Back to chapter

20.8:

Overbruggingscyclus

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Cross-bridge Cycle

Languages

Share

– [Instructeur] Een spier trekt samen wanneer de overlap van de dunne en dikke draden toeneemt, waardoor de sarcomeerlengte afneemt. Op moleculair niveau treedt samentrekking op wanneer ATP gebonden aan het bolvormige hoofdgebied van myosine wordt gehydrolyseerd tot ADP, waardoor de myosinekop wordt omgezet in een hoge-energietoestand waarin het zich bindt tot actine en een overbrug creëert. De vrijlating van ADP zorgt ervoor dat het myosinekopje terugkeert naar een energiezuinige toestand, waarbij actine naar het centrum van de sarcomeer komt. De binding van een nieuwe ATP-molecule aan de myosinekop zorgt ervoor dat deze zich losmaakt van actine. De volgende keer dat deze myosinekop zich bindt aan actine, zal het op een gedeelte zijn dat dichter bij de Z-lijn ligt. Dit bindingsproces wordt gecontroleerd door twee regulerende eiwitten, tropomyosine en troponine, en de concentratie van calcium, dat wordt opgeslagen en vrijkomt uit het sarcoplasmatische reticulum. Tropomyosine bedekt de myosine bindingsplaats op actine, en troponine bindt aan calcium wanneer het beschikbaar is, waardoor tropomyosine weg van de myosine bindingsplaats op actine. In deze vorm kan zich een crossbridge vormen en de spieren samentrekken. Deze cyclus gaat door totdat calcium en ATP niet meer aanwezig zijn in de spiervezel.

20.8:

Overbruggingscyclus

Naarmate spieren samentrekken, neemt de overlap tussen de dunne en dikke filamenten toe, waardoor de lengte van het sarcomeer – de contractiele eenheid van de spier – afneemt en energie in de vorm van ATP wordt gebruikt. Op moleculair niveau is dit een cyclisch, meerstaps proces dat de binding en hydrolyse van ATP en de beweging van actine door myosine omvat.

Wanneer ATP, dat is vastgemaakt aan de myosinekop, wordt gehydrolyseerd tot ADP, komt myosine in een hoge energietoestand terecht en wordt gebonden aan actine, waardoor een kruisbrug ontstaat. Wanneer ADP wordt vrijgegeven, komt de myosinekop in een lage energietoestand terecht, waarbij actine naar het midden van het sarcomeer beweegt. Binding van een nieuw ATP molecuul scheidt myosine van actine. Wanneer dit ATP molecuul wordt gehydrolyseerd, zal de myosinekop zich binden aan actine, dit keer aan een het gedeelte van actine dat zich dichter bij het einde van het sarcomeer bevindt. Regulerende eiwitten troponine en tropomyosine werken samenmet calcium om de myosine-actine-interactie te reguleren. Wanneer troponine aan calcium bindt, wordt tropomyosine weggeleid van de myosine-bindingsplaats op actine, waardoor myosine en actine kunnen interageren en spiercontractie kan optreden.

Calcium

Als regulator van spiercontractie wordt de calciumconcentratie in spiervezels zeer nauw gecontroleerd. Spiervezels staan in nauw contact met motorneuronen. Actiepotentialen in motorneuronen veroorzaken de afgifte van de neurotransmitter acetylcholine in de buurt van spiervezels. Dit genereert een actiepotentiaal (depolarisatie) in de spiercel, dat wordt verspreid door het plasmamembraan en door de invaginaties van het plasmamembraan die transversaal of T-tubuli worden genoemd.

T-tubuli lopen diep in de spier en grenzen aan gespecialiseerd endoplasmatisch reticulum dat sarcoplasmatisch reticulum of SR wordt genoemd. Calcium dat in de SR wordt bewaard, komt vrij wanneer spanningsafhankelijke ionkanalen (ionkanalen die openen en sluiten op basis van lokale ladingen) openen vanwege de depolarisatie. Hierdoor kunnen calciumionen het cytoplasma binnendringen en de spieren kunnen samentrekken.

Wanneer het signaleren van motorneuronen stopt, begint de ontspanning van de spier zodra calcium terug wordt gepomt in de SR. Hierdoor wordt de cytoplasmatische calciumwaarde verlaagd en de calciumvoorraden in de SR aangevuld zodat het voorbereid is op een volgende contractie.

Spierdegeneratie

Gezonde spieren kunnen samentrekken, maar zieke spieren verliezen dit vermogen vaak. Ziekten zoals myasthenia gravis voorkomen motorneuronstimulatie van spieren, wat resulteert in spieratrofie en de afname van spiermassa. Amyotrofische laterale sclerose (ALS of de ziekte van Lou Gehrig) zorgt ervoor dat motorneuronen degenereren, wat op dezelfde manier leidt tot spierdegeneratie en -atrofie.

Suggested Reading

Guellich, Aziz, Elisa Negroni, Valérie Decostre, Alexandre Demoule, and Catherine Coirault. “Altered Cross-Bridge Properties in Skeletal Muscle Dystrophies.” Frontiers in Physiology 5 (October 14, 2014). [Source]

Debold, Edward P. “Recent Insights into Muscle Fatigue at the Cross-Bridge Level.” Frontiers in Physiology 3 (June 1, 2012). [Source]

Rall, Jack A. “What Makes Skeletal Muscle Striated? Discoveries in the Endosarcomeric and Exosarcomeric Cytoskeleton.” Advances in Physiology Education 42, no. 4 (November 15, 2018): 672–84. [Source]