Ролята на саркоплазмения ретикулум в мускулните клетки

От предишния видеоклип знаем, че при висока концентрация на калциеви йони в мускулната клетка, тези калциеви йони се свързват с протеина тропонин, който променя формата си по такъв начин, че тропомиозинът се отмества, при което миозиновите главички могат да се придвижат по актиновите нишки и така мускулите се съкращават. При висока концентрация на калциеви йони имаме съкращаване. При ниска концентрация на калциеви йони протеините тропонин приемат стандартната си форма, тропомиозинът застава на пътя на миозиновите главички и така мускулът се отпуска. Висока концентрация на калций – съкращаване. Ниска концентрация – отпускане. Следващият въпрос, който трябва да си зададем е: Как мускулът регулира високата и ниската концентрация и съответно – съкращаването и отпускането? Всъщност по-добрият въпрос е: Как го постига нервната система? Как нервната система казва на мускула да увеличи концентрацията си на калций и да се съкрати или да намали концентрацията и да се отпусне? За да отговорим на този въпрос, ще преговорим наученото от клиповете за невроните. Ще нарисувам един аксонен терминал. Вместо синапс с дендрит на друг неврон, ще имаме синапс с мускулна клетка. Това е синапсът с мускулната клетка. След малко ще видиш какво е това. Това е синапс с мускулна клетка. Ще сложа наименования, за да не се объркваш. Това е аксонът. Ще го наречем аксонен терминал. Това е синапсът. Излязох малко от екрана. Това е терминология от клиповете за невроните. Това е синаптично пространство. Това е пресинаптичен неврон. Това е постсинаптична клетка. В този случай не е неврон. Това тук е мембрана на мускулна клетка. Може би в следващия или по-следващия клип ще ти покажа анатомията на мускулна клетка. Този видеоклип ще бъде малко абстрактен, защото искаме да разберем как се регулира концентрацията на калциеви йони. Това се нарича сарколема. Това е мембраната на мускулната клетка. Както виждаш, това тук е гънка в мембраната на мускулната клетка. Ако погледнем повърхността на мускулната клетка отгоре, тя е покрита с дупчици или вдлъбнатини, но тук имаме напречно сечение. Както виждаш, това е гънката. Сякаш мембраната е пробита с игла. Получава се гънка в мембраната. Това се нарича Т-тубул. Хубаво е да се знае терминологията. T значи „transverse“ – напречен. Разположена е напречно на мембраната. Тук се намира нещо много важно за този видеоклип – най-важният органел. В мускулната клетка има органел, наречен саркоплазмен ретикулум. Той много прилича на ендоплазмения ретикулум. До известна степен е свързан с него. Главната му функция обаче е да съхранява. Ендоплазменият ретикулум се занимава с развитието на протеини и има прикрепени рибозоми, но този органел извършва само съхранение. Саркоплазменият ретикулум има калциеви помпи по мембраната си, които са АТФ-зависими – нуждаят се от АТФ молекули, за да функционират. Внасят се АТФ молекули. Те се прикрепят към органела, както и някои калциеви йони. Когато АТФ молекулите се хидролизират в АДФ молекули и фосфатна група, този протеин ще промени формата си и калциевите йони ще бъдат внесени. Внасят се калциеви йони. Крайният ефект на всички тези калциеви помпи върху мембраната на саркоплазмения ретикулум е, че при отпуснат мускул в този органел имаме висока концентрация на калциеви йони във вътрешността. Сигурно се досещаш какво следва. Когато мускулът трябва да се съкрати, калциевите йони се изнасят в цитоплазмата на клетката. След това те ще се свържат с тропонина тук и ще се случи това, за което говорихме в предишния клип. Това, което искаме да знаем, е как органелът знае кога да внесе калциевите йони в клетката. Това е вътрешността на мускулната клетка. Актиновите нишки, миозиновите главички, тропонинът и тропомиозинът са изложени на тази среда тук. Мога да го нарисувам, за да е по-ясно. Това е актиновата нишка. Рисунката ми е абстрактна. В следващ клип ще научим повече за структурата. Това е миозинова главичка, тук е увит тропомиозин, който е закрепен с протеини тропонин. Рисунката е абстрактна, но мисля, че ти дава обща представа. Да речем, че този моторен неврон подава сигнал за съкращаване на мускула. Първо, знаем как сигналите се движат в невроните, особено през аксони с акционен потенциал. Тук може да имаме натриев канал. Той е волтаж-зависим, така че тук имаме малко положителен волтаж. Той казва на волтаж-зависимия натриев канал да се отвори. Така той позволява да навлезе повече натрий. Тук средата става по-положителна. Това задейства следващия волтаж-зависим канал да се отвори и така сигналът пътува към мембраната на аксона. Накрая, когато положителният волтаж достигне минимума, волтаж-зависимите калциеви канали се отварят. Това е преговор на наученото от видеоклиповете за невроните. Накрая, когато средата около калциевите канали стане достатъчно положителна, през тях се внасят калциеви йони. След като калциевите йони се внесат, те се свързват със специални протеини до синаптичната мембрана или пресинаптичната мембрана. Това са калциевите йони. Те се свързват с протеини, които закотвят везикули. Не забравяй, че везикулите са просто мембраните около невротрансмитерите. Съдържат невротрансмитери. Когато калцият се свърже с тези протеини, позволява да се осъществи екзоцитозата. Позволява на мембраната на везикулата да се слее с тази на самия неврон и съдържанието се освобождава. Това е преговор от видеоклиповете за невроните. Там съм обяснил всичко в много повече подробности. Всички невротрансмитери се освобождават. Говорихме за синапса между неврон и мускулна клетка. Невротрансмитерът тук е ацетилхолин. Както при дендрита, ацетилхолинът се свързва с рецепторите на сарколемата или мембраната на мускулната клетка и това отваря натриевите канали на мускулната клетка. Нейната мембрана също има волтажен градиент като неврона. Когато тази помпа получи ацетилхолин, това позволява на натрия да навлезе в мускулната клетка. Тук имаме плюс и това поражда акционен потенциал в мускулната клетка. След това имаме малко положителен заряд. Ако стане достатъчно висок до минималния праг, задейства този волтаж-зависим канал, което ще позволи навлизането на натрий. Тук зарядът ще бъде малко положителен. Разбира се, има и калий, който да обърне ефекта. Точно като при невроните. Тук имаме натриев канал. Каналът е малко положителен. Когато стане достатъчно положителен, ще се отвори и ще позволи да навлезе повече натрий. Имаме акционен потенциал. Това е натриевият канал. Акционният потенциал навлиза в Т-тубула. Акционният потенциал се превръща в химически сигнал, който задейства друг акционен потенциал, който навлиза в Т-тубула. Тук е интересната част. Навлизаме в област, която все още се изследва. Ще ти дам насоки, ако искаш да прочетеш повече за нея. Имаме протеинов комплекс, който свързва саркоплазмения ретикулум с Т-тубула. Ще го нарисувам като голяма кутия. Ето го протеиновият комплекс. Хората смятат, че в нея са включени протеините триадин, юнктин, калсеквестрин и рианодин. Тези протеини взаимодействат с протеиновия комплекс, свързващ Т-тубула със саркоплазмения ретикулум. Големият въпрос е: Какво се случва, когато акционният потенциал стигне до тук? Тук зарядът става достатъчно положителен и протеиновият комплекс задейства освобождаването на калций. Предполага се, че рианодинът всъщност освобождава калция. Може би се задейства тук. Ще сменя цвета. Използвам прекалено много лилаво. Ще използвам червено. Средата става малко по-положителна заради внасяните натриеви йони. Можеш да потърсиш в мрежата тези протеини. Учените все още се опитват да разберат как работи тази мистериозна кутия. Тя задейства отварянето на канал, по който калциевите йони излизат от саркоплазмения ретикулум. Тогава тези калциеви йони се извеждат извън саркоплазмения ретикулум във вътрешността на клетката – в нейната цитоплазма. Какво се случва тогава? Както казахме в началото на този видеоклип, калциевите йони се свързват с тропонина, отместват тропомиозина и с помощта на АТФ молекули миозинът може да се придвижва по актина. Същевременно, след като сигналът изчезне, този канал се затваря и калциевите помпи ще понижат концентрацията на калций. Концентрацията ще намалее и мускулът отново ще се отпусне. Цялата работа е, че имаме този контейнер на калциеви йони, който отнема йоните от вътрешността на клетката, когато мускулът е отпуснат, за да не може миозинът да се придвижи по актина. Но при получаването на сигнал, той освобождава обратно йоните и мускулът се съкращава, защото тропомиозинът се отмества от тропонина. Това е много интересно. По-интересното е, че всичко това още не е напълно разбрано. Ако искаш да се занимаваш с биология, това е интересна тема за изследване. Не е интересна само от научна гледна точка, за да разберем как действа, но в резултат на неправилното функциониране на протеините може да се пораждат потенциални болести. Може да се опиташ да накараш този комплекс да работи по-добре или по-зле. Може да откриеш положителното ѝ въздействие, ако разбереш какво се случва, когато акционният потенциал отваря калциевия канал. Вече придоби обща представа. Вече знаеш как моторен неврон може да стимулира съкращаване на мускулна клетка, като позволи на саркоплазмения ретикулум да разреши на калциевите йони да преминат през клетъчната мембрана в цитоплазма. Преди този видеоклип прочетох малко по въпроса. Помпите са много ефективни. След изчезването на сигнала, тази врата се затваря, а саркоплазменият ретикулум може да си възвърне йонната концентрация за 30 милисекунди. Затова толкова добре регулираме съкращенията. Затова мога да изпъна и да сгъна веднага ръката си за части от секундата – защото можем да спрем съкращението за 30 милисекунди, което е по-малко от 1/30 секунда. В следващия видеоклип ще изучаваме самата анатомия на мускулната клетка малко по-подробно.