İskelet kası fizyolojisi

İskelet Kası Fizyolojisi

Prof. Dr. Muzaffer ÇOLAKOĞLU

Kas Sistemi

KAS TÜRLERİ

• Çizgili kaslar (istemli çalışırlar)

• Kalp kası (miyokard - istemsiz çalışan tek çizgili kas)

• Düz kaslar

• Düz kaslar ve miyokard vücut ağırlığının ancak

% 5-10’unu oluşturur

İSKELET KASI VE KALP KASI

FARKLILIKLARI İskelet kası ile kalp kası arasındaki farklar

İskelet kası ile kalp kası arasında pek çok benzerlikler olduğu gibi bazı

önemli farklar da vardır.

Kalp kası hücreleri

• oldukça küçüktürler (15-30 mmçap, 50 mm uzunluk).

• iskelet kası fibrilleri gibi uzunlamasına değillerdir.

• daha geniş, kısa T tüpleri vardır.

• dallara ayrılarak bitişik hücreleri birbirine bağlar (anastomoz).

• bu bağlanma Gap Kavşakları (bağlantı bölgeleri ) ve İnterkale

Diskler ile gerçekleşir. Böylece ileti bir fibrilden diğerine yayılır.

• Çekirdekler periferik değil merkezi konumdadır.

• çok sayıda mitokondrisi vardır (oksidatif enerji kullanır).

• T tüpü - SR kavşakları triad değil diad’lar şeklindedir.

C:/My Documents/Teaching/Biology 205/Muscle Slides/001.jpg

İSKELET KASI VE DÜZ KAS

FARKLILIKLARI

Düz kaslar kalp ve iskelet kaslarından çok farklıdırlar.

Aşağıdaki temel özellikleri taşırlar :

• Hücreleri çizgili değildir

• tek merkezi bir çekirdekleri vardır

• çapları 5-15 mm, uzunlukları 200-300 mm kadardır

• hücreler arasında Gap Kavşakları bulunur

• önemli miktarda bağ doku içerirler.

Kasılma özellikleri de iskelet ve kalp kaslarından farklıdır.

Uzun süre devam eden çok yavaş kasılmalar sergilerler.

Kasların

Ortak

Özellikleri

Uyarılabilme

İletebilme

Kasılabilme

Elastik olma

Vizkozite

İskelet Kası

Fonksiyonları

Hareket

Korunma

Isı meydana getirme

Postür ve vücut pozisyonu

Mekanik iş

Yutma

Solunum

İskelet Kası

• Yetişkin insanda vücut ağırlığının % 40’ını,

• Çocuklarda vücut ağırlığının % 50’sini oluşturur

• İskelet Kası içeriği:

– % 75 su

– % 20 protein

– % 5 organik ve inorganik bileşikler

• Fonksiyonları:

– Hareket

– Postürün Korunması

Figure 6.2

Slide 6.1

İskelet Kas Sistemi

İskelet Kasının Yapısı

• Kasın tamamı ve kası oluşturan alt

birimlerden fasiküller ve kas fibrilleri fasya

(fascia) adı verilen bir bağ doku ile örtülüdür

• Fasya’nın fonksiyonları:

– Kas fibrillerini korur

– Kasları kemiğe bağlar

– Sinir ve kan/lenf damarları için uygun bir ağ

zemini sağlar

Fasya katmanları

• Epimisyum

– Kas yüzeyini oluşturur

– Uçlara doğru daralarak tendon oluşturur

• Perimisyum

– Kas fibrillerini demetlere veya fasiküllere ayırır

• Endomisyum

– Tek bir kas fibrilinin (hücresinin) etrafını sarar


Fig. 9.1, p. 279


Kas – Fasiküllerden oluşur. Epimisyum ile sarılıdır.

Fasikül – kas fibrilleri (hücreleri) demetidir. Bizim kas

olarak gördüğümüz yapı çok sayıda fasikülden meydana

gelir. Herbiri Perimisyum ile sarılıdır.

Kas Fibrili – fasikül kas fibrillerinden meydana gelir.

Kasın gerçek hücreleridir. Herbiri Endomisyum denilen

fasya ile sarılıdır.

Figure 6.3

Slide 6.3



Kas Göbeği Fasikül Fibril (hücre)


Muscle Belly Fasciculus Fiber (Cell)

Epimisyum Perimisyum Endomisyum


Muscle Belly Fasciculus Fiber (Cell)

Epimysium Perimysium Endomysium

Sarkolemma

Sarkoplazma

Çekirdek

İskelet Kası Fibrilleri

• Tek bir kas fibrili

– Tek bir kas hücresidir. Çapı 10-80 mm arasındadır

– Silindirik yapıdadır

– Uyarılma ve impuls yayılımını mümkün kılan

membranla çevrilidir

– Miyofibril demetleri içerir

İskelet Kas Fibrilinin Temel

Bileşenleri

– Sarkolemma - kas hücresi membranı

– Sarkolemmanın hemen altında bulunan 100

veya daha fazla çekirdek içerir,

– Sarkoplazma - sarkolemmanın içini dolduran

kas hücresi sitoplazması

– Sarkotübüler sistem

• Transvers tüpler (T-tüpleri)

• Sarkoplazmik retikulum

• Ca++ alımı, düzenlemesi, salınımı ve depolanması

İskelet Kas Fibrilinin Temel

Bileşenleri (devamı)

– Miyoglobinler - oksijeni sarkolemma’dan alıp,

mitokonri’ye taşırlar

– Glikojen deposu içerirler

– Kas fibrillerinin alt birimleri olan Miyofibrilleri

içerirler

KAS FİBRİLİ

SARKOLEMMA

Kas hücresi membranına sarkolemma denir. Sarkolemmanın Transvers

tüpler (T tüpleri) denilen ve hücre içine uzanan periodik kanalları vardır.

Sarkolemma ve T tüplerinin görevi sarkolemmada oluşan aksiyon

potansiyelini hücre içine ileterek kasılmanın başlamasını sağlamaktır.

Transvers Tüpler (T-Tüpleri)

Kas içine doğru bükülerek giren ve kasın bir tarafından diğer tarafına

doğru enine keserek (transvers) ilerleyen tübüler bir sistemdir. Sinirsel

uyaranların, glikozun, O2’nin ve iyonların hücre içine daha hızlı

girmesini sağlar.

Sarkoplazmik Retikulum (SR)

• T-tüplerinin devamı olan bir düz endoplazmik retikulumdur. Kas hücresi içinde yaygın bir kanal ağı oluşturur. SR da kasılmayı başlatacak olan kalsiyum iyonunun (Ca+2) depoları vardır.

• Kas hücresinde meydana gelen uyaran sarkolemmada her iki yöne doğru yayılır ve T –tüpleri ile hücre içine geçer. Buradan SR ağı boyunca hücre içine yayılarak, SR uçlarından Ca+2’un sarkoplazmaya salınmasına neden olur. Ca+2 kasılmayı başlatır. T-tüplerindeki voltaj sensörleri (DHP) aksiyon potansiyeli sarkolemmada yayılırken oluşan elektriksel akımı algılar.

• SR membranında Ryanodin Reseptörü DHP’den gelen sinyalleri alarak kalsiyum kanallarının açılmasına neden olur. Kalsiyum SR’den sarkoplazmaya salınır ve kasılma başlar.

Sarkoplazmik Retikulum

terminal sisterna – Sarkoplazmik retikulumun Z membranına yakın olan parçasıdır.

triad = T tubule + terminal sisterna

KALSİYUM POMPASI

SR membranında kasılma sonrasında kalsiyumu

sarkoplazmadan tekrar SR’ye konsantrasyon gradyanın tersine

doğru geri alan ve bu sebeple ATP tüketen Kalsiyum Pompası

yer alır.

Fibrilin kontraktil kısmıdır. Herbiri çok sayıda

sarkomerden oluşur.

Miyofibril

İskelet Kasında Kas fibrili ve Myofibrilin

Görünümü

Kas ( x 1) Miyofibril ( x 20000)

Fibril ( x 1000) Fasikül ( x 75)

Miyofibriller

• Kas fibrilinin alt birimleridir. Herbiri 2 mm

çapındadır ve kas fibrili boyunca uzanır

• Kas hacminin % 80-90’ını oluştururlar

• Kas kasılmasının fonksiyonel birimidir

• Her miyofibrilin etrafını sıvı dolu SR çevreler,

• Seri olarak birbirlerine bağlı sarkomerlerden

oluşur.

• ~1500 miyozin ve ~3000 aktin proteini içerirler

Sarkomer

Kasılmanın temel birimidir.

İki Z membranı (diski; çizgisi) arasında kalan kısımdır. Her miyofibrilde 10 ile 100,000 uçuca dizilmiş sarkomer bulunur.

Sarkomerler Z diskleriyle hem birbirlerine bağlanırlar hem de ayrılırlar. Sarkomer kontraktil proteinlerden oluşur

Aktin ( İnce filamanlar)

Miyozin (Kalın filamanlardır)

Troponin-tropomiyozin bileşiği (Aktin molekülü üzerinde yer alır)

Sarkomerin ayırdedici bir görünümü vardır

iskelet kasına çizgili bir görüntü verir

Sarkomerin boyu istirahat koşullarında 2 mikron (m) kadardır.

Sarkomer Z Çizgisi Z Çizgisi

M Çizgisi

I Bandı A Bandı {

I Bandı {

I Bandı

H Zonu

A Bandı I Bandı

{

{

{

{

A-Bandı

I-Bandı

Z-Çizgisi

{

{ I-Bandı

Sarkolemma

Mitokondri

Sarkoplazmik

Retikulum

(SR)

T-Tüpleri

A-Bandı

Z-Diski

{

Figure 6.5

Slide 6.4B

Sarkomer

MİYOFİLAMANLARIN YAPISI

AKTİN Z membranına bağlıdır. Z membranından diğer sarkomere uzanırlar.

Her aktin miyofilamanı iki fibröz aktin proteinin oluşturduğu bir çift sarmaldır (F-Aktin)

Bu F-Aktin sarmalında globüler aktin (G-Aktin) monomeri denilen yaklaşık 200 küçük birim bulunur. Her G-Aktin monomerinin kasılma sırasında Miyozin-bağlayan (MBS), aktif bir bölgesi vardır

Aktin miyofilamanı üzerinde uzanan Tropomiyozin protein molekülü yedi G-Aktin aktif bölgesini örter.

Troponin protein kompleksi Tropomiyozine bağlıdır ve üç alt birimi vardır;

Troponin-T = Troponin’i Tropomiyozin ile bağlar,

Troponin-I = İstirahatte Aktin ile miyozin arasında köprü kurulmasını önler,

Troponin-C = Ca+2 bağlar

Troponin-Tropomiyozin kompleksi G-aktinin aktif bölgeleri ile miyozin başı arasındaki etkileşimi düzenler.

AKTİN FİLAMANI

Aktin Filamanı Yapısı

Aktin Filamanı ve Tropomiyozin

Molekülü

Aktin-Tropomiyozin ve Troponin

I C

T

MİYOZİN

Miyozinler Aktin kümesinin arasındadırlar.

Aktin bağlayan bir proteindir.

Miyozin molekülleri ATPaz aktivitesine sahip

ikiye bölünmüş globüler bir baş, bir boyun ve bir

kuyruktan oluşur.

Boyun, başlar ve kuyruk ile menteşeler

yardımıyla eklem yapar.

Miyozin başı ve boynunun eklemli hareketi

aktine bağlanmasını kolaylaştırır.

Miyozin Filamanı Yapısı

Miyozin FilamanıYapısı

Kuyruk

(Hafif Miromiyozin) Ağır Miromiyozin

Baş

Miyozin FilamanıYapısı

Miyozin Filamanı Yapısı

Kuyruk

(Hafif Miromiyozin) Ağır Miromiyozin

Baş

S1

S2

Miyofibril enine kesiti

miyofibriller

Her miyofibril demetler halinde miyofilamanlar içerir

kalın MİYOZİN

ince AKTİN

ELEKTRON MİKROSKOPTA MİYOFİBRİL GÖRÜNTÜSÜ

Z çizgisi/diski

I bandı A bandı

H zonu /M çizgisi ile

kalın MİYOZiN filamanı ince AKTİN filamanı

I bandı

MİYOFİBRİLL

Her miyofibrilin çevresi, yani miyofibrillerin arası :

Glikojen granülleri Sarkoplazmik Retikulum

Mitokondri

enerji

enerji

kontrol

Miyofilamanlar

kuvvet üretimi

Figure 6.6

Slide 6.5B

KAS FİBRİL’inin UYARILMASI

Motor Son Plak ve Kasılmanın Başlaması

Motor Son Plak Potansiyeli

(Nöromüsküler İleti)

&

Kasılma Mekanizması

(Kayan Filamanlar Teorisi)

KASILMA MEKANİZMASI

KAYAN FİLAMANLAR TEORİSİ

1.Sinirsel uyaranlar nöromüsküler kavşağa ulaşır.

2.Asetilkolin motor sinir ucundan salınır motor son plaktaki (kas hücresi membranındaki) asetilkolin-kapılı Sodyum Kanallarının reseptörlerine bağlanır.

3.Bağlanma depolarizasyonu başlatır. Oluşan aksiyon potansiyeli t-tüpleri & sarkolemma boyunca yayılarak, sarkoplazmik retikulumdan Ca+2 salınımına neden olur.

4.Ca2+ troponin’e bağlanır troponin-tropomiyozin kompleksinin konumunu değiştirir. Bu değişiklikle troponin-tropomiyozin kompleksi, miyozin bağlanma bölgelerini açıkta bırakacak şekilde, aktin üzerinde kayar.

KAYAN FİLAMAN TEORİSİ

5. Ca2+ aynı zamanda miyozin başının ATPaz aktivitesini arttırır ATP hidrolize olur & Enerji açığa çıkar

6. Açığa çıkan enerji miyozin başında “depolanır” bu enerji miyozin başını aktin filamanına doğru uzanarak çapraz köprü oluşturmasında kullanılır

7. Miyozin başları hamle vurumu denilen bir hareketle aktin filamanlarını miyofilamanlar birbiri arasına geçecek şekilde çeker. Böylece sarkomer boyu gittikçe kısalır (kasılma gerçekleşir)

KAYAN FİLAMAN TEORİSİ

8. Z diskleri birbirine yaklaşır sarkomer boyu kısalır (kasılma) kas fibrili kısalır tüm kas kısalır

9. Sarkoplazmada bulunan ATP kasılmadan sonra Ca+2’nin aktivasyonu ile miyozin başına bağlanarak başın aktinden ayrılmasını sağlar

10. Döngü tekraralanarak kasın boyu kısalmaya devam eder.

11. Gevşemenin başlaması için kalsiyumun tekrar SR dışına çıkarılması gerekir. Bu, ATP ile çalışan, kalsiyum pompası tarafından gerçekleştirilir.

KAS GEVŞEMESİ

Sinirsel uyarı sonlanır,

Kalsiyum SR’a geri pompalanır,

Kalsiyum Troponin’den ayrılır,

Aktin’in Myosin bağlama kısmı yeniden örtülür ve çapraz köprüler ayrılır,

Kalsiyum ortamdan uzaklaşınca ATPaz enzim aktivitesi de azalır,

Sarkoplazmada aşırı kalsiyum varsa veya uzaklaştırılamamışsa spazm meydana gelir.

KALSİYUM (Ca+2)

Kalsiyum olmazsa kasılma olmaz

Aşırı kalsiyum spazm’a neden

olur (gevşeme gerçekleşmez)

Olayların Sırası

1. Sinirsel Uyaranın MSS’de oluşumu

2. Alfa Motor Nöron ile Motor Son Plağa iletimi

3. Motor Son Plakta Asetilkolin salınımı ve kas fibrilinde

aksiyon potansiyeli oluşumu

4. Sarkolemma & T-Tüplerine yayılışı

5. SR & Terminal Sisternalara geçişi

6. Ca++’un Troponin (C)’ye bağlanışı

7. Troponin –tropomiyozin kompleksinde Konformasyonel

Değişim

8. Çapraz Köprü Oluşumu

9. Konformasyonel Değişim (Hamle Vurumu)

10. Miyozin başının serbestlemesi & ATP bağlayarak ilk

pozisyona dönme

Olayların Sırası


2. Alfa Motor Nöron ile Motor Son Plağa

iletimi

3. Motor Son Plakta Asetilkolin salınımı ve kas

fibrilinde aksiyon potansiyeli oluşumu



6. Ca++ ‘un - Troponin (C)’ye bağlanışı

7. Troponin –tropomiyozin kompleksinde

konformasyonel değişim


9. Hamle Vurumu

10.Miyozin başının serbestlemesi & ATP

bağlayarak İlk pozisyona dönmesi

Olayların Sırası



iletimi

3. Motor Son Plakta Asetilkolin salınımı ve

kas fibrilinde aksiyon potansiyeli oluşumu







9. Hamle Vurumu

10. Miyozin başının serbestlemesi & İlk

pozisyona dönme

Olayların Sırası



iletimi









9. Hamle Vurumu


pozisyona dönme

T C I

Olayların Sırası



iletimi









9. Hamle Vurumu


pozisyona dönme

Ca++

Olayların Sırası



iletimi

3. Motor Son Plakta Asetilkolin salınımı ve kas

fibrilinde aksiyon potansiyeli oluşumu







9. Hamle Vurumu


pozisyona dönme

Ca++

Olayların Sırası



iletimi

3. Motor Son Plakta Asetilkolin salınımı

ve kas fibrilinde aksiyon potansiyeli

oluşumu







9. Hamle Vurumu

10.Miyozin başının serbestlemesi & İlk

pozisyona dönme

Ca++

Olayların Sırası 1. Sinirsel Uyaranın MSS’de oluşumu


iletimi

3. Motor Son Plakta Asetilkolin salınımı

ve kas fibrilinde aksiyon potansiyeli

oluşumu







9. Hamle Vurumu


pozisyona dönme

Ca++

ATP

KAS FİBRİLİNİN KASILMASI

Kayan Filamanlar Teorisi: Genel Bakış

Fig. 9.7, p. 287

Uyarılma - Kasılma Özeti

Motor nöron uyarılması

Latent periot

Kasılma periyodu

Gevşeme periyodu