Какви стъпки в мускулната контракция изискват калциеви йони?

Мускулната контракция е сложен процес, който изисква взаимодействието на множество протеини, включително актин и миозин. Калциевите йони (Ca2+) играят решаваща роля в няколко стъпки на мускулна контракция, особено в процеса на свързване на възбуждане-контракция (EC), който свързва електрическия сигнал от нерва с механичния отговор на мускула:

1. Разпространение на потенциала за действие:

- Когато потенциалът за действие достигне невромускулната връзка, той предизвиква освобождаване на ацетилхолин (ACh) от нервния терминал.

- ACh се свързва с рецепторите на мускулната клетъчна мембрана, което води до отваряне на йонни канали и приток на натриеви (Na+) и калциеви (Ca2+) йони в мускулните влакна.

2. Освобождаване на калций от саркоплазмения ретикулум:

- Притокът на Ca2+ йони по време на акционния потенциал задейства освобождаването на по-голямо количество Ca2+ от саркоплазмения ретикулум (SR), специализирана вътреклетъчна мембранна система.

- Това освобождаване става чрез отваряне на специализирани канали, известни като рианодинови рецептори (RyRs) на SR мембраната.

3. Свързване на калций с тропонин:

- Повишената концентрация на Ca2+ в мускулното влакно му позволява да се свърже с тропонина, регулаторен протеинов комплекс, който контролира взаимодействието между актиновите и миозиновите филаменти.

- Когато Ca2+ се свърже с тропонина, той индуцира конформационна промяна, която разкрива миозин-свързващото място върху актиновите нишки.

4. Образуване на кръстосани мостове между актин и миозин:

- След излагането на миозин-свързващото място, миозиновите глави, които излизат от дебелите нишки, могат да се свържат с актиновите нишки, за да образуват напречни мостове.

- Това свързване води до образуването на комплекс, генериращ сила между актиновите и миозиновите глави.

5. Силов удар и мускулна контракция:

- Хидролизата на АТФ (аденозин трифосфат) се случва в миозиновата глава, причинявайки конформационна промяна, която генерира сила.

- Тази конформационна промяна, известна като силов удар, изтегля актиновите нишки към центъра на саркомера (основната единица на мускулната контракция), което води до скъсяване и контракция на мускула.

6. Релаксация:

- При прекратяване на акционния потенциал, калциевите йони се изпомпват активно обратно в саркоплазмения ретикулум чрез калциеви помпи (SERCA помпи).

- Тъй като нивата на Ca2+ намаляват, тропонинът претърпява друга конформационна промяна, блокирайки миозин-свързващото място на актина, което причинява разрушаване на напречните мостове и мускулните влакна се отпускат.

Следователно, калциевите йони са от съществено значение в няколко стъпки по време на мускулна контракция, особено при задействане на освобождаването на Ca2+ от саркоплазмения ретикулум, регулиране на взаимодействието между актинови и миозинови нишки и иницииране на силовия удар за мускулно скъсяване.