Kas Biyokimyası Gürbüz POLAT

Kas Dokusu Kas tüm vücut metabolik aktivitesinin başlıca belirleyicisidir. Üç kas tipi (iskelet, kalp, düz kas) metabolizma ve güç üretimiyle ilişkili benzer ve farklı özelliklere sahiptir. Tüm kasların birincil işlevi kimyasal enerjiyi mekanik enerjiye çevirmektir. Bu ATP ile sağlanır. Kas kütlesi ve aktivitesi bazal ve aktif durumlardaki tüm metabolik hızın başlıca göstergesidir.

İskelet kası başlıca hareket ve ısı üretimi ile ilgili olmasına rağmen, kas kütlesinin sürdürülmesi açlık sırasında glukoneogenez için protein rezervi sağlamada gereklidir. Kas aynı zamanda yemekten sonra glukoz ve trgliseridin kullanımının ana yeridir. GLUT4 ve lipoprotein lipaz aktivitesi sayesinde kas kandaki fazla enerji kaynaklarını uzaklaştırır. Yaş ya da AIDS ve kanser gibi yıkıcı hastalıklarda, kas kütlesi kaybı glukoz tolerans bozukluğuna yol açar ve bu da artmış ölüm ve hastalıklılıkla ile ilişkilidir.

Kas kasılması ve ATP Kas kasılması birçok biyokimyasal sürecin integrasyonunu içermektedir: Zar iyon akışı Kalsiyum salınımı ve geri alımı ATP hidrolizi ve sentezi ATP, iyon gradiyentinin sürdürülmesi, hücre içi kalsiyum düzeylerinin restorasyonu ve kas kısalmasının gerçek süreci için gereklidir.

Kas kasılması ve ATP Kasın işlevsel kasılma birimi olan sarkomerin kısalması aktin ve miyozin proteinlerine bağlıdır. Miyozinin baş kısmı ATP’yi hidrolize eden ATPaz aktivitesine sahiptir ve kalsiyum varlığında sarkomer kısalmasıyla sonuçlanır. Dinlenme durumunda ATP depoları kas kasılması sırasında büyük bir dalgalanma göstermez. Aktif olarak kasılan kas, kreatin fosfat mekiğiyle ADP’den ATP hızlı senteziyle anaerobik ve aerobik metabolizmanın ek ATP üretimine ihtiyaç duyar.

Sarkomer İşlevsel kasılma birimi Diğer hücre türlerinin aksine, kas yapısının benzersiz özelliği sitoplazmasının kontraktil protein dolu olmasıdır. Sarkomer birimleri içinde bu kontraktil proteinin düzenlenmesi kasa çizgili bir görünüm verir, bu da kasların çizgili (iskelet, kalp) ya da çizgili olmayan (düz) bir sınıflandırmasına neden olmuştur.

İskelet kası hiyerarşik yapısı uzun, çok çekirdekli fiber hücreleri (miyofiber) demetlerini (fasikül) içerir. EM analizi miyofibrilde açık ve koyu boyanmış yinelenen model gösterir, bunlar bant olarak adlandırılmaktadır.

Açık ve koyu boyanan bölgeler I ve A bantları olarak bilinir. I-bandı merkezinde koyu boyanan Z-hattı, A-bandı merkezinde ise merkezi bir M-çizgisi ile hafif boyanan H-bölgesi vardır. Sarkomer M-çizgisi üzerinde ortalanmış, bir Z-hattından diğerine uzanır.

Kasın Hiyerarşik Yapısı

İskelet kasının yapısal unsurları İskelet kası yapısının unsurları Mikroskopik birim Fasikül: kas hücresi demeti Hücresel birim miyofiber hücresi: uzun, çok çekirdekli hücre Subselüler birim miyofibril: miyofilament proteinlerinde yapılı İşlevsel birim sarkomer: kasılma birimi, tekrarlayan miyofibril birimi Miyofilament bileşenleri proteinler: primer olarak aktin ve miyozin

Kas kasılması: Kalın ve ince filamentler Sarkomer kas kasılması esnasında %70’i kadar kısalabilir. Kısalan ana sarkomer bileşenleri kalın ve ince filamentlerdir. Kalın filament miyozin proteininden oluşmuştur ve ince filament başlıca tropomiyozin ve troponin ailesi proteinlerle ilişkili aktinden oluşur.

Kas Proteinleri

Kas Proteinleri ve İşlevleri İşlevi Miyozin Ca2+-bağımlı ATPaz aktivitesi   C-protein miyozinin kalın filamente montajı   M-protein miyozin filamentleri M-çizgisine bağlama Aktin G-aktin filamentçz F-aktine polimerize   tropomiyozin konformasyonel F-aktin değişikliklerinin stabilizasyonu ve yayılması   troponin-C, I ve T aktin-miyozin etkileşimi   α- ve β-aktinin F-aktin ve Z-hattının stabilizasyonu   nebulin F-aktin filament   titin sarkomanın dinlenme tansiyonu ve uzunluğunun kontrolü   desmin miyofibril organizasyonu   dystrophin

Miyozin Miyozin vücuttaki en büyük proteinlerden biridir ve kas proteinlerinin yarıdan çoğunu oluşturur. EM’da miyozin iki globüler başla uzamış bir protein olarak görünür. Yapısal olarak iki ağır ve dört hafif zincir içerir. Miyozin başı ATPaz aktivitesine sahiptir.

Aktin ve miyozin izoformları kas dışı hücre iskeletinde bulunur Aktin ve miyozin izoformları kas dışı hücre iskeletinde bulunur. Yer aldığı süreçler: Hücre göçü, Endositoz ve ekzositoz sırasında vezikül taşınımı Hücre şeklinin sürdürülmesi ya da değişmesi Hücre içi proteinlerin zara bağlanması

Miyozin ve aktin polimerizasyonu

Globüler bölgedeki miyozin hafif zincirleri kalmodulinle homologdur ve Ca-bağımlı ATPaz aktivitesine sahiptir. Bu zincirler aktinle reversibl etkileşimde yer alır. Miyozine ATP bağlanması aktine ilgiyi düşürür. ATP’nin ADP’ye hidrolizi, miyozin baş kısmının aktine 1000 kattan daha fazla bağlanma ilgisini artıran yapısal değişikleriyle sonuçlanır.

Aktin F-aktin G-aktinin bir polimeridir. G-aktin bağ-kuyruk şeklinde polimerize olur. Her miyozin molekülü altı aktin ve her aktin molekülü üç miyozin molekülüyle ilişkidedir.

Tropomiyozin ve Troponinler Tropomiyozin F-aktini stabilize eder ve kasılma sırasında aktin alt birimlerinin konformasyonel değişikliklerini koordine eder. Tropomiyozin F-aktin oluklarında uzanan fibröz bir proteindir. Her molekül yedi G-aktinle temastadır. Ca yokluğunda tropomiyozin miyozinin aktine bağlanma yerini bloklar.

Troponinler : Tn-T, Tn-C ve Tn-I Troponin proteinlerinin bir kompleksi tropomiyozine bağlıdır: Tn-T (tropomiyozin-bağlama) Tn-C (kalsiyum bağlama) Tn-I (inhibitör altbirim) Troponinler aktin ve miyozin arasındaki etkileşimi ayarlar.

Kas kasılması Kayan-Lif Modeli

Kas hücresinde enine tübülerin ağın yandan görünüşü

Kasın kalsiyum içeriği Kas sitoplazması (sarkoplazma) kalsiyum içeriği normalde çok düşüktür (10-7 mol/L), nöral uyarımla ∼100-kat artar. Bu da ATP hidrolizi ve kas kasılmasına yol açar. Kas hücreleri hücre içinde kalsiyum tutan yer olarak iş gören adapte bir endoplazmik retikuluma (SR; sarkoplazmik retikulum) sahiptir. Sarkolemma olarak bilinen zar miyofibrillerin Z-çizgisinde ve etrafında katlanır.

Kas hücresi Na/K gradiyen depolarizasyon dalgasıyla başlatılan motor sinir uyarımıyla SR’da Ca kanalı açılmasına neden olur. Sitoplazmaya Ca girişi kasılmayı tetikler. Çizgili kasta Ca aktin-miyozin etkileşimine izin veren ince filament üzerinde TnC ile etkileşir.

Troponin düz kasta yapılmaz. Ca kalmodulin bağlamayla kasılmayı tetikler. Kalsiyum-kalmodulin bağlanması miyozin hafif zincir kinazı aktive eder. Bu olaylar miyozin-aktin etkileşimine izin veren miyozin fosforilasyonunu başlatır.

Kas kasılması kalsiyum artışıyla tetiklenirken, kas gevşemesi kalsiyumun SR’a geri pompalanmasına bağlıdır. Kas gevşeme hızı SR-kalsiyum ATPaz aktivitesiyle ilişkilidir. SR kalsiyumu geri pompalayan kalsiyum-ATPazdan zengindir. SR’da kalsiyum konsantrasyonu plazma kısmındakiyle karşılaştırılabilir sınırlardadır.

Kas Enerji Metabolzması İki tip hücre: Hızlı-glikolitik kas (beyaz) ve yavaş-oksidatif kas (kırmızı) Hızlı-glikolitik lifler düşük yağ içeriği ve yüksek glikojen deposuna sahiptir.

Kas Metabolizması Synthesis and degradation of creatine phosphate (creatine-P).

Dinlenme halindeki kasta kreatin P düzeyi ATP’den birkaç kat daha yüksektir. Böylece, ATP konsantrasyonu egzersiz ilk aşamalarında görece sabit kalır. Yalnızca CK eylemiyle değil, adenilat kinaz da ATP hidrolizinde rol oynar.

Çalışan kasta enerji kaynakları değişimi Çalışan kasta enerji kaynaklarınde değişiklikler Metabolit Metabolit konsantrasyonu (mmol/kg kuru ağırlık) Dinlenme 3 dk. 8 dk. ATP 27 26 19 Kreatin-P 78 7 Kreatine 37 88 115 Lactate 5 8 13 Glycogen 408 350 282

Serum enzyme changes after myocardial infarction