma durumunda aktinlerin birbirlerine karşı gelen uçları neredeyse birleşecek kadar birbirlerine yaklaşırken; gevşeme durumunda birbirlerinden olduk ça uzaklaşır. • Aktin filamentlerinin uçları arasındaki mesafe H bandının genişliğini tayin eder. H bandı, A bandının orta bölgesi olup, aktin filamentlerinin hiç bulunmadığı yerdir. • Kasın kasılması durumunda H bandı görülemeyecek derecede daralırken, gevşemede oldukça genişler. • A-I birleşim bölgesinde aktin ve miyozin filamentleri birbirlerinden 100-200 Â'luk bir mesafede bulunur. • Bu bölgeden A bandının her iki yanına doğru gidildikçe her bir miyozin filamentinden komşu aktin filamentlerine uzanan ve düzenli yerleşim gösteren çapraz köprüler görülür. 57 Kas Lifinin İnce Yapısı • Sarkomerin başlangıç ve bitiş noktalarını oluşturan Z hattına ulaşan her aktin filamenti, Z filamentleri denilen 4 tane çatallı ince iplikçiğe ayrılır. Bunların her biri diğer yandan gelen aktinlere ait Z filamentleriyle birleşerek Z diskini, bunlar da hep birlikte Z hattını meydana getirir. • Bu yüzden boyuna kesit incelemelerinde buras ı zig zag şeklinde görünür. Z filamentlerine ek olarak burada Z disk materyali veya Z disk matriksi adı verilen bir madde bulunur. • Z hattında aktin filamentlerinden başka, bu bölgenin elektron yoğunluğuna katkıda bulunan ve aktin filamentlerinin birbirine bağlanmasında rol oynayan alfa-aktinin proteini bulunur. 58 Kalın ve İnce Filamentlere Yardımcı Diğer Proteinler • Titin • Alfa-aktinin • Nebulin • Tropomodulin • Desmin • Miyomezin • C proteini • Distropin 59 600 Z diskinde yer alır, ?-Aktinin moleküllerinin aktin filamanlarına bağlanmasına yardım eder Nebulin 190 Aktin filamanlarını Z diskine tutundurur ?-Aktinin 78 Kalsiyuma bağlanır; Tropomyozine bağlanır; Aktine bağlanır ve aktin-myozin ilişkisini keser Troponin 64 Aktin filamanlarının oluklarına yerleşir Tropomyozin 42 Fibriller aktin filamanlarını oluşturur, myozin ile birlikte kasılmayı gerçekleştirir G-Aktin 140 Myozin filamanlarını M çizgisine tutundurur C protein 2500 Myozin filamanlarını Z disklerine tutundurarak sarkomere esneklik kazandırır Titin 185 Myozin filamanlarını M çizgilerinde birbirine tutundurur Myomesin 510 Kalın filamanları oluşturur, Aktin ile olan ilişkisi ATP'yi hidrolize eder ve kasılma olur Myozin MA (kDa) İşlevi Protein 60 Çizgili Kasın Kasılma Mekanizması 1. Motor nöronun sonundan asetilkolin salınır. Asetilkolin, presinaptik bölgedeki sinaptik keseciklerden ekzositoz ile sinaptik yarığa boşaltılır. 2. Asetilkolin, asetilkolin reseptörüyle birleşir. Bu durum sarkolemmada lokal depolarizasyona neden olur. 3. Sarkolemmanın depolarizasyonu ile voltaj-kapılı Na + kanalları açılır ve Na+ hücre içine girer. 4. Zarın Na+ geçirgenliği tüm sarkolemmaya yayılan genel depolarizasyona yol açar. Bu depolarizasvon dalgası T tübülüsleriyle hücre içine letilir. T tübülüslerin zarında bulunan voltaj algılayıcı proteinler şekil değişikliğine gider.11 61 62 63 Çizgili Kasın Kasılma Mekanizması 5. Sarkoplazmik retikulum zarında bulunan kapılı-Ca* kanalları, voltaj algılayıcı proteinlerdeki şekil değişikliğiyle aktive olur. Bu durum, sarkoplazmik retikulumda depolanan kalsiyumun hücre içine bırakılmasına neden olur. 6. Kalsiyum, troponin C (TnC)’ye bağlanır. 7. Tropomiyozin molekülü, aktin - miyozin arasından çekilir. 8. Aktin ve miyozin filamentleri birbirine bağlanır. 9. Aktinler miyozin başlarına değer değmez. ATPaz ATP'yi parçalar. Elde edilen enerji ile aktinler miyozin başları üzerinde kayar. 10.kas hücresi (miyosit) kısalır ve kasılma gerçekleşmiş olur 64 1. This stage is very short-lived. 2. In other words, a molecule of ATP must bind to the myosin head in order for it to be “locked and loaded”; ready to interact with actin. 65 4. Hydrolysis of ATP results in the binding of the myosin head t o the actin filament, but no movement has occurred yet. 66 Of all the energy consumed during muscle contraction, only @ 25% is realized as external work (i.e. 75% is lost as heat!). Briefly describe at least 3 processes that require ATP in the muscle contraction/relaxation mechanism. 5. The release of the phosphate group causes a conformational change in myosin, pulling the actin toward the center of the sarcomere. 6. The end.12 67 Troponin & Tropomyosin A Troponin test is often ordered to determine the severity of heart muscle damage following a cardiac event, such as MI. Explain how this may be helpful. 68 Çizgili Kasın Gevşeme Mekanizması 1. Asetilkolin esteraz asetilkolini parçalar. Böylece artık uyarı gelmez. 2. Kalsiyum, Ca ATPaz ile sarkoplazmik retikuluma geri pompalanır. 3. Aktinler miyozin başlarını bırakır ayrılır. 4. Aktin ve miyozin arasındaki boşluk tropomiyozin molekülü ile doldurulur 5. Kas dinlenmeye geçer. 69 Kasın Enerji Metabolizması Kas çok aktif halde iken kasılma enerjisi şu kaynaklardan sağlanır: • Kasta mevcut ATPden, • Kasta depo edilmiş kreatin Fosfattan, • Kasta mevcut glikojenin glikoliz yoluyla laktik asite kadar parçalanmasından, • Mitokondride meydana gelen aerobik oksidasyon enerjisinden 70 71 2 Pyruvate 7213 73 74 75 76 77 SARKOMER MİYOFILAMANLAR MYOZİN MOLEKULU 78 Kalp Kası • Yalnız kalpte bulunur, bandlaşma göstermesi bakımından iskelet kasına, istemsiz çalışması bakımından da düz kasa benzer. • Kalp kası, hücreler arası diskler aracılığı ile birbirine bağlanan, dallanma özelliği gösteren ve tek çekirdek taşıyan hücrelerden oluşur. • İstek dışı çalışır. • Kalp kas telleri çok fazla oranda mitokondri içerir. • Organizmada ritmik ve otomatik kas ılmalar yapan bir çizgili kas türü olan kalp, "miyokard" adı verilen kalp kas tabakasında ve kalbe yakın büyük dam arların duvarında yerleşik bir dokudur.14 79 • Hemotoksilen-eozin boyamasıyla kalp kasının daha çok paralel tertiplenmiş, çatallanmalar yapan bir düzen içinde olduğu görülür. • Her hücrenin yan dalları diğerleriyle ilişkidedir. Kalpte görülen hücrelerarası bağlantı yapısına diskus interkalaris adı verilir. • Hücrelerin birbirine sıkıca bağlanmasını sağlar. • Kalp kası da mezenşimden gelişmektedir. • Miyoblastlar mitozla çoğalıp birbirlerine bağlanmakta (dallanma düzeni) ve böylece diskus interkalaris yapısı ortaya çıkmaktadır; daha sonra da miyofilamentler gelişmektedir Kalp Kası 80 81 • İskelet kası hücrelerinde bahsedilen histolojik özellikler kalp kasında küçük bazı farklar dışında aynıdır. • Hücre, dıştan ince retikulum telciklerinin bulunduğu PAS pozitif bir tabakayla çevrilidir. • Kalp kasında bağ dokusu azdır; buna karşılık iskelet kasından daha fazla damar içerir. Hücredeki çekirdek oval şekillidir ve orta duruşludur. • Kalp kasında çok miktarda sarkoplazma ve mitokondriyon bulunur. Mitokondriyonun çok olması, dokuda oksidatif fosforilasyonun yüksek düzeyde olduğunu gösterir. • Glikojen de iskelet kasından fazladır. Buna karşılık sarkoplazmik retikulum iyi gelişmemiştir; ancak T tubülleri geniştir ve iskelet kasındaki gibi A-I bölgesinde değil Z çizgisinde lokalize olmuşlardır. • Miyofilamentlerin türü aynı olmakla beraber düzgün tertiplenme göstermez ve preparatlarda daha az yo ğunlukta boyanırlar Kalp Kası 82 83 84 Kalp Kasının Kasılma Mekanizması • Embriyonal hayatın erken safhalarından itibaren kendliğinden miyojenik kasılmalar yapmaya başlayan kalp kasındaki mekanizma iskelet kas ıyla aynıdır. • Ayrıca, kalpte bazı bölgelerde özel "uyarı yapıcı ve iletici" sistemler (sinoatrial düğüm, atrioventriküler düğüm, his demeti, purkinje lifleri gibi) gelişmiştir. Kalbe özgü tipik yapılardır. Bu sistemin elemanları kas liflerinden oluşmuştur. • Yapıları kalp kasından biraz farklı olup, sarkoplazmadan zengin, miyofibrillerden fakir hücrelerdir. Esas görevleri, uyarıyı kalbin çeşitli bölgelerine, atrium ve ventriküllerine iletmektir. • Normalde kalp kasılmalarını başlatan ve ritmini ayarlayan b ölüm sinoatrial düğümdür. Ancak, diğerleri de ritmik kontraksiyonlar yapabilirler. • Kalp atımları, sinir sistemine bağlı olmaksızın kendi uyarı yapıcı ve iletici sistemiyle olmasına rağmen mekanizma sempatik ve parasempatik sinirlerin kontrolü altındadır15 85 86 Az Var Var S. Retikulum Sadece visseral kaslarda Var Yok Otoritim Diğerlerine göre fazla Yok Snırlı Rejenerasyon yeteneği Otonom sinir sistemi Otonom sinir sistemi Somatik sinir sistemi Sinir kontrolü Yavaş ve yorulmaya dirençli Normal ve yorulmaya dirençli Hızlı ve çabuk yorulur Kontraksiyon hızı ve yorulması 30-200 mikrometre 50-100 mikrometre 100 mikrometre-30 cm Uzunluk Küçük (3-8 mikrometre) Nisbeten büyük (14 mikrometre) Oldukça büyük (10- 100mkrometre Çap İçi boşluklu organ- ların duvarında Kalpte Kemikler etrafında Lokalizasyon ortada tek çekirdekli Genellikle merkezde tek çekirdekli, Çevrede ve sarko- plazmanın yanında Çekirdek durumu Mekik şeklinde, Dallanmış silindir şeklinde, çizgili, Uzun silindirik, çizgili dallanmamış Hücre özellikleri Düz kas Kalp kası İskelet kası 87 Mekik şeklinde, enine çizgilenme yok Dallanmış hücreler Uzun silindirik yapılar Belirleyici özellikler Bağ dokusu kılıfı ve endomisyum Bağ dokusu kılıfı ve endomisyum Epimisyum, perimisyum, endomisyum Bağ dokusu Otonomik Otonomik Somatik motor Sinir lifleri Var Yok Yok Mitoz Var Yok Var, uydu hücrelerce Yenilenme(onarım) Calmodulin Troponin C Troponin C Kalsiyum bağlanması Kaveola içinde Hücre dışı ortamdan gelen kalsiyum Terminal sarnıçtaki Kalsekestrin Kalsiyum Kontrolü Nekzuslar İnterkale diskler Yok Hücrelerarası Bağlantı Yok Var; diad yapısını oluşturur Var; triad yapısını oluşturur T tübülüs Az sayıda granülsüz ER (Ca ++ deposu değil) Az gelişmiş İyi gelişmiş, terminal sarnıçlar + Sarkoplazma Ret. Tek çekirdekli, ortada yerleşimli Tek çekirdekli, ortada yerleşimli Çok çekridekli, perifer yerleşimli Çekirdekler Yok Var Var Sarkomer İstemsiz; yavaş ve güçlü İstemsiz; ritmik ve spontan İstemli, hepsi veya hiçbiri Kasılma Düz kas Kalp Kası İskelet kası