Tkanka mięśniowa
Pre-mioblasty POWSTAWANIE KOMÓREK M. SZKIELETOWEGO ORAZ KOMÓREK SATELITOWYCH 1. Komórki mezenchymalne miotomów różnicują się w wydłużone pre-mioblasty. - powstają miotubule 5. Różnicują się z nich dojrzałe włókna mięśniowe (o typowym wyglądzie). 6. Największy wzrost liczby i masy miotubul zachodzi przed urodzeniem, intensywnie przebiega do ok. 16 r.ż. 2. Pre-mioblasty dzielą się, wydłużają i powiększają, mają dużo rybosomów i mitochondriów. 3. Mioblasty, wrzecionowate komórki prekursorowe, mają 1 jądro, miofilamenty i mikrotubule, układają się w długie łańcuchy. 4. W 4 tygodniu życia poprzez fuzję mioblastów powstają wielojądrzaste miotubule, w których wytwarzane są duże ilości aktyny i miozyny.
Budowa mięśnia szkieletowego
A. Monomer aktyny = G-aktyna zawiera miejsce wiążące ATP (lub ADP w filamencie). B. Filament aktyny = F-aktyna to 2 protofilamenty owinięte wokół siebie jako 2 równoległe alfa helisy o skoku 37 nm. C. Zdjęcie ME negatywowo wybarwionego filamentu aktyny źródło: B. Alberts, Molecular Biology of the Cell. Fifth Edit
Miozyna typu II: 2 łańcuchy ciężkie (spiralnie skręcone nitkowate, ok. 2000 aa), każdy z ogonem i głową. ORAZ 4 łańcuchy lekkie (ok. 180 aa). Każda główka miozyny to kulista N-część łańcucha ciężkiego i 2 różne łańcuchy lekkie. Po związaniu z aktyną główka miozyny wykazuje aktywność ATPazy.
Filamenty grube zbudowane są z ok. kilkudziesięciu cząsteczek miozyny II, ułożonych antyrównolegle tak, że ich Dotąd wyodrębniono 4 izoformy główki wysunięte są na zewnątrz w różnych płaszczyznach. łańcuchów miozyny Każdy filament gruby zawiera ok. 300 ciężkiej i 4 izoformy głów miozyny typu II ORAZ łańcuchów lekkich towarzyszące mu białka: miomezynę, miozyny. titynę i białko C. Molec. Biol. of the Cell, 4ed.
F-aktyna, tropomiozyna i troponina budują filament cienki. Każdy monomer F-aktyny posiada miejsce aktywne, które może oddziaływać z miozyną. Każda cząsteczka tropomiozyny przyłącza się podłużnie do odcinka F-aktyny zawierajacego 7 podjednostek globularnych. Tropomiozyna połączona jest też z kompleksem troponiny zbudowanej z 3 podjednostek: TnI, TnC, i TnT. Podjednostal TnC występuje tylko w m. szkieletowym.
Niski poziom Ca ++ w cytoplazmie: Konformacja troponiny powoduje, że tropomiozyna blokuje na aktynie miejsca jej oddziaływania z główkami miozyny. Wysoki poziom Ca ++ w cytoplazmie: TnC wiąże Ca ++, co odsuwa tropomiozynę i odsłania na aktynie miejsca interakcji z miozyną umożliwiając powstawanie mostków poprzecznych. Molec Biol of the Cell, 4 ed.
Równoległy układ miofibryli (M) w 1 włóknie: między nimi leżą mitochondria (Mt), prążki Z leż na tym samym poziomie w sąsiadujących miofibrylach (ME); dzieki temu w mikroskopie swietlnym widoczne jest prążkowanie poprzeczne Miofibryla włókienko kurczliwe zbudowane z liniowo powtarzających się jednostek sarkomerów utworzonych przez makrokompleksy miofilamentów cienkich i grubych oraz towarzyszące im białka podporowe. Wheather s Funct Histol4 ed.
Struktura sarkomeru: Jakie białka budują prążki? prążek I tylko filamenty cienkie prążek A filamenty cienkie i grube prążek H filamenty grube bez główek miozyny prążek Z miejsce przyczepu filamentów cienkich
Cząsteczki budujące filament cienki i filament gruby Ich wzajemne położenie w miofibryli
Budowa sarkomeru na przekroju podłużnym i poprzecznym przez miofibrylę
Narysuj przekrój poprzeczny sarkomeru na różnych jego odcinkach prążek I prążek A prążek H linia M
Ślizgowy model skurczu mięśnia: filamenty cienkie wsuwają się między filamenty grube wskutek wielu cykli oddziaływania główek miozyny z aktyną: zwężają się prążki I oraz H, długość A bez zmiany. Długość filamentów nie zmienia się! Molec. Biol. of the Cell, 4ed.
KANALIKI T - są to regularne wpuklenia błony komórkowej - wprowadzają środowisko zewnętrzne do środka komórki mięśniowej. Poprzez ich błonę fala depolaryzacji (potencjał czynnościowy) zapoczątkowana w płytce motorycznej szerzy się w głąb komórki. TRIADA składa się z trzech elementów: 2 cystern brzeżnych (zbiorników końcowych retikulum sarkoplazmatycznego), i odcinka kanalika T sąsiadującego z nimi
TRIADA to leżący w mięśniu szkieletowym na poziomie granicy prążków A/I kanalik T oraz leżące obustronnie 2 zbiorniki końcowe SER zawierające jony Ca ++
Depolaryzacja błony komórkowej wywołana impulsem nerwowym zostaje przewiedziona przez kanalik T do wnętrza komórki. i) Zmiana potencjału na błonie kanalika T powoduje w błonie przylegających końcowych zbiorników siateczki, tzw. cystern brzeżnych, ii) iii) Rola triady w skurczu mięśnia otwarcie bramkowanych napięciem kanałów wapniowych, oraz powoduje gwałtowny wypływ Ca 2+ prowadzący do 1000-krotnego wzrostu stężenia Ca 2+ w sarkoplazmie. Cysterny brzeżne zawierają duże ilości Kolorem kalsekwestryny, zielonym zostały białka o wybarwione wysokiej (Nagroda pojemności Nobla wiązania 2008) jony Ca 2+ Ca. 2+ w Kanaliki zbiornikach podłużne siateczki siateczki śródplazmatycznej zawierają w swej części środkowej znaczną ilość pomp wapniowych, które szybko przenoszą Ca++ z sarkoplazmy po ustaniu depolaryzacji.
Rianodyna to alkaloid roślinny utrzymujący kanał wapniowy SER w stanie zamkniętym Dihydropirydyna i pochodne to BLOKERY kanału wapniowego typu L Molec. Biol. of the Cell, 4ed. Receptor rianodynowy, RyR, blokuje w spoczynku wypływ Ca 2+ z cystern Pod wpływem depolaryzacji błony kanalika T jego receptory dihydropirydynowe (DHPR), będące wolnymi kanałami Ca 2+, oddziałują z receptorami RyR. Zmiana konformacji RyR odblokowuje kanały Ca 2+ w cysternach brzeżnych, jony Ca 2+ gwałtownie napływają do cytoplazmy
E Mechanizm skurczu od myśli do czynu MEP- płytka motoryczna S- włókno mięśniowe NE- pęczek włókien nerwowych
Niski poziom Ca ++ w cytoplazmie: Konformacja troponiny powoduje, że tropomiozyna blokuje na aktynie miejsca jej oddziaływania z główkami miozyny Wysoki poziom Ca ++ w cytoplazmie: TnC wiąże Ca ++, co odsuwa tropomiozynę i odsłania na aktynie miejsca interakcji z miozyną; cykli takich jest kilkadziesiąt / sekundę E
4. Związanie miozyny z aktyną uczynnia ATP-azową właściwość główek miozyny. ATP związany przejściowo z główkami miozyny ulega hydrolizie, a część wytworzonej energii obraca fragment białka łączący główkę z łańcuchem ciężkim cząsteczki miozyny. Ten obrót przesuwa końcową część główki, a wraz z nią filament aktynowy. Powoduje to przesunięcie ( ślizg) filamentu aktynowego względem filamentu miozynowego- mikroskurcz. 5. Przy braku pobudzenia jony Ca2+ są aktywnie transportowane do siateczki sarkoplazmatycznej. Tropomiozyna blokuje miejsca wiążące miozynę, a filamenty wracają do położenia charakterystycznego dla rozkurczu. Junqueira s Basic Histology, 12th ed, 2010 E
Białka podporowe cytoszkieletu komórki mięśnia szkieletowego Wewnątrzsarkomerowe - równoległy element sprężysty a. Alfa-aktynina główny składnik prążka Z b. Miomezyna białko linii M utrzymuje boczny układ filamentów grubych łącząc się z miozyną c. Białko CapZ i d. Tropomodulina e. Nebulina - między prążkiem Z a końcem filamentu cienkiego f. Tityna między prążkiem Z a linią M sarkomeru g. Białko C przyłącza się do filamentów grubych od linii M aż do końca filamentu cienkiego (granica A/I)
Tityna, nebulina, -aktynina i desmina to białka stabilizujące strukturę sarkomeru (układ heksagonalny) i równoległe ułożenie miofibryli Junqueira Basic Histol, 11 ed Tityna: 3 mln D!, długość ½ sarkomeru. POŁĄCZONA: na końcach z prążkiem Z, w środku z miomezyną, w prążku A z białkiem C, w prążku I obok Z z aktyną; w prążku I jej część spiralna nadaje sprężystość sarkomerowi.
Junqueira, Basic Histol, 11 ed Nebulina: dwie długie nieelastyczne cząsteczki owijają się wokół filamentu aktynowego; ułatwiają jego umocowanie w prążku Z łącząc się z -aktyniną. Jest podporą cienkiego filamentu, jednym końcem związana z prążkiem Z, drugi pozostaje wolny.
Białko Cap Z zapobiega dysocjacji G-aktyny od F-aktyny na końcu plus czyli przy prążku Z. Tropomodulina łączy się z końcem minus zapobiegając dołączaniu monomerów G-aktyny. Junqueira, Basic Histol, 11 ed
Miomezyna to białko linii M, które sieciuje sąsiadujące filamenty grube, co zapewnia ich regularny przestrzenny układ. W linii M występuje aktywność kinazy kreatyninowej. Enzym ten przenosi grupę fosforanową z fosfokreatyny na ADP odtwarzając ATP.
Zewnątrzsarkomerowe białka podporowe: desmina i plektyna wiążą miofibryle ze sobą i z błoną komórkową DESMINA: - Leży prostopadle między miofibrylami, jej filamenty otaczają prążki Z i łączą się z nimi i ze sobą przez białko plektynę. Na obwodzie desmina łączy się z kostamerami, wgłobieniami sarkolemy, mocując prążki Z poprzez białka błony komórkowej w błonie podstawnej włókna. DYSTROFINA poprzez kompleksy dystroglikanu i sarkoglikanu łączy wewnętrzną powierzchnię sarkolemy z: lamininą błony podstawnejoraz filamentami aktyny. W efekcie dystrofina stabilizuje sarkolemę w trakcie skurczu.
Rola dystrofiny i łączących się z nią białek Junqueira, Basic Histology, 13rd ed. DYSTROFINA poprzez kompleksy dystroglikanu i sarkoglikanu łączy wewnętrzną powierzchnię sarkolemy z: 1. lamininą błony podstawnej, 2. filamentami aktyny. W ten sposób skurcz sarkomeru przenoszony jest na włókna siateczkowe śródmięsnej, a później na ścięgno.
Cząsteczki wiążące białka wewnętrzne włókna mięśniowego z jego błoną podstawną. Muscle Ganong s Review of Medical Physiology, 25e, 2016 dystrophin W kostamerze desmina oraz F-aktyna łączą się z błoną podstawną włókna mięśniowego. Dystrofina (m. cz. 427 kd) łączy się z F-aktyną oraz białkiem błony podstawnej lamininą 211 poprzez α- i β- dystroglikan. Kompleks sarkoglikanu złożony z 4 glikoprotein: α-,β-,γ-, δ-sarkoglikanu, sarkospanu i sarkotrofiny, jest przyłączony do kompleksu dystroglikanu. Szereg chorób mięśni (dystrofii) wynika z braku i/lub zaburzeń w strukturze wymienionych białek.
Pod względem metabolizmu, ukrwienia i szybkości skurczu wyróżnia się 3 podstawowe typy włókien Typ 1: wolne włókna czerwone są aerobowe (tlenowe), mały przekrój, dużo mioglobiny, mitochondriów i naczyń. Powolne narastanie siły skurczu, najbardziej odporne na zmęczenie. Typ 2b(x): szybkie włókna białe są głównie anaerobowe (beztlenowe), mało mioglobiny, mitochondriów i naczyń. Duży przekrój, dużo glikogenu i enzymów glikolitycznych. Najszybsze narastanie siły, najszybsza męczliwość (mięśnie uda, biceps, triceps). Typ 2a: szybkie włókna pośrednie, tlenowo-glikolityczne; dużo glikogenu, średnia siła skurczu i wysoka odporność na zmęczenie.
JEDNOSTKA MOTORYCZNA to zbiór włókien mięśniowych unerwionych przez jeden neuron ruchowy W Junqueira, Basic Histology, 13rd ed.
Płytka motoryczna lub połączenie nerwowo-mięśniowe to połączenie aksonu neuronu ruchowego z włóknem mięśniowym: uwalniana jest acetylocholina (Ach). Receptor nikotynowy płytki motorycznej Junqueira, Basic Histol, 12th ed
Połączenie nerwowo mięśniowe Płytka motoryczna połączenie aksonu neuronu ruchowego z komórką mięśniową, neuromediatorem jest acetylocholina (Ach) Myasthenia gravis p-ciała blokujące receptory dla (Ach) powodują osłabienie siły skurczu mięśnia Lowe i Stevens, Histologia, wyd. 1
Myasthenia gravis (miastenia) p-ciała blokujące receptory dla (Ach) powodują osłabienie siły skurczu mięśnia Miastenia jest rzadką chorobą autoimmunologiczną, w której przeciwciała wiążą się z receptorami dla acetylocholiny w błonie postsynaptycznej synaps nerwowo-mięśniowych. Wynikiem tego jest wadliwe przekazywanie impulsów do skurczu mięśnia oraz osłabienie jego siły. Leczenie: stosowanie inhibitorów acetylocholinesterazy, niekiedy przynosi efekty. Zdrowa Miastenia zakończenie aksonu pęcherzyk synaptyczny z acetylocholiną cetylocholina wiąże się z receptorem acetylocholinesteraza związana z receptorem dla Ach Płytka mięśniowa Mięsień Autoprzeciwciało p/receptorom Ach
ASPEKT LEKARSKI Botulizm - zatrucie jadem kiełbasianym, toksyną Gram-dodatniej bakterii beztlenowej Clostridium botulinum, najczęściej w wyniku spożycia zakażonych konserw. Toksyna ta hamuje uwalnianie acetylocholiny, co prowadzi do paraliżu mięśni (który w przypadku braku pomocy medycznej kończy się śmiercią). Myasthenia gravis jest rzadką chorobą autoimmunologiczną, w której przeciwciała wiążą się z receptorami dla acetylocholiny blokując tym samym dostęp dla acetylocholiny. Kolejne nieaktywne receptory ulegają endocytozie. W ten sposób liczba płytek motorycznych ulega redukcji, a mięśnie szkieletowe (włączając przeponę) ulegają stopniowemu osłabieniu. Niektóre neurotoksyny również wiążą się do receptorów acetylocholiny. Np. bungarotoksyna, obecna w jadzie węża niemrawca prążkowanego (Bungarus multicinctus) (występowanie: Chiny, Tajwan, Płw. Indochiński). Ukąszenie tego gada powoduje u ludzi paraliż, a następnie niewydolność oddechową, która może prowadzić do śmierci.
Mięsień serca, w porównaniu do m. szkieletowego komórki rozgałęziają się, 1 jądro w środku, więcej cytoplazmy, mitochondriów i SER, mniej miofibryli W mięśniu serca występują DIADY na poziomie błonki Z Sarkomery nie tworzą długich miofibryli: rozgałęziają się tworząc 3D siatkę Połączenia międzykomórkowe (zwierające i komunikujące) Są KOMÓRKI ROZRUSZNIKOWE, które wytwarzają potencjał czynnościowy i pobudzają KOMÓRKI ROBOCZE Depolaryzacja błony zależna jest od napływu Na + i Ca ++ spoza komórki Metabolizm tlenowy
Jakie połączenia międzykomórkowe występują w poprzecznym, a jakie w podłużnym odcinku WSTAWKI? Junqueira, Basic Histology, 13rd ed. Struktura wstawki: obwódka zwierająca i desmosom w poprzek włókna, połączenie szczelinowe wzdłuż; wstawki zawsze pokrywają się z prążkami Z
Rysunek pokazuje DIADĘ W M. SERCA inaczej niż w m. szkieletowym kanalik T leży na poziomie prążka Z Molec. Biol. of the Cell, 4ed.
Mięsień gładki Komórki wydłużone o wrzecionowatym kształcie Jądra komórkowe położone w komórce centralnie Taśmy gęste na wewnętrznej powierzchni sarkolemmy, ciałka gęste wewnątrz komórki Skurcz wywołany przez endocytozę pęcherzyków z jonami Ca 2+ ; Sąsiednie komórki komunikują się ze sobą przez połączenia typu neksus Duże zdolności regeneracyjne (zdolność do podziałów mitotycznych)
Czynnościowy podział mięśni gładkich
ROZKURCZ CIAŁKA GĘSTE wiążą filamenty kurczliwe wewnątrz cytoplazmy, a TAŚMY GĘSTE z błoną komórkową SKURCZ
Ultrastruktura miocyta gładkiego Taśmy gęste to miejsca przyczepu miofilamentów do błony; ciałka gęste odpowiadają prążkom Z; taśmy i ciałka zbudowane są z -aktyniny. Brak miofibryli, aktyna:miozyna=15:1 (m. szkieletowy: 2:1) Wszystkie główki miozyny skierowane są w 1 kierunku. Filamenty cienkie złożone są z: aktyny i tropomiozyny. W cytoplazmie znajdują się: - odpowiednik troponiny C, kalmodulina - Odpowiednik TnT i TnI, kaldesmon oraz - inne białko wiążące się w rozkurczu z aktyną i tropmiozyną kalponina.
Ultrastruktura miocyta gładkiego W miocytach ściany naczyń cytoszkielet wzmacniają filamenty desminowe i wimentynowe, a w innych miocytach tylko desminowe. Filamenty pośrednie pełnią kluczową rolę w stabilizowaniu miofilamentów i cytoszkieletu. SER, słabo rozbudowana w postaci rureczkowatych zbiorników zawiera m.in. kalretikulinę, białko o dużej pojemności wiązania jonów wapnia. Jamki błony (kaweole) odpowiadają kanalikom T. Miocyty gładkie produkują kolagen t. III, elastynę, proteoglikany, składniki błon podstawnej, czynniki wzrostu.
Cytofizjologia miocytów Połączenia szczelinowe między włóknami W m. jednostkowych (np. trzewi) skurcz nie jest uwarunkowany impulsem nerwowym Odruchowy skurcz w odpowiedzi na rozciąganie Depolaryzacja błony zależna od napływu jonów Na + i Ca ++ spoza komórki Metabolizm tlenowy W miocytach neurogennych w zakończeniach nerwów przywspółczulnych przekaźnikiem jest ACETYLOCHOLINA, a nerwów współczulnych - NORADRENALINA.
Zasada skurczu m. gładkiego: wiązki filamentów cienkich i grubych są zakotwiczone w ciałkach gęstych i taśmach gęstych zbudowanych z α- aktyniny; w wyniku skurczu komórka ulega skróceniu, a jądro skręceniu; skurcz trwa zwykle kilkadziesiąt Junqueira, Basic Histology, 13rd ed. minut - godzin
Mechanizm skurczu mięśnia gładkiego zależny od wzrostu stężenia Ca ++ 1. Jony Ca ++ są wiązane przez kalmodulinę (Calm). 2. W efekcie aktywowana jest kinaza łańcuchów lekkich miozyny, MLCK (przy unieczynnieniu białek kalponiny i kaldesmonu, które w rozkurczu związane są z aktyną i tropomiozyną).
3. Kompleks: wapń-calm-kinaza fosforyluje łańcuchy lekkie miozyny. 4. Aktywuje to ATPazę miozynową (rozkład ATP) i umożliwia wiązanie się główki miozyny z aktyną, co prowadzi do przesunięcie się główki; skurcz jest b. wolny. Kalmodu- Kinaza łańcuch. Nieufosforyl. lina lekkich miozyny miozyna Molec. Biol. of the Cell, 4ed.
Powstawanie komórek mięśnia szkieletowego oraz komórek satelitowych 1. Komórki mezenchymalne miotomów różnicują się w wydłużone pre-mioblasty. 2. Pre-mioblasty dzielą się, wydłużają i powiększają, mają dużo rybosomów i mitochondriów. 3. Mioblasty, wrzecionowate komórki prekursorowe, mają 1 jądro, miofilamenty i mikrotubule, układają się w długie łańcuchy. 4. W 4 tygodniu życia poprzez fuzję mioblastów powstają wielojądrzaste miotubule, w których wytwarzane są duże ilości aktyny i miozyny 5. Różnicują się z nich dojrzałe włókna mięśniowe (o typowym wyglądzie). 6. Największy wzrost liczby i masy miotubul jest przed urodzeniem, intensywnie przebiega do ok. 16 r.ż.
KOMÓRKA SATELITOWA w obrębie włókna mięśniowego. M-kadheryna (czerwona) jest w obydwu rodzajach komórek, jądro k. satelitowej niebieskie, k. mięśniowej zielone. Molec Biol. Cell, 5th ed.
Komórki satelitowe odpowiadają za regenerację mięśni szkieletowych Są niewielkie, rozpoznawalne w zasadzie tylko w ME Jądra komórek satelitowych stanowią ok. 5% wszystkich jąder włókien mięśniowych. Kk. satelitowe różnicują się do włókien mięśniowych także pod wpływem przetrenowania mięśnia. Warunkiem regeneracji uszkodzonego mięśnia jest zachowanie błony podstawnej i unerwienia włókna. Przerost (hipertrofia) mięśnia szkieletowego zachodzi bez wzrostu liczby komórek mięśniowych.
Mięsień sercowy nie regeneruje, mięsień szkieletowy ma ograniczoną zdolność regeneracji, a mięsień gładki wysoką. Chociaż jądra włókna m. szkieletowego nie dzielą się, to jednak ilość włókien może częściowo się odtworzyć po urazie w wyniku dołączania się nowych włókien powstających z komórek satelitowych. W podobnym mechanizmie dochodzi do przerostu (tj. zwiększenia masy) włókien wskutek intensywnych ćwiczeń fizycznych.