Role of the Sarcoplasmic Reticulum in Muscle Cells

Bir önceki videomuzdan da öğrendiğimiz gibi, kas hücresinin içinde kalsiyum iyonlarının yoğunluğu fazlaysa, bu kalsiyum iyonları troponin proteinlerine bağlanırlar.

.

.

Kalsiyum iyonları troponine bağlandığında bu proteinin şeklini değiştirirler ve bu değişiklik tropomiyozinin yoldan çekilmesini sağlar.

.

Tropomiyozinin çekilmesiyle miyozin, aktin filamentlerinin üzerinde kıvrılmaya başlayıp filamentleri ortaya doğru çeker ve bu sayede de kaslarımız kasılmış olur.

.

Yani hücrenin içinde yüksek kalsiyum konsantrasyonu olması kasın kasılmasını sağlıyor.

.

Eğer kalsiyum iyonlarının konsantrasyonu hücre içinde düşükse, troponin proteini tropomiyozini eski konumuna getirir ve miyozinleri bloke eder.

.

Böylece de kasımız eski konumuna döner yani gevşer.

.

.

Bu durumda karşılaştığımız soru ise, kaslarımız nasıl hücre içinde bulunan kalsiyum iyonu konsantrasyonunu kontrol ediyor ve bu konsantrasyon kasın kasılmasına ya da gevşemesine yetiyor?

.

Daha iyi bir soruysa, sinir sistemimiz bunu nasıl kontrol ediyor?

.

.

Yani sinir sistemimiz nasıl kaslarımıza kasılmasını söylüyor, ya da kalsiyum konsantrasyonunu değiştirip kasın hareket etmesini sağlıyor?

.

.

Bu sistemi anlamak içinse, önce sinirlerle ilgili öğrendiklerimizin küçük bir tekrarını yapmalıyız.

.

Buraya aksonun ucunda bulunan sinaptik yumrulardan bir tanesini çiziyorum.

.

Bu sefer sinapstan sonra başka bir sinir hücresinin dentriti değil de kas hücremizin kendisi geliyor olacak.

.

.

Yani bu sinapsı olan bir kas hücresi; sinir hücresiyle arasında sinapsı var.

.

.

Durun en iyisi neyin ne olduğunu yazayım da kafanız karışmasın.

Bu akson.

Hatta akson terminali diyelim.

.

Burası sinaps.

.

Biraz terminolojiyi hatırlayacak olursak, bu boşluğun adı sinaptik yarıktı.

.

Bu ise presinaptik nöron.

Buraya da postsinaptik hücre diyebiliriz sanırım.

.

Postsinaptik nöron demiyorum çünkü bu durumda elimizdeki bir nöron değil bir kas hücresi.

Burası kas hücremizin zarı.

.

Bundan sonraki videolardan birinde size bir kas hücresinin anatomisini göstereceğim.

.

.

Fakat bu videoda kasın yapısını biraz daha belirsiz bırakıp daha çok kalsiyum iyonunun konsantrasyonunun kontrolüne odaklanmak istiyorum.

.

.

Bu kasa sarkolem denir.

.

Kısaca sarkolem kas hücresinin çevresindeki zarın adıdır.

Bu kısımsa sarkolemin hücrenin içine doğru yaptığı kıvrımlardan birisi.

.

Bu kıvrıma hücrenin yüzeyinden bakacak olsaydık çizmiş olduğum bu küçük noktalar da ya bir çentik gibi görünürdü.

.

Ancak burada bir kesit alıp incelediğimiz için zarın hücrenin içine doğru yapmış olduğu kıvrımı görüyoruz.

.

.

Yani hücre zarını içe doğru ittirmişsiniz ve zar içe doğru kıvrılmış gibi düşünün.

.

Bu yapının adı T - tübülüdür.

.

.

Transvers tübülün kısaltılmış halidir.

Ve burada ise çok önemli bir organel bulunmakta.

.

.

Burada çizmiş olduğum organelin adı Sarkoplazmik Retikulum.

.

.

Endoplazmik Retikuluma çok benzerdir fakat Sarkoplazmik Retikulumun başlıca görevi depolamaktır.

.

.

.

Endoplazmik Retikulumun görevi ise proteinlerin işlenmesidir ki bunu da üzerinde bulunan ribozomlar sayesinde yapar.

.

Ama Sarkoplazmik retikulumun tek görevi depolamaktır.

Saroplazmik Retikulumun zarının üzerinde ise kalsiyum iyonu pompaları vardır.

Bu pompalar çalışmak için ATP'ye ihtiyaç duyarlar.

.

Bu pompaların çalışma şekliyse şimdi anlatacağım gibi.

Bir ATP molekülü gelir ve bu pompaya bağlanır, aynı zamanda bir kalsiyum iyonu da bu pompaya bağlanır.

Bağlanan bu ATP molekülü hidrolizle ADP artı fosfat grubu moleküllerine ayrılır.

Bu durum pompa görevi gören bu proteinin kalsiyum iyonunun hücrenin içine pompalamasını sağlar.

.

.

Yani kasılı olmayan bir kasın sarkoplazmik retikulumundaki kalsiyum iyonu pompaları, bu sayede sarkoplazmik retikulumun içine kalsiyum iyonu alırlar ve içerideki kalsiyum iyonu konsantrasyonu çok daha yoğun olur.

.

.

.

.

Tahmin ediyorum ki bu durumun nereye gittiğini görüyorsunuz.

.

Kasımızı hareket ettirdiğimizde ya da kastığımızda, bu kalsiyum iyonları kas hücremizin sitoplazmasına atılırlar.

.

Bu atılım gerçekleştiğindeyse kalsiyum iyonları bir önceki videoda konuştuğumuz gibi troponine bağlanır ve buradaki mekanizmayı harekete geçirir.

.

Bizim en çok ilgilendiğimiz şey ise, sarkoplazmik retikulum bu kalsiyum iyonlarını hücrenin sitoplazmasına ne zaman atacağını nasıl biliyor?

.

Burası hücremizin içi.

.

Ve bu bölgede aktin, miyozin, miyozin topçukları, troponin ve tropomiyozin mevcut, hepsi sitoplazmanın olduğu bu bölgede.

.

.

.

.

Bunu daha netleştirmek için çizeceğim.

Bunlar aktin filamentlerimiz.

Çok kabaca çiziyorum, bu yapının detayını gelecekte başka bir videoda göstermeyi planlıyorum.

Burada miyozin topçuğumuz olsun, burada ise aktinin etrafına sarılı olarak duran tropomiyozinlerimiz.

Ve tabii ki tropomiyozinlerimize bağlı duran troponinlerimiz.

Kabaca çiziyorum fakat anlamanıza yardımcı olacağını düşünüyorum.

.

Diyelim ki buradaki motor sinirimiz kasımızın kasılması gerektiği sinyalini iletiyor.

.

İlk olarak bu sinyalin nasıl bir sinir hücresinden diğerine aktarıldığını biliyoruz, özellikle de aksiyon potansiyeli sayesinde olduğunu.

.

Burada bir sodyum kanalımız olsun.

Burada positif voltaj mevcut.

.

Ve bu durum voltaja bağlı olarak çalışan sodyum kanalının açılmasını sağlıyor.

Yani bu kanal açılıyor ve içeri daha da çok sodyumun girmesini sağlıyor.

Bu durum da burayı daha da pozitif yapıyor.

Daha pozitif olan bu bölge bir sonraki sodyum kanalının açılmasını sağlıyor.

Bu şekilde aksona kadar devam eden bu durum, pozitif voltaj eşiğini geçecek seviyede bir pozitif voltaj oluşturduğunda, voltaja bağlı olarak çalışan kalsiyum kanalları açılır.

.

.

.

Böylece sinir hücrelerinde sinyal iletimiyle ilgili öğrendiklerimizi hızlıca hatırlamış olduk.

.

Yani içerisi yeterince pozitif yüklü olunca, kalsiyum kanalları açılıyor ve hücrenin içine kalsiyum alıyoruz.

.

.

Kalsiyum iyonları içeri girdiğinde, hücrenin içinde sinyalin iletilmesini sağlayacak olan kesecikleri tutan proteinlere bağlanırlar.

.

.

Bunlar kalsiyum iyonları.

Bu keseciklerse proteinler tarafından tutulduğu için hareketsizlerdir.

Kesecik dediğim şey ise nörotransmitterleri tutan zarlar.

.

.

Kalsiyum iyonları bu proteinlere bağladığında egzositoz meydana gelir.

Yani bu keseciklerin dışındaki zarın, hücre zarıyla birleşip içindeki nörotransmitterleri sinaptik boşluğa bırakmasını sağlar.

.

.

.

Böylece bütün bir sinir iletimini hatırlamış olduk.

.

.

Bütün bu nörotransmitterlerin sinaptik boşluğa atıldığını söyledik.

.

Buradaki sinaptik boşluk sinir hücresiyle kas hücresinin arasında.

Buradaki nörotransmitter asetilkolindir.

.

Aynı bir dentritte olacağı gibi, bu asetilkolin sarkolemmanın üzerindeki alıcılara bağlanır.

.

Ve bu alıcılara bağlandığında kas hücremizdeki sodyum kanalları açılır.

.

Aynı sinir hücresi gibi, kas hücresi de voltaja bağlı olarak çalışan bir sisteme sahiptir.

.

Yani buradaki hücremiz, asetilkolin ona bağlandığında hücrenin içine sodyumun girmesine izin verecek olan kanalarını açar.

.

Burada artı yüklerimiz var ve aksiyon potansiyeli oluşturmamızı sağlar.

.

.

Buradaki artı yükler eşik seviyesini aşacak yeterliliğe geldiğinde, voltaja bağlı olarak çalışan bu kanal harekete geçer ve içeri sodyumun girmesini sağlar.

.

.

Böylece burası biraz daha pozitif yüklü olur.

Tabii ki bu işlemi tersine çevirmek için potasyum kullanılıyor.

Bu mekanizma bir sinir hücresindekiyle aynı aslında.

.

.

.

Sonra buradaki sodyum kanalımızın olduğu yer yeterince pozitif yüklü olunca kanal açılır ve daha da çok sodyum içeri girer.

.

Bu şekilde de aksiyon potansiyelimiz oluşur.

Oluşan bu aksiyon potansiyeli, buradaki T-tübülüne kadar gelir.

.

Aksiyon potansiyeli bir tür kimyasal sinyale dönüşüp başka bir aksiyon potansiyelini tetikler ve bu da T-tübülünden aşağı kadar devam eder.

.

.

.

İşte burası işin ilginç tarafı, öyle ki buradaki mekanizma hala araştırılmaya devam ediyor - bu konuyu araştırmak isteyenler için birkaç tüyo vereceğim.

.

Burada öyle bir protein yapısı var ki sarkoplazmik retikulum ve T-tübülü arasında bir köprü görevinin görmekte.

.

.

Bu proteini kabaca bir kutucukla göstereceğim.

Bahsettiğimiz protein yapımız burada.

Bu proteini oluşturan bazı moleküllerden bahsedeceğim fakat bu çok detay bir bilgi; triadin, junctin, Calsequestrin ve ryanodine.

.

.

.

.

Bu küçük proteinlerin köprü görevini gören büyük protein yapısında detaylı görevleri var fakat büyük resme baktığımızda gördüğümüz şudur:

.

.

Aksiyon potansiyeli buraya kadar ilerler, yani buralar yeterince pozitif yüklü olur ve buradaki protein yapısı da kalsiyumun dışarı salınmasını tetikler.

.

.

Araştırmacılar kalsiyumun salınmasını sağlayan yapının ryanodine olduğunu düşünüyorlar, ama bizim bu kadar detaylı bilmemize gerek yok.

.

Kalsiyumların dışarı bırakıldığı yer diyelim ki burası olsun.

Farklı bir renge geçelim. Bunu değiştireceğim.

.

.

.

.

Buradaki proteinleri internette araştırabilirsiniz, insanlar hala bu gizemli kutucuğun tam olarak nasıl çalıştığını anlamaya çalışıyorlar.

Konumuza dönecek olursak, bu kısım içeri giren sodyum iyonlarının etkisiyle pozitif yüklenir.

.

.

Ve bu pozitif yüklenme sonucu kutucuğumuzdaki bir mekanizma harekete geçer ve kalsiyum iyonları sarkoplazmik retikulumun dışına çıkar!

.

Sarkoplazmik retikulumun dışına atılan bu kalsiyum iyonları kas hücresinin sitoplazmasına yayılır.

.

.

Peki bu olduktan sonra ne olur?

Videonun başında dediğimiz gibi kalsiyum yoğunluğu yüksek olunca bu kalsiyum iyonları gidip troponine bağlanırlar.

.

.

Böylece tropomiyozin yoldan çekilir ve miyozin ATP kullanarak aktin filamentleri üzerinde hareket eder.

.

.

Aynı şekilde, sinyal kesildiğinde kalsiyumu dışarı atan kanal kapanır ve bunun sonucunda da kalsiyum konsantrastonu azalır.

.

.

Sonucundaysa kas kasılmayı bırakır ve kasılı olmayan haline geri döner.

.

Kısaca buradaki büyük olayımız şu: elimizde kalsiyum deposu olan sarkoplazmik retikulumlarımız var ve kasımızı gevşettiğimizde hücrenin içinde bulunan kalsiyumları yeniden içine alıyor.

.

.

Böylece miyozin aktinin üzerinde kıvrılma hareketini gerçekleştiremiyor.

.

Ama sinyal sarkoplazmik retikuluma iletildiğinde, sarkoplazmik retikulum kalsiyum iyonlarını yeniden hücrenin içine pompalıyor ve bu tropomiyozinin aradan çekilip miyozinin hareket etmesini sağlıyor.

.

.

.

Bence bu büyüleyici bir sistem.

Hatta o kadar büyüleyici ki hala tam olarak çözülebilmiş değil.

.

Eğer biyolojiyle ilgilenen bir araştırmacı olursanız, bu konu araştırmak ve anlamak için ilginç bir konu.

.

.

İlk olarak, bilimsel açıdan bu mekanizmanın nasıl çalıştığını anlamaya çalışmak ilgi çekici bir şey.

Ancak bunun dışında araştıracak başka şeyler de var; örneğin belki de buradaki proteinlerin doğru işlememesinden ötürü ortaya çıkabilecek hastalıklar vardır.

.

.

Ya da belki bu mekanizmanın daha iyi bir şekilde çalışmasını sağlayabilirsiniz, ya da daha kötü bir şekilde, kim bilir.

.

Demeye çalıştığım, aksiyon potansiyeli geldiğinde kalsiyum kanalının açılmasını sağlayan bu mekanizmayı tam olarak çözmeyi başarmanız insanlara yararlı olacak şeyler yapmanızı sağlayabilir.

.

.

.

Evet, böylece motor sinirlerimizin nasıl sarkoplazmik retikulumun kalsiyum iyonlarını hücrenin sitoplazmasına bırakmasını sağlayıp kasımızın kasıldığını anlamış ve öğrenmiş olduk.

.

.

.

.

Bu videoyu hazırlamadan önce birazcık araştırma yaptım.

Öğrendim ki bu pompalar hızlı ve verimli çalışıyor.

Yani sinyal biter bitmez burası kapanıyor ancak sarkoplazmik retikulum mevcut olan kalsiyum iyonlarını yaklaşık 30 milisaniye içerisinde geri alabiliyor.

.

.

İşte bu yüzden yumruk atıp kolumuzu çekip kasımızı gevşetmemiz sadece bir anda olabiliyor.

.

Çünkü bu kasılmayı yaklaşık 30 milisaniye içerisinde durdurabiliyoruz, yani bir saniyenin otuzda birinden bile kısa bir sürede.

.

.

Evet videomuzun sonuna geldik.

Bir sonraki videoda kas hücremizin anatomisini detaylı olarak göreceğiz.

.