Войти
A Кальциевые искры - это микроскопическое выделение кальция (Ca ) из магазина известный как саркоплазматический ретикулум (SR), расположенный внутри мышечных клеток. Это высвобождение происходит через ионный канал внутри мембраны SR, известный как рецептор рианодина (RyR), который открывается при активация. Этот процесс важен, так как помогает поддерживать концентрацию Ca в ячейке. Он также инициирует сокращение мышц в скелетных и сердечных мышцах и расслабление мышц в гладких мышцах. Искры Ca важны в физиологии, поскольку они показывают, как Ca можно использовать на субклеточном уровне, чтобы сигнализировать как о локальных изменениях, известных как локальный контроль, так и об изменениях в целом клетки.
Как Упомянутые выше искры Са зависят от открытия рианодиновых рецепторов, которые бывают трех типов:
Открытие канала позволяет Ca пройти из SR в клетку. Это увеличивает локальную концентрацию Ca вокруг RyR в 10 раз. Искры кальция могут быть вызваны или спонтаны, как описано ниже.
Рисунок 1: Вызванная искра кальция в клетке сердечной мышцы. Электрические импульсы, известные как потенциалы действия, проходят через клеточную мембрану (сарколемму) мышечные клетки. В сарколемме гладкомышечных клеток расположены рецепторы, называемые дигидропиридиновыми рецепторами (DHPR). Однако в клетках скелетных и сердечных мышц эти рецепторы расположены в структурах, известных как Т-канальцы, которые представляют собой продолжения плазматической мембраны, проникая глубоко в клетку (см. Рисунок 1). Эти DHPR расположены прямо напротив рианодиновых рецепторов, расположенных на саркоплазматическом ретикулуме, и активация потенциалом действия вызывает изменение формы DHPR.
In сердечная и гладкая мышца, активация DHPR приводит к формированию ионного канала. Это позволяет Ca проходить в ячейку , увеличивая локальную концентрацию Ca вокруг RyR. Когда четыре молекулы Ca связываются с RyR, он открывается, что приводит к большему высвобождению Ca из SR. Этот процесс использования Ca для активации высвобождения Ca из SR известен как кальций-индуцированное высвобождение кальция.
Однако в скелетных мышцы DHPR касается RyR. Следовательно, изменение формы DHPR активирует RyR напрямую, без необходимости в том, чтобы Са сначала наводнял клетку. Это вызывает открытие RyR, позволяя Ca высвобождаться из SR.
искры Ca могут также возникать в клетках в состоянии покоя (т. Е. В клетках, которые не были стимулированы потенциалом действия). Это происходит примерно 100 раз в секунду в каждой ячейке и является результатом слишком высокой концентрации Ca. Считается, что увеличение Ca в SR связывается с Ca-чувствительными сайтами внутри RyR, вызывая открытие канала. Кроме того, белок под названием кальсеквестрин (обнаруженный в SR) отделяется от RyR, когда концентрация кальция слишком высока, снова позволяя каналу открыться (см. саркоплазматический ретикулум для подробнее). Точно так же снижение концентрации Ca в SR также снижает чувствительность RyR. Считается, что это связано с тем, что кальсеквестрин сильнее связывается с RyR, предотвращая его открытие и уменьшая вероятность самопроизвольной искры.
Существует примерно 10000 кластеров рецепторы рианодина в одной сердечной клетке, причем каждый кластер содержит около 100 рецепторов рианодина. Во время единственной спонтанной искры, когда Ca высвобождается из SR, Ca начинает перемещаться по ячейке так же, как запах духов распространяется по комнате при распылении. (подробнее см. диффузия ). Поскольку RyR в сердце активируются Ca, движение Ca, высвобождаемого во время спонтанной искры, может активировать другие соседние RyR в том же кластере. Однако обычно в одной искре недостаточно Ca, чтобы достичь соседнего кластера рецепторов. Однако кальций может передавать сигнал обратно в DHPR, заставляя его закрыться и предотвращая дальнейший приток кальция. Это известно как отрицательная обратная связь.
Увеличение концентрации Ca в ячейке или образование большей искры может привести к высвобождению достаточно большого количества кальция, чтобы соседний кластер мог быть активирован первое. Это известно как искровая активация, вызванная искрой, и может привести к распространению Са-волны высвобождения кальция по клетке.
Во время вызванной Са-искры все кластеры рианодиновых рецепторов на протяжении ячейка активируются почти в одно и то же время. Это приводит к увеличению концентрации Ca во всей клетке (а не только локально) и известно как переходный процесс Ca целой клетки. Затем этот Ca связывается с белком, называемым тропонином, инициируя сокращение, через группу белков, известных как миофиламенты.
В клетках гладких мышц Са выделяется во время искра используется для расслабления мышц. Это связано с тем, что Са, который поступает в клетку через DHPR в ответ на потенциал действия, стимулирует сокращение мышц и высвобождение кальция из SR. Са, высвобождаемый во время искры, затем активирует два других ионных канала на мембране. Один канал позволяет ионам калия проникать в ячейку, а другой позволяет ионам хлорида покидать ячейку .. Результатом этого движения ионов является то, что мембранное напряжение становится более отрицательным. Это деактивирует DHPR (который был активирован положительным мембранным потенциалом, создаваемым потенциалом действия), заставляя его закрыться и останавливая поток Cain в клетку, что приводит к расслаблению.
Механизм прекращения высвобождения SR Ca до сих пор полностью не изучен. Основные текущие теории изложены ниже:
Эта теория предполагает, что во время кальциевой искры, когда кальций вытекает из SR, концентрация Ca в SR становится слишком низким. Однако это не относится к самопроизвольным искрам. Это связано с тем, что средняя искра длится около 200 миллисекунд (одна пятая секунды), однако исследователи получили искры продолжительностью более 200 миллисекунд, таким образом показывая, что в пределах SR после ' нормальная (200 мс) искра. Однако во время активации большого количества рианодиновых рецепторов, как и в случае вызванных искр, весь SR обедняется Ca, и поэтому этот механизм все еще может играть роль в прекращении вызванных искр кальция.
Несмотря на сложное название, эта идея просто предполагает, что все рецепторы рианодина в кластере и связанные с ними дигидропиридиновые рецепторы случайно закрываются в одно и то же время. Это не только предотвратило бы высвобождение кальция из SR, но также остановило бы стимул для высвобождения кальция (т.е. поток кальция через DHPR). Однако из-за большого количества RyR и DHPR в одной ячейке эта теория кажется нереалистичной, так как существует очень малая вероятность того, что все они сойдутся вместе в одно и то же время.
Эта теория предполагает, что после активации RyR и последующего высвобождения Са канал канал на короткое время закрывается для восстановления. В течение этого времени либо канал не может быть повторно открыт, даже если присутствует кальций (т.е. RyR инактивирован), либо канал может быть повторно открыт, однако для его активации требуется больше кальция, чем обычно (т.е. RyR находится в фазе адаптации). Это означало бы, что один за другим RyR закрывались, тем самым прекращая искру.
Эта теория предполагает, что все три вышеупомянутые теории играют роль в предотвращении высвобождения кальция..
Спонтанные искры Ca были обнаружены в клетках сердечной мышцы крыс в 1992 году Писом Ченгом и Марком Б. Каннеллом в лаборатории Джона Ледерера в университете. из Мэриленда, Балтимор, США
Первоначально эта идея была отвергнута научным журналом Nature, который считал, что искры присутствовали только в лабораторных условиях (т.е. они были артефактами), и поэтому не происходило бы естественным образом в теле. Однако быстро было признано, что они имеют фундаментальное значение для мышечной физиологии, играя огромную роль в взаимодействии возбуждения и сокращения.
Открытие стало возможным благодаря усовершенствованию конфокальных микроскопов. Это позволило обнаружить высвобождение Са, которое было выделено с помощью вещества, известного как fluo-3, которое заставляло Са светиться. Са «искры» были названы так из-за спонтанной, локализованной природы высвобождения Са, а также того факта, что они являются инициирующим событием связи возбуждения-сжатия.
Потому что Из-за важности кальциевых искр в объяснении стробирующих свойств рианодиновых рецепторов in situ (внутри тела) многие исследования были сосредоточены на улучшении их обнаруживаемости в надежде, что путем точного и надежного детектирования всех кальциевых искр, их истинные свойства могут, наконец, помочь нам разгадать неразгаданную загадку искры.
Программное обеспечение
