6 - Fizyoloji Kas Fizyolojisi - İskelet Kası ( Bölüm II ) 01.2013 Nurcan Dursun 1 KAS F İ ZYOLOJ İ S İ İ SKELET KASI II B Ö L Ü M Dr.Nurcan Dursun dursun@erciyes.edu.tr Erciyes Ü niversitesi T p Fak ü ltesi Fizyoloji Anabilim Dal01.2013 Nurcan Dursun 2 KAS KONTRAKS İYONUNUN MOLEKÜLER MEKAN İZMASI Hedefler İnce ve kal n flamentlerin molekül yap ve • fonksiyonlar n aç klama Tek bir flamentte çapraz köprü siklusunu • kavrama Pekçok kas flamentinde birlikte çapraz • siklus olu şumunu kavrama01.2013 Nurcan Dursun 3 Flamentlerin kaymas teorisi- önemli molekül ve iyonlar Myozin • Aktin • Tropomyozin • Troponin • ATP • Ca+2 •01.2013 Nurcan Dursun 401.2013 Nurcan Dursun 5 Aktin Myozin Aktin ve myozinin yap s01.2013 Nurcan Dursun 6 Myozin (1) Kas hücresi myofibrillerden, myofibriller de • myoflaamantlerden olu şur Myoflamentler= myozin ve aktin flamentler • Myozin flamenti , 200 myozin molekülünden • olu şmu ştur(büyük bir protein) Myozin molekülünün kuyruklar flamentin • gövdesini olu şturur Ba şlar ise gövdeden dş ar do ğru sarkmş t r • Her miyozin molekülünün kuyru ğu 2 adet • “light meromyozin” (LMM)’nin birbiri etraf nda sar lmas ile olu şmu ştur, 01.2013 Nurcan Dursun 7 Myozin (2) Bu zincirlerden herbiri ba ş k s mda birbirinden ayr l r, k vr larak • myozin ba ş denen globüler polipeptit yap y olu şturur Ba ş ve kuyruk aras , S2 bölgesi-subfragment 2, heavy • meromyosin-HMM, mente şe görevi yapan fleksibil bir yap Ba ş bölgesi(S1 bölgesi-subfragment 1), dü şük moleküler a ğ rl kl • 2 adet peptid bulundurur myozin molekülünde 2 ba ş oldu ğuna göre 4 hafif zincir, herbir • zincir 20.000 MA) Bunlardan bir çifti esansiyel hafif zincir olup ATPaze aktivitesine • sahip, Di ğer çift hafif zincir, belirli durumlarda myozin-aktin ba ğlanma • kineti ğini etkileyebilir8regülatör hafif zincir), Kal n flamentte titin proteinine ilaveten myomezin, C-proteini gibi • proteinler bulunmakta, kal n flamentin bipolar olu şumunda ve /yada bir araya geli şinde rol oynamaaktad r01.2013 Nurcan Dursun 8 Ö yleyse her myozin molek ü l ba ş k sm nda; 2 ayr aktin ba ğlama b ö lgesi • 2 ayr ATP ba ğlama b ö lgesi vard r • 4 hafif zincir ( 2 esansiyel ve 2 d ü zenleyici) •01.2013 Nurcan Dursun 9 Myozin(3) Ba şa yak n olan sarmal k sma kol, di ğer ucuna • kuyruk denir. Dş a do ğru uzanan ba şlara myozin çapraz • köprüsü denir. Kol ile gövde aras nda 1. hareketli k s m • (1.mente şe) Kol ile ba ş aras ndaki 2. hareketli k s m ( • 2.mente şe) Bu mente şeler myozinin vertikal hareketine • neden olur, böylece aktini sarkomerin ortas na çeker.01.2013 Nurcan Dursun 10 Myozin (4) Her myozin flamentinin uzunlu ğu yakla ş k • 1,6 ? m Myozin flamentinin tam ortas na gelen k s mda • (0,2 ? m) ç apraz k ö pr ü yok Myozin flamenti kendi etraf nda d ö ner, her • ç apraz k ö pr ü seti bir ö nceki setten 120 derece aksial olarak yerle ş ir. Ç apraz k ö pr ü ler flamentin etraf ndaki her yere • uzanmas n sa ğlar Her kal n flamentin iki yar s ndaki myozin molek ü lleri ters y ö nlere y ö nelir,kuyruk u ç lar ise flamentin merkezine do ğru y ö nelir01.2013 Nurcan Dursun 11 Myozin (4) Çapraz köprüde 2 önemli ba ğlama alan vard r. • 1. ATP ba ğlama olan ATP ba ğlanmadan önce buras dü şük enerjili • ATP ba ğlan nca, myozin ba ş aktinden ayr l r • ATP ba ğlan nca ATP den ADP+Pi olu şur, enerji • açğ a ç kar(Myozin ba ş nda ATPaz enzimi vard r) Art k myozin ba ş enerji yüklüdür • 2. ba ğlanma alan AKT İN içindir.01.2013 Nurcan Dursun 12 İ nce flament İ nce flament 3 ayr tip proteinden olu ş ur; • 1.Aktin • 2.Tropomyozin • 3.Troponin •01.2013 Nurcan Dursun 13 Aktin İnce flamentin as l proteini G-aktin (MA; 42000), • G-aktin yuvarlak proteinler, birle şerek F-aktin • proteinini olu şturur (1 ? m uzunlukta) Bunlarda birbirine sar l r, • Sarmal n her ipli ğinin bir d ö ng ü s ü nde yakla ş k 13 • aktin var Her G-aktin molek ü l ü ne bir adet ADP ba ğlanm ş t r • (aktinin aktif b ö lgeleri) 01.2013 Nurcan Dursun 14 Tropomyozin İnce flamentin 2. önemli proteini tropomyozindir • (MA;70000, uzunlu ğu 40 nm), ince olan bu polipeptitin ikisi birbirine sar larak zincir olu şturmu ş, Bunlar uç uca gelerek çubuk şeklinde bir yap • olu şturup, F-aktin sarmal n n etraf nda spiral olarak sar lmş t r. F-aktin ipliklerine zay f birle şmi ş • İstirahat durumunda aktin ipliklerinin aktif • bölgelerini kapat r, myozin ba ğlanmas n engeller Her tropomyozin molekülü yakla ş k yedi (7) • aktin bölgesini kapat r (tropomyozin molekülleri uç uca birle şerek tüm aktin flamentini sarar)01.2013 Nurcan Dursun 15 Aktin Myozin Aktin ve myozinin yap s01.2013 Nurcan Dursun 16 Troponin Aktin ba ğlayan (troponin I), tropomyozin • ba ğlayan (troponin T) ve Ca+2 iyonlar ba ğlayan (troponin C) içerir 4 Ca+2 iyonu troponine ba ğlan nca • tropomyozinde konformasyonel de ği şim olu şur (Troponin C’nin uyguladğ kuvvet tropomyozini iki aktin ipli ği aras na çeker) Myozinin ba ğlanaca ğ aktif aktin bölgesinin • aç lmas Myozin-aktin birle şmesi gerçekle şir •01.2013 Nurcan Dursun 17 Troponin ve tropomyozin01.2013 Nurcan Dursun 18 Kontraksiyonun molek ü ler mekanizmas İ skelet kas sinir impulsu ile uyar ld ğ • zaman ç apraz k ö pr ü ler ince flamentler ü zerine bir g üç uygular Kas n k salmas i ç in ince flamentler ü zerine • uygulanan g ü c ü n, kas n k salmas na kar ş gelen g üç ten daha b ü y ü k olmas gerekir01.2013 Nurcan Dursun 19 Kayan-flament teorisi Kontraksiyon s ras nda iskelet kas lifinin • k salmas , her bir sarkomerdeki kal n ve ince flamentlerin ç apraz k ö pr ü arac l ğ ile ü st ü ste ge ç mesi ile sa ğlan r Bu hareket s ras nda ince ve kal n flament • uzunlu ğu de ği ş mez Bu nedenle bu mekanizmaya Kayan- • flament Mekanizmas denir01.2013 Nurcan Dursun 20 Tek bir ç apraz k ö pr ü siklusu Bir ç apraz k ö pr ü n ü n ince flamente • ba ğ lanmas nda, ikinci bir ince flamente ba ğ lanmas na kadar ge ç en s ü reye ç apraz k ö pr ü siklusu denir01.2013 Nurcan Dursun 21 Tek bir çapraz köprü siklusunda geçen olaylar 1.Terminal sisternadan Ca +2 sal n m , Ca+2 ’nun troponine ba ğlanmas 2.Myozin-aktin ba ğlanmas 3. İnce flamentlerin M çizgisine do ğru çekilmesi 4.Myozine ATP ba ğlanmas , myozinin aktinden ayr lmas 5.ATP nin ADP+Pi y k lmas , yeniden myozin ba ş n n enerji yüklenmesi 6.Ca+2 ’un SR ’a geri pompalanmas01.2013 Nurcan Dursun 22 1. Ad m Terminal sisternaya AP ula şmas • Ca+2 iyonlar n n sitozole sal nmas Ca+2 – troponin ba ğlanmas • tropomyozin konformasyonel de ği şimi Miyozinin ba ğlanaca ğ aktin • bölgelerinin aç lmas01.2013 Nurcan Dursun 23 2.Ad m Enerji yüklü çapraz köprünün aktine ba ğlanmas • 3. Ad m Myozinin aktine ba ğlanmas , çapraz köprüde konformasyonel • de ği şime neden olmas (Aktin ile temas sonucu myozin ba ş n n dönmesi) Myozin ba ş n n aktine iyice ba ğlanmas . Bu arada ADP+Pi myozin ba ş ndan ayr lmas Ayn anda çapraz köprünün bükülmesi, aktini M • çizgisine çeken bir güç olu şturmas , ATP deki kimyasal enerjinin mekanik enerjiye dönü şmesi. •01.2013 Nurcan Dursun 24 4. Ad m Çapraz köprünün aktinden ayr lmas için • , myozin çapraz köprüsüne ATP ba ğlanmas (ama hidroliz olmaz). 5.Ad m Aktinden ayr lan myozin ba ş n n • ba şlang ç formuna geri dönmesi, çapraz köprüde, ATP’nin ADP+Pi ‘a y k lmas , Myozin çapraz köprünün tekrar enerji • yüklenmesi01.2013 Nurcan Dursun 25 6.Ad m Sitozaldeki Ca+2 iyonlar n n SR’a • tekrar pompalanmas Tekrar troponin tropomyozin kompleksinin • aktinin aktif alanlar n örtmesi Çapraz köprülerin herbiri birbirinden ba ğ ms z • çalş r. Faydas Nedir? Tutunma ve çekmenin devaml olmas n • sa ğlar, kas lman n kesintiye u ğramas n engeller01.2013 Nurcan Dursun 2601.2013 Nurcan Dursun 27 Kontraksiyon esnas nda belirli bir anda ç apraz • k ö pr ü lerin yaln zca %50 ’ si kuvvet olu ş turur Tek bir ç apraz k ö pr ü darbesi ince flamentin • hareketinde k üçü k bir de ği ş ikli ğe neden olur G üç ü retim mekanizmas aktif oldu ğu m ü ddet ç e • ç apraz k ö pr ü lerin bu k ü rek ç ekme hareketi pek ç ok kez tekrarlan r, Bu k üçü k hareketlerin birle ş mesiyle ç ok b ü y ü k • hareketler olu ş ur01.2013 Nurcan Dursun 28 ATP’nin çapraz köprüde 2 rolü var 1.ATP hidrolizinde serbestleyen enerji çapraz köprü hareketini sa ğlar 2.ATP’nin myozine ba ğlanmas aktin ve myozin aras ndaki ba ğ k rar siklusun yenilenmesini sa ğlar( burada hidroliz yok sadece ba ğlanma) ATP ayn zamanda kas gev şemesi s ras nda Ca+2 un • SR’ a geri al nmas nda kullan l r. Yeni aksiyon potansiyellerinin olu şumu için uygun • iyonik ortam sa ğlamada kullan l r01.2013 Nurcan Dursun 29 Ca+2’ un kas lmadaki rolü (1) Kas kas lmas bitince lateral keselerin • zarlar ndaki Ca+2- ATPaz pompalar ile SR’a al n r. Geri al m sal n m ndan daha uzun süre al r • Stoplazmada Ca+2’un uzun süre kalmas • çizgili kasda her AP ’ den sonra kontraksiyonun devam etmesine neden olur.01.2013 Nurcan Dursun 30 Ca+2’ un kas lmadaki rolü (2) Kas lma ba ş lad ktan sonra yeterli ATP • olmas na ra ğmen bir s ü re sonra kas lma sona erer Sebebi kalsiyum yoklu ğunda myozinin • aktine ba ğlanamamas01.2013 Nurcan Dursun 31 Ca+2 ’ un kas lmadaki rolü (3) Ö l ü mden birka ç saat sonra ba ş layan ve 12 • saat sonra tamamlanan kas sertli ğine rigor mortis denir ATP konsantrasyonunun azalmas • ATP yoklu ğunda myozin aktine ba ğlanabilir • ama ayr lmas i ç in ATP gereklidir