Role of the Sarcoplasmic Reticulum in Muscle Cells

Z předchozího videa víme,
že máme vysokou koncentraci

iontů vápníku ve svalové buňce.

Tyto ionty se navážou na bílkovinu troponin,
která poté změní svůj tvar tak,

že se tropomyosin posune ven z cesty

a tak se myosinové hlavice

mohou přiložit na aktinová filamenta,

čímž dostaneme svalovou kontrakci.

Takže vysoká koncentrace vápníku,
nebo vápenátých iontů se rovná

svalová kontrakce.

Při nízké koncentraci iontů vápníku
se bílkoviny troponinu vrátí do své normální polohy

a zatáhnou či posunou tropomyosin
zpět do cesty myosinovým hlavicím

a neproběhne žádná kontrakce.

Kontrakce a relaxace.

Takže další zřejmou otázkou je,
jak sval reguluje,

zda máme vysokou,

nebo nízkou koncentraci vápníku,
tedy stah a uvolnění?

Nebo ještě lepší otázkou je,

jak tak činí nervová soustava?

Jak nervová soustava poručí svalu kontrakci,

zvýšení jeho koncentrace vápníku

a kontrakci.
Nebo znovu snížit koncentraci a relaxaci?

A pro pochopení si pojďme zopakovat,

co jsme se naučili ve videu o neuronech.

Nakreslím synapsi, zakončení axonu.

Ale namísto synapse s dendritem jiného neuronu

bude mít synaptické spojení se svalovou buňkou.

Takže tohle je synapse se svalovou buňkou.

Vše popíšu, abyste nebyli zmatení.

Tohle je axon.

Tuto část nazýváme terminální zakončení axonu.

Tohle je synapse, synaptické spojení.

Jen trochu terminologie z videí o neuronech –

toto místo je synaptická štěrbina.

Tohle je presynaptický neuron.

Tohle je postsynaptická buňka.

V tomto případě se nejedná o neuron.

A dále máme...

Tohle je membrána naší svalové buňky.

Hodlám vám ukázat, pravděpodobně v dalším videu,

nebo ještě v dalším,

strukturu svalové buňky.

Tady to bude trochu abstraktní,
protože chceme porozumět tomu,

jak je řízena koncentrace iontů vápníku.

Membrána svalové buňky se nazývá sarkolema.

Takže toto je membrána svalové buňkiy.

A toto zde – si představte,
že se jedná o záhyb v membráně svalové buňky.

Kdybych se podíval na povrch svalové buňky,

vypadal by trochu jako díra,

nebo zářez, který zasahuje dovnitř buňky.
Ale tady máme průřez,

takže si můžete představit záhyb.

Pokud byste sem píchli jehlou,

dostanete tohle.

Dostanete zářez v membráně.

A tohle tady se nazývá T-tubulus.

"T" v názvu znamená "transverzální" (= příčný).

Prochází příčně k povrchu membrány.

A tady tohle je opravdu důležitá věc v tomto videu,

nebo vlastně důležitá organela v tomto videu.

Tato organela uvnitř svalové buňky se nazývá

sarkoplazmatické retikulum.

A je dost podobné endoplazmatickému retikulu
jako takovému,

ale jeho hlavní funkcí je ukládání, zásobárna.

Zatímco je endoplazmatické retikulum
zapojeno do syntézy proteinů

a jsou na něm přichyceny ribozómy,

toto je čistě zásobní organelou.

Hlavní činností sarkoplazmatického retikula je,
že má na membráně přichycené vápníkové pumpy,

které jsou ATPázy,

což znamená, že používají ATP k pohonu pump.

Takže ATP se dostane dovnitř, přichytí se

a přichytí se i ion vápníku.

A když se ATP hydrolýzou změní

v ADP a fosfátovou skupinu.

změní se i struktura tohoto proteinu

a vpumpuje vápníkový ion dovnitř.

Takže ionty vápníku jsou vtaženy dovnitř.

Efekt všech těchto vápníkových pump

na povrchu membrány
sarkoplazmatického retikula je,

že v uvolněném svalu se nachází uvnitř sarkoplazmatického retikula

vysoká koncentrace vápníkových iontů.

Myslím, že už můžete uhodnout,

k čemu toto povede.

Když se sval potřebuje stáhnout,

tyto vápníkové ionty budou vyplaveny ven
do cytoplazmy buňky.

A poté se mohou vázat zde na troponin

a dělat vše, o čem jsme mluvili v předchozím videu.

Takže co nás zajímá je, jak ví,

kdy vypustit ionty vápníku do zbytku buňky?

Tohle je vnitřek svalové buňky.

A tohle je oblast,
kde aktinová filamenta a myosinové hlavice,

a troponin s tropomyosinem – všechno
je vystaveno prostředí nacházejícímu se zde.

Nakreslím to sem

jen, aby to bylo jasné.

Tady máme aktinová filamenta.

Kreslím to velmi abstraktně.

Detailnější strukturu uvidíme v dalším videu.

Tady je myosinová hlavice, tropomyosin
omotaný kolem a přichycený troponinem.

Tohle je velmi abstraktní nákres, ale myslím,

že chápete, o co jde.

Takže řekněme, že tento neuron,
nazývaný motorický neuron či motoneuron,

vysílá signály, aby se sval stáhnul.

Zaprvé, víme, jak signály cestují neurony,

hlavně přes axony pomocí akčního potenciálu.

Na tomhle místě máme sodíkový kanál.

Reaguje na změnu elektrického napětí,
takže sem dáme trošku kladného napětí.

To řekne sodíkovému kanálu, aby se otevřel.

Takže se otevře a dovolí tak ještě
většímu množství sodíku, aby se dostal dovnitř.

Tím je tady ještě více kladného náboje,

což donutí k otevření další kanál

a takto to cestuje dolů po membráně axonu.

A až dosáhne pozitivní náboj prahové hodnoty,

otevře se napětím řízený kanál pro vápník.

Tohle všechno je jen opakování toho,

co jsme se naučili ve videu o neuronech.

Takže když se okolí těchto iontových kanálů pro vápník nabije dostatečně kladně,

dovolí vápníkovým inotům prostoupit dovnitř.

Ionty vápníku proplují dovnitř
a navážou se na tyto speciální proteiny

nedaleko synaptické membrány,

nebo presynaptické membrány zde.

Toto jsou ionty vápníku.

Naváží se na proteiny,
které jsou napojené na váčky, vezikuly.

Pamatujete si, že vezikuly jsou váčky
tvořené membránou a vyplněné neurotrasmitery.

Když se vápník naváže na tyto proteiny,
umožní tak exocytózu.

Dovolí membráně váčků spojit se

s membránou neuronu

a vypustit tak svůj obsah.

Tohle vše je opakování z videích o neuronech.

V těchto videích jsem to vysvětloval
mnohem detailněji...

Všechny tyto neurotransmitery byly vypuštěny

do synapse mezi neuronem a svalovou buňkou.

Tím neurotransmiterem je acetylcholin.

Stane se to stejné co u dendritu –

acetylcholin se naváže na receptory v sarkolemě

čili v membráně svalové buňky

a tím otevře její sodíkové kanály.

Takže svalové buňky mají na membráně
také napěťový gradient,

stejně jako ty nervové.

Takže když se sem dostane trochu acetylcholinu,

dovolí to sodíku proplout dovnitř svalové buňky.

Tady je pak kladný náboj,
což spustí akční potenciál ve svalové buňce.

Takže tady je pak trocha pozitivního náboje

a když stoupne k prahové hodnotě,

otevře tyto napětím řízené kanály,

které dovolí většímu množství sodíku
dostat se dovnitř.

Toto místo se tedy nabije kladně.

Samozřejmě je zde i draslík
k navrácení původního stavu.

To samé, co se děje v neuronu.

Nakonec tento akční potenciál zvýší kladný náboj
tady u sodíkového kanálu

a když bude dostatečně velký, kanál se otevře

a dovolí ještě většímu množství sodíku projít dovnitř.

A pak tento akční potenciál putuje dolů
po tomto T-tubulu.

Informace z neuronu, tedy akční potenciál,

který se změní v chemický signál,

který vyvolá další akční potenciál,

jenž jde dolů po T-tubulu.

A toto je zajímavá část...

Tohle je vlastně oblast vaší vlastní iniciativy
a dám vám jen pár vodítek,

pokud si o tom chcete přečíst sami více...

Máte proteinový komplex,

který spojuje sarkoplazmatické
retikulum s T-tubulem.

Nakreslím to tu jako velký čtverec.

Tady tedy máte proteinový komplex, který...

Napíšu sem pár slov...

Který zahrnuje proteiny triadin, junctin

kalsekvestrin (calsequestrin) a ryanodin.

Jsou jaksi zahrnuty v tomto proteinovém komplexu,

který spojuje T-tubuly
se sarkoplazmatickým retikulem,

ale velká podívaná začíná,
když akční potenciál doputuje sem,

takže toto místo získá dostatečný kladný náboj,

tak tento komplex proteinů
spustí vypuštění vápníku.

Lidé si myslí, že ryanodin je částí,
která vypouští vápník,

ale mohli bychom spíše říct,

že tady je to vypouštění spouštěno.

Ještě jednou.
Když akční potenciál putuje dolů...

Jen si změním barvu, tu fialovou používám až příliš...

Když se akční potenciál dostane dost daleko,

takže se prostředí díky všem těm sodíkovým
iontům proudícím dovnitř nabije kladně.

Tato tajuplná struktura...

Můžete si o těchto proteinech dohledat
informace na internetu.

Lidé se pořád snaží porozumět,
jak vlastně tato struktura funguje.

... otevře průchod v sarkoplazmatickém retikulu

pro všechny tyto vápníkové ionty,
které se tak dostanou ven.

Takže jsou pak všechny tyto ionty vápníku
vyplaveny ven

ze sarkoplazmatického retikula do vnitřku buňky –

do buněčné cytoplazmy.

Co se stane potom?

Máme vysokou koncentraci vápníku,

tedy vápníkové ionty se navážou na troponin,
jak jsme řekli na začátku videa.

Ionty vápníku se navážou na troponin, posunou tropomyosin z cesty

a pak myosin používající ATP,

jak jsme se naučili v před-předminulém videu,
začne šplhat po aktinu.

A ve stejnou chvíli, když signál přestane působit,
tato věc se uzavře

a tyto iontové pumpy opět sníží
koncentraci iontů vápníku v cytoplazmě

Pak se kontrakce zastaví a sval se znovu uvolní.

Takže hlavní je,
že máme tuto zásobárnu vápníkových inotů,

která, když se sval uvolní,
nasává ionty vápníku z vnitřku buňky.

Sval je uvolněný a myosin nešplhá po aktinu.

Ale jakmile dostane signál, vypustí ionty zpět,

a nastane svalová kontrakce,

protože troponin odsune z cesty tropomyosin.

Je to dost fascinující.

Hlavně je zajímavé, že tento jev ještě není

zcela pořádně objasněn.

Pokud se chcete stát biologem a vědcem

tohle by mohla být zajímavá věc,
kterou byste mohli zkoumat.

Zaprvé, už jen z vědeckého pohledu je zajímavé,

jak to celé vlastně funguje.

Ale možná existují i onemocnění,

která jsou způsobena špatným fungováním
těchto proteinů.

Možná byste mohli tyto věci provést lépe,

nebo hůře. Kdo ví.

Mohlo by být tedy užitečné,

kdybyste zjistili, co se přesně děje,

když akční potenciál otevře tento vápníkový kanál.

Takže teď už máme ucelený obraz.

Víme, jak může motorický neuron
zahájit kontrakci buňky

dovolením sarkoplazmatikému retikulu
vypustit svou zásobu vápníkových iontů

do buněčné cytoplazmy.

A před tímto videem jsem si něco málo načetl...

Tyto pumpy jsou velmi účinné,

takže když signál přestal působit
a dveře tady jsou zavřené,

sarkoplazmatické retikulum vyrovná zpět

koncentraci iontů během 30 milisekund.

Proto jsme tak dobří v zastavování kontrakcí,

proto můžu natáhnout ruku,
pak ji stáhnout zpět a uvolnit ji.

To vše během zlomku vteřiny,
protože můžeme zastavit stah během 30 milisekund,

což je méně než 1/30 vteřiny.

Každopádně, uvidíme se v dalším videu,

kde budeme studovat strukturu svalové buňky
poněkud podrobněji.