Cellulaire en moleculaire gebeurtenissen van spiercontractie

Spiercontractie is een complex proces waarbij de interactie van meerdere eiwitten in spiercellen betrokken is. De belangrijkste eiwitten die betrokken zijn bij spiercontractie zijn actine en myosine, die zijn gerangschikt in zich herhalende eenheden die sarcomeren worden genoemd. Het proces van spiercontractie kan worden samengevat door de volgende cellulaire en moleculaire gebeurtenissen:

1. Excitatie-contractiekoppeling :Het proces van spiercontractie wordt geïnitieerd door een elektrisch signaal dat een actiepotentiaal wordt genoemd. Wanneer een actiepotentiaal de spiercel bereikt, veroorzaakt dit de afgifte van calciumionen uit het sarcoplasmatisch reticulum, de interne calciumopslag van de cel.

2. Calciumbinding aan troponine :De toename van de calciumconcentratie in de spiercel zorgt ervoor dat calciumionen zich binden aan een eiwit genaamd troponine, dat zich op het dunne filament (actine) bevindt. Deze binding induceert een conformationele verandering in troponine, waardoor een bindingsplaats op het actinemolecuul bloot komt te liggen.

3. Myosinekop bindt aan actine :Door de conformationele verandering in troponine kan de myosinekop, een bolvormig gebied van het myosinemolecuul, binden aan de blootgestelde bindingsplaats op het actinefilament. Deze interactie vormt een kruisbrug tussen de dunne en dikke filamenten.

4. Krachtslag :Zodra de myosinekop zich aan actine bindt, ondergaat deze een conformationele verandering, waarbij het dunne filament naar het midden van de sarcomeer wordt getrokken. Deze beweging staat bekend als de krachtslag en genereert de kracht die nodig is voor spiercontractie.

5. ADP-vrijgave en Pi-binding :Na de krachtslag komen ADP en anorganisch fosfaat (Pi), producten van ATP-hydrolyse, vrij uit de myosinekop. Deze stap bereidt de myosinekop voor op de volgende contractiecyclus.

6. ATP-binding aan myosine :ATP bindt zich aan de myosinekop, waardoor deze loskomt van het actinefilament. Dit onthechting reset de myosinekop voor een nieuwe ronde van binding en krachtslag.

7. Ontspanning :Wanneer het actiepotentiaal eindigt, worden calciumionen actief terug getransporteerd naar het sarcoplasmatisch reticulum door calciumpompen, waardoor de calciumconcentratie in de spiercel wordt verlaagd. De afname van het calciumgehalte zorgt ervoor dat troponine terugkeert naar zijn oorspronkelijke conformatie, waardoor de bindingsplaats op actine wordt geblokkeerd. Zonder gebonden myosine glijden de dunne filamenten terug naar hun oorspronkelijke positie, waardoor de spier ontspant.

De opeenvolging van deze cellulaire en moleculaire gebeurtenissen herhaalt zich snel tijdens spiercontractie, waardoor spieren kracht en beweging kunnen genereren.