KAS DOKUSU BİYOKİMYASI

1. KAS DOKUSU BİYOKİMYASI Prof.Dr.Hafize UZUN

2. Vücudun en büyük dokusudur Yeni doğanda vücudun %25’ini oluşturan kas kütlesi, genç erişkin dönemde % 40 düzeylerine çıktıktan sonra, yaşlı dönemde %30’a kadar azalır. • Vücut yakıtlarının ve ATP’ nin temel tüketicisidir.

3. Organizmada 3 tip kas bulunur.İskelet kası (çizgili kas)İstemli hareketKalp kası (çizgili kas)  İstemsiz hareketDüz kas (çizgisiz kas)  İstemsiz hareket

4. Kaslarda • ~ %72-78 su; • %19-20 protein; • %3 lipid ve • %1 glikojen bulunur.

5. Myozit = kas hücresi • Sarkolemma = Hücre (plazma) membranı

6. Bir kas lifi hücresi(miyozit) içinde, sarkoplazma adlı hücre içi sıvıya gömülüdür. Kas lifleri birbirinden ayrı filamanlara (aktinmyozin) bölünebilen birbirine paralel şekilde yerleşmiş miyofibrillerden oluşur. Her miyofibril sarkomerdenilen ve kasılma yetisi olan parçalardan oluşur

7. Miyofibriller membranöz bir tübül sistemi olan sarkoplazmik retikulum ile çevrilidir. • Özelleşmiş bir ER türüdür.  Yapısal olarak düz ve tanecikli  ER’den farkı,  gerektiğinde kullanılmak üzere yoğun oranda Ca ihtiva etmesidir. • Kas hücrelerinde, hareketi sağlayan aktin-miyozin fibrillerini bir ağ gibi sararak bu liflerin kasılması için gereken Ca iyonlarını gerektiğinde dışarı salar. • Kasın kasılmadığı durumlarda ise, yüzeyindeki Ca-Mg ATPaz proteinleri ile Kalsiyum’u tekrar içine alarak hapseder.

8. Sarkolemmanın hücre içine doğru yaptığı Transvers şekilli invaginasyonlara T tubul denmektedir. • Görevleri aksiyon potansiyelinin hücre içine yayımını kolaylaştırmaktır. • T Tubul her iki yanında bulunan sarkoplazmik retikulum parçaları ile Triad adı verilen yapıları oluşturmaktadır. • Sarkoplazmik retikulum transvers (T) tübül aracılığı ile sarkolemmaya bağlanmaktadır.

9. İSTEMLİ KASIN YAPISI

10. Kas Lifi

11. Elektron mikroskopta miyofibril enine ve boyuna çizgilenmeler gösterir. Bu çizgilenmelere bant denir. • Miyofibril boyunca polarize ışığı kırma özelliği değişen anizotrop bantlar A bandı; değişmeyenler ise izotrop I bandı olarak tanımlanır

12. İki komşu Z çizgisi arasında kalan bölge sarkomer; kasın fonksiyonel birimidir Sarkomer, kas lifi boyunca 1500-2300 nm aralıklarla tekrar eder.Sarkomer uyarılabilen bir membran olan T-tubul sistem ile sarılıdır. Bu sistem sarkoplazmikretikulum ile ilişkili T kanallarından meydana gelmiştir.

13. Miyofibrillerde iki tip filament bulunur. 1.     Kalın filament: Miyozin içerir ve A bandını kapsar.2.     İnce filament: Aktin,tropomiyozin, troponin içerir.I bandını ve A bandının H bölgesine kadar olan kısmını kapsar. Z ve M çizgileri, aktin ve miyozin filamentlerinin bağlanması için temel tabakalar olarak işlev görmektedir.

14. Çizgili kaslarda filamentlerın yerleşimi

15. KAS PROTEİNLERİTaze bir kas kütlesinin %72-78’i su, %19- 20 proteindir. Aktin ve miyozin iki ana proteindir.

16. Aktin Kas proteinlerinin % 25 ‘ni oluşturur,ince filamentlerin proteinidir G-aktin, globüler ve çözünür olup,fizyolojik iyonik kuvvet koşullarında, Mg2+ varlığında, filamentöz F-aktine polimerize olarak çift sarmal yapı oluşturur. F-aktin çözünür olmayıp çentik veya tekrarlayan bir yapı gösterir. Her ikisininde katalitik etkileri yoktur.

17. Miyozin • Kas proteinlerinin %55’ ini oluşturur; kalın filamentlerin proteinidir. • α-heliks yapısında 2 ağır zincir ve 4 hafif zincirden oluşur. Ağır zincirler globüler baş kısım ve çift sarmal -heliks kuyruk kısmından oluşur Globüler baş ve fibröz kısım. • Her iki ağır zincirin globüler baş yapısına bir çift hafif zincir bağlıdır. • Miyozinin baş kısmı F- aktin ile kompleks oluşturur ve intrinsik ATPaz aktivitesi taşır; aktin-miyozin kompleksinin oluşumu bu aktiviteyi artırır.

18. Tripsin ile; Hafif meromiyozin (insoluble), -heliks fiberlerinden oluşur. ATPaz aktivitesiyoktur ve F- aktine bağlanmaz.Ağır meromiyozin (hem fibröz, hemde globüler ), soluble, ATPaz aktivitesi vardır ve F- aktine bağlanır.olmak üzere ikiye ayrılır.

19. Ağır meromiyozin papain ile;S1(ATPaz aktivitesi vardır)ve S2(fibröz karakterde olup ATPaz aktivitesi yoktur, F- aktine bağlanmaz) olmak üzere ikiye ayrılır.

20. α-aktinin: Z çizgisinde bulunur, Fibriler (F) aktini Z çizgisine bağlar. Fleksör grubu kaslar kasılırken, ekstansör kaslar Titin ile gevşeyip, yay gibigerilirler (kas lifinin gerilmesini sağlar). β- aktinin: F-aktine bağlanır ve ince filamentlerin uzunluğunu kontrol eder.

21. Tropomiyozin • Fibröz yapılı , iki zincirden( ve ) oluşur. Tüm kaslarda bulunur. • Kasın ince filamentlerinde aktinçift sarmalının oluğundaF- aktinle birleşir ve aktin-miyozin etkileşimini düzenler..

22. Troponin Aktomiyozin etkileşiminin düzenlenmesini sağlar. Sadece çizgili kasların ince filamentinde bulunur. 3 tipi bulunur: Troponin T: Tropomiyozine ve diğer troponinlere bağlanır. Troponin I: F-aktin-miyozin etkileşimini inhibe eder , diğer troponinlere ve aktine bağlanır. Troponin C: Yapısı kalmodüline benzer. Ca2+bağlayıcı peptid’dir. 4 kalsiyum iyonu bağlar.

23. Miyoglobin • Miyoglobin,kasın kırmızı rengini veren bir proteindir. Bir hem grubu içerir, O2’i depolar ve yüksek pO2 gradyanının varlığında mitokondriye taşır. • Yavaş kasılan iskelet kaslarında miyoglobin bulunur(kırmızı kaslar), hızlı kasılan kaslarda bulunmaz(beyaz kaslar). • Miyoglobin, ağır kas harabiyetinde ekstrasellüler ortama çıkar ve idrarla atılır(miyoglobinüri)

24. Diğer önemli kas proteinleri ve fonksiyonları Titin: Vücudun en büyük proteinidir. Kas gevşemesinde fonksiyon görür. Z çizgisinden M çizgisine uzanır. Sarkomerin aşırı geilmesini önler. Nebulin: Aktin filamentleri boyunca Z çizgisinde bulunur. Aktin filamentlerinin uzunluğunu ve biraraya toplanmalarını düzenler. Desmin:.Sarkolemma ile miyofibriller arasındaki bağlantıyı sağlayan ara filamenttir (Z çizgisini iskelet kası hücre zarına bağlar).

25. Distrofin: Aktini kas membranına bağlar ve intraselüler stabiliteyi oluşturur. Plazma membranına bağlanır.Genetik olarak eksikliği Duchenne tipi kas atrofisine neden olur. Bu proteini kodlayan gende mutasyon Duchenne ve ılımlı Becker müsküler distrofiye neden olur. Kalsinörin:Kalmodülin tarafından düzenlenen protein fosfatazdır. İskelet kasında yavaş ve hızlı kas liflerinin sayılarını kontrol eder. Kardiyak hipertrofide rol oynar Miyozin bağlayan protein C: Miyozin ve titin’i bağlar. Sarkomer’in yapısal düzenlenmesinde rol oynar.

26. KAS KONTRAKSİYONU Kas kontraksiyonu asetil kolin aracılığı ile sarkolemmanın depolarizasyonu ile başlar. Kasılmada ana olaylar şu şekilde sıralanır.   ATP hidrolizi     ADP + Pi –Miyozin - F-aktin etkileşimi   ADP + Pi’ nin ayrılması     ATP ile tekrar birleşme(gevşeme fazı)

27. Kas kasılma ve gevşemesi, esas olarak S-1 miyozin başının F-aktin filamentlerine döngüsel olarak bağlanıp ayrılmasıyla gerçekleşir. ATP’nin hidrolizi bağlanma ve ayrılmayı yönetir

28. Kas kasılması ve gevşemesinde görülen biyokimyasal olaylar • 1-Kasılmanın gevşeme evresinde, miyozinin S-1 başı, ATP’yi ADP ve Pi’ye hidroliz eder ve aynı anda bu ürünlere bağlı kalır. ADP-Pi-miyozin kompleksi yüksek enerjili konformasyondadır. • 2-Kas kasılması uyarıldığında, S-1 başı, aktin’e bağlanarak aktin-miyozin-ADP-Pi kompleksi oluşur. • 3- Bu kompleksin oluşması, Pi salınmasını teşvik eder ve buda güç darbesini başlatır. • ADP salınır ve miyozinin başında, kuyruğuna göre daha büyük bir konformasyon değişikliği buna eşlik eder, bu ise, aktini, sarkomer merkezine doğru 10 nm kadar çeker. Bu güç darbesidir. Aktin-miyozin kompleksi düşük enerji durumundadır

29. 4- ATP molekülü miyozinin S-1 başına tekrar bağlanır. Aktin-miyozin-ATP kompleksi oluşur. • 5- Miyozin-ATP’nin aktine olan affinitesi düşük olduğundan aktin salınr. Bu son basamak gevşemenin kilit bileşeni olup, ATP’nin aktin-miyozin kompleksine bağlanmasına bağlıdır.

30. ÖLÜMHücre içi ATP azalırS-1 baş kısmına bağlanacak ATP kalmazF-aktin ayrılamazKas gevşemesi oluşmazRigor mortis (ölüm katılığı)

31. Kasılma ve Gevşemenin Düzenlenmesi Çizgili kaslarda;aktine dayalı düzenlenme F-aktin- tropomiyozin kompleksine, troponinler bağlanır.İnhibitör troponin sistemidir. Troponin I; miyozin başının F-aktine bağlanmasını inhibe eder. Dolayısıyla miyozin başının ATPaz aktivasyonu engellenir Tp I, tropomiyozin molekülleri yolu ile F-aktinin konformasyonunu değiştirerek buinhibisyonu yapar. Düz kaslarda;miyozine dayalı düzenlenme ortak olarak her iki düzenlemede de Ca2+iyonları rol oynar.

32. Düz kaslarda miyozin hafif zincirleri, çizgili kaslardan farklıdır. • Miyozin p-hafif zincirleri miyozin başlarının F-aktine bağlanmalarını engellerler. • Kasılmanın başlayabilmesi için miyozin p-hafif zincirinin fosforillenmesi gereklidir.Bu miyozin hafif zincir kinaz ile gerçekleşir

33. Çizgili iskelet kasında kasılma ve gevşemenin aktine dayalı düzenlenmesi, Kasılmada Ca+2 un rolüCa+2 ATPaz etkisiyle sarkoplazmik retikulumun (SR) içine aktif transportla Ca+2 pompalanırİstirahat başlar (Ca+2; 10-7-10-8 mol/L)Ca+2 SR’de kalsekuestrine bağlanırBir sinir impulsu ile sarkolemma uyarılınca

34.  Sinyal T-tubul sistemi ile SR, sarkomere iletilirSR’de Ca+2 salıveren kanal (=RYR=Ryanodin* reseptörü) açılırSR’den sarkoplazmaya kalsiyum iyonu akar (sarkoplazma Ca+ ,10-5 mol/L )İnce filamentde troponin C’deki Ca+2 bağlayan kısımlar hızla dolar 

35. TpC-4Ca+2 oluşurBu yapı TpI ve TpT ile etkileşir,bunların tropomiyozinle olan ilişkisini değiştirirTropomiyozin yer değiştirir veya F-aktinin konformasyonunu değiştirirMiyozin-ADP-Pi ile F-aktin etkileşir, kasılma başlar

36. Kas Gevşemesi;Ca+2 ATPaz etkisiyle, sarkoplazmik Ca+2 10-7mol/L altına düştüğünde, TpC-4 Ca+2 den Ca+2iyonlarının kaybı ile,Troponin I, tropomiyozinle etkileşmesi yoluyla F-aktin-miyozin etkileşimini inhibe ettiğinde,ATP varlığında (miyozin başı F-aktinden ayrılır) meydana gelir

37. İskelet kasında Ca+2 kasılma ve gevşemeyi troponinler, tropomiyosin ve F-aktin aracılı bir allosterik mekanizmayla kontrol eder

38. DÜZ KAS • Düz kaslarda aktin/miyozin iskelet ve kalp kasının aksine düzenli bir yapı göstermez. Bu nedenle çizgilenme yoktur. • Düz kaslarda Z çizgisi bulunmaz. Bunun yerine dens body bulunur. Dens cisimler membrana bağlanırlar. • T tübülüs sistemi yoktur. Kaveola denen sarkolemmanın yaptığı invaginasyonlar bulunur. • Düz kasta Troponin olmadığı için, hücre içine Ca++ girince kalmoduline bağlanır.

39. Kalmodulin, hemem hemen tüm ökaryotik hücrelerde bulunan bir protein olup dört Ca2+ bağlama bölgesi bulunur. Ca2+ iyonunun başlıca hücre içi reseptörüdür. • Kalsekestrin, iskelet ve kalp kası sarkoplazmik retikulumunda en sık rastlanan CaBP’dir. Bu protein elli kalsiyum bağlama bölgesi içerir. Kalsekestrinin yüksek depolama kapasitesi kasılma için gereken Ca2+’nın 20mM’a kadar depolanmasını sağlar

40. Düz Kasların Miyozine Dayalı Düzenlenmesi KasılmaDüz kas sarkoplazmasında Ca+2 bağımlı miyozin hafif zincir kinaz enzimi bulunur↓Kalmodulin-4 Ca+2, miyozin hafif zincir kinaz enziminin alt birimine bağlanır↓Miyozin p-Hafif zincirler fosforillenir↓Miyozin-F-aktin etkileşiminin inhibisyonu sona erer↓Kasılma siklusu başlar

41. GevşemeSarkoplazmada Ca+2 10,7 mol/L den aşağıya düşerse↓Ca+2, kalmodulinden ve bu da miyozin hafif zincir kinazından ayrılır↓Kinaz inaktive olur↓Miyozin hafif zincir protein fosfataz, p-hafif zincirden fosfatı uzaklaştırır↓

42. Defosforillenmiş miyozin p-hafif zinciri↓Miyozinin F-aktine bağlanmasını ve ATPaz aktivitesini inhibe eder↓Miyozin, F-aktinden ayrılır↓Gevşeme

43. Düz kas kasılmasının Ca tarafından düzenlenmesi

44. KALDESMON Düz kaslarda kasılmayı Ca2+’a bağımlı olarak düzenleyen bir proteindir İntrasellüler Ca 2+ iyon konsantrasyonu düşük düzeylerde olduğu zaman kaldesmon tropomiyozine ve aktine bağlanarak aktin ile miyozinin bağlanmalarını ve kasılmayı engeller. Ca2+ iyon konsantrasyonunun yükselmesi ile kaldesmon, Ca2+- kalmoduline bağlanarak aktinden ayrılır ve aktin serbest kalır

45. Düz kasta relaksasyon-vazodilatasyon

46. EDRF (Endothelium derived relaxing factor( = NO nitrik oksit) NO, sitozolik NO sentaz etkisiyle argininden sentezlenir NO sentazın 3 izoenzimi bulunur 1. eNOS (endotelyal) 2. n NOS (nöronal) 3. i NOS (indüklenebilir makrofaj enzimi) Kofaktörleri; NADPH,FAD, FMN, hem,tetrahidrobiyopterin

47. NO Biyolojik FonksiyonlarıVazodilatasyonTrombosit adezyon ve agregasyonunun inhibisyonuNörotransmitterKan basıncı regülasyonuMakrofajların bakterisidal ve tümörosidal etkilerine aracılık eder.

48. Asetil kolin damar düz kaslarının gevşemesine neden olarak etki eden bir vazodilatatördür. Ancak düz kas üzerine doğrudan etkisi yoktur. Asetilkolin, reseptörler aracılığı ile damar endotel hücreleriyle etkileşir Reseptörler fosfoinozitol siklusuna kenetlenir 

49. İnozitol trifosfat etkisiyle hücre içine Ca+2 salınımıHücre içi Ca+2 düzeyi artarEDRF serbestleşirEDRF komşu düz kasa difüzlenirGuanilat siklazı aktifler

50. Hücre içi c-GMP düzeyi artarc-GMP bağımlı protein kinazlar stimule olurspesifik kas proteinleri fosforillenirGevşeme