Son plaka potansiyeli - End-plate potential
Uç plaka potansiyelleri ( EPP'ler ) , nöromüsküler kavşakta postsinaptik membrana bağlanan nörotransmitterlerin neden olduğu iskelet kası liflerinin depolarizasyonuna neden olan voltajlardır . Kas liflerinin postsinaptik terminalleri büyük, daire benzeri bir görünüme sahip oldukları için "uç plakalar" olarak adlandırılırlar. Bir aksiyon potansiyeli bir motor nöronun akson terminaline ulaştığında, nörotransmiterleri (çoğunlukla asetilkolin ) taşıyan veziküller ekzositoza tabi tutulur ve içeriği sinir-kas kavşağına salınır. Bu nörotransmiterler, postsinaptik zardaki reseptörlere bağlanır ve depolarizasyonuna yol açar. Aksiyon potansiyelinin yokluğunda asetilkolin vezikülleri kendiliğinden nöromüsküler bileşkeye sızar ve postsinaptik membranda çok küçük depolarizasyonlara neden olur. Bu küçük tepki (~0.4mV) minyatür uç plaka potansiyeli (MEPP) olarak adlandırılır ve bir asetilkolin içeren kesecik tarafından üretilir. Bir kasta indüklenebilen mümkün olan en küçük depolarizasyonu temsil eder.
nöromüsküler kavşak
Nöromüsküler kavşak, bir alfa motor nöron (α-MN) ile iskelet kası lifi arasında oluşan sinapstır . Bir kasın kasılabilmesi için önce bir aksiyon potansiyeli, motor nöronun akson terminaline ulaşana kadar sinir boyunca yayılır. Motor nöron daha sonra nöromüsküler kavşağın postsinaptik membranında bir aksiyon potansiyeline neden olarak kas liflerini kasılmaya yönlendirir.
asetilkolin
Son plak potansiyelleri neredeyse tamamen iskelet kasındaki nörotransmitter asetilkolin tarafından üretilir. Asetilkolin vücutta glutamattan sonra ikinci en önemli uyarıcı nörotransmiterdir . Dokunma, görme ve işitme duyularını içeren somatosensoriyel sistemi kontrol eder . 1914'te Henry Dale tarafından tanımlanan ilk nörotransmiterdi . Asetilkolin, nöronun sitoplazmasında kolin ve asetil-CoA'dan sentezlenir . Kolin açiltransferaz, asetilkolini sentezleyen enzimdir ve genellikle asetilkolin üretimi ile ilgili araştırmalarda bir belirteç olarak kullanılır. Asetilkolin kullanan nöronlara kolinerjik nöronlar denir ve kas kasılması, hafıza ve öğrenmede çok önemlidirler.
iyon kanalları
Membranların polarizasyonu sodyum , potasyum , kalsiyum ve klorür iyon kanalları tarafından kontrol edilir . Nöromüsküler kavşak ve uç plaka potansiyellerinde yer alan iki tip iyon kanalı vardır: voltaj kapılı iyon kanalı ve ligand kapılı iyon kanalı . Voltaj kapılı iyon kanalları, voltaj kapılı iyon kanalının açılmasına neden olan ve belirli iyonların geçmesine izin veren membran voltajındaki değişikliklere duyarlıdır. Ligand kapılı iyon kanalları, nörotransmiterler gibi belirli moleküllere duyarlıdır. Bir ligandın iyon kanalı proteini üzerindeki reseptöre bağlanması , belirli iyonların geçişine izin veren bir konformasyonel değişikliğe neden olur.
presinaptik zar
Normalde bir motor nöronun dinlenme zar potansiyeli -70mV ila -50'de tutulur, dışarıda daha yüksek konsantrasyonda sodyum ve içeride daha yüksek konsantrasyonda potasyum bulunur. Bir aksiyon potansiyeli bir sinir boyunca ilerleyip motor nöronun akson terminaline ulaştığında, membran voltajındaki değişiklik kalsiyum voltaj kapılı iyon kanallarının açılmasına neden olarak kalsiyum iyonlarının içeri girmesine izin verir. Bu kalsiyum iyonları, presinaptik zara bağlı asetilkolin veziküllerinin, ekzositoz yoluyla asetilkolini sinaptik yarığa salmasına neden olur .
Postsinaptik zar
EPP'ye çoğunlukla asetilkolinin postsinaptik zardaki reseptörlere bağlanması neden olur. İki farklı tür asetilkolin reseptörü vardır: nikotinik ve muskarinik. Nikotinik reseptörler , hızlı iletim için ligand kapılı iyon kanallarıdır. Nöromüsküler kavşaktaki tüm asetilkolin reseptörleri nikotiniktir. Muskarinik reseptörler , ikinci bir haberci kullanan G proteinine bağlı reseptörlerdir . Bu reseptörler yavaştır ve bu nedenle minyatür bir uç plaka potansiyelini (MEPP) ölçemezler. Vagus siniri ve gastrointestinal sistem gibi parasempatik sinir sisteminde bulunurlar . Fetal gelişim sırasında asetilkolin reseptörleri, postsinaptik zar üzerinde yoğunlaşır ve büyüyen embriyodaki sinir terminalinin tüm yüzeyi, bir sinyal ateşlenmeden önce bile kaplanır. Dört farklı genden dört farklı proteinden oluşan beş alt birim, nikotinik asetilkolin reseptörlerini içerir, bu nedenle bunların paketlenmesi ve birleştirilmesi birçok farklı faktörü içeren çok karmaşık bir süreçtir. Enzim kasa özgü kinaz (MuSK), gelişen postsinaptik kas hücresinde sinyal sürecini başlatır. Postsinaptik asetilkolin reseptör kümelerini stabilize eder, sinaptik genlerin kas lifi çekirdekleri tarafından transkripsiyonunu kolaylaştırır ve farklılaşmış bir sinir terminali oluşturmak için akson büyüme konisinin farklılaşmasını tetikler. Substrat laminin, miyotüplerin yüzeylerindeki asetilkolin reseptör kümelerinin ileri olgunlaşmasını indükler.
başlatma
Sinaptik veziküller
Tüm nörotransmitterler, sinaptik veziküllerden ekzositoz yoluyla sinaptik yarığa salınır . İki tür nörotransmiter vezikül vardır: büyük yoğun çekirdek veziküller ve küçük şeffaf çekirdek veziküller . Büyük yoğun çekirdek vezikülleri, nöronun hücre gövdesinde oluşturulan ve daha sonra hızlı aksonal taşıma yoluyla akson terminaline taşınan nöropeptidler ve büyük nörotransmiterler içerir. Küçük şeffaf çekirdek veziküller, presinaptik terminallerde lokal olarak sentezlenen küçük moleküllü nörotransmiterleri taşır. Sonlandırılmış nörotransmitter veziküller presinaptik zara bağlıdır. Bir aksiyon potansiyeli motor nöron aksonunu aşağı doğru ilerleyip akson terminaline ulaştığında, akson terminalinin depolarizasyonuna neden olur ve kalsiyum kanallarını açar. Bu, vezikül ekzositozu yoluyla nörotransmitterlerin salınmasına neden olur.
Ekzositozdan sonra veziküller, sinaptik vezikül döngüsü olarak bilinen bir işlem sırasında geri dönüştürülür. Alınan veziküler membranlar, yeni sinaptik veziküller yapmak üzere modifiye edildikleri birkaç hücre içi bölmeden geçirilir. Daha sonra nörotransmitterlerin taşınması ve salınması için tekrar ihtiyaç duyulana kadar bir yedek havuzda saklanırlar.
Yedek havuzun aksine, kolayca serbest bırakılabilen sinaptik veziküller havuzu aktive edilmeye hazırdır. Kolayca salınabilen havuzdan kesecik tükenmesi, uzun süreli yüksek frekanslı uyarım sırasında meydana gelir ve uyarılmış EPP'nin boyutu azalır. Bu nöromüsküler depresyon, stimülasyon sırasında daha az nörotransmitter salınımından kaynaklanır. Tükenmenin meydana gelmemesi için, 30 Hz'den daha düşük düşük stimülasyon frekanslarında meydana gelebilecek olan tekrarlama ve tükenme arasında bir denge olmalıdır.
Bir kesecik, nörotransmitterlerini ekzositoz yoluyla serbest bıraktığında, tüm içeriğini sinaptik yarığa boşaltır. Bu nedenle veziküllerden nörotransmitter salınımının kuantal olduğu belirtilir, çünkü yalnızca tam sayıda vezikül salınabilir. 1970 yılında, Bernard Katz dan Londra Üniversitesi kazandı Nobel Ödülü istatistiksel nöromüsküler kavşakta gürültü analizine dayalı asetilkolin veziküllerin quantal büyüklüğünü belirlemek için Fizyoloji veya Tıp. Mekanik istatistik üzerine bir kitap kullanarak, aynı anda meydana gelen bireysel olayların boyutunu çıkarabildi.
Asetilkolinin sinaptik vezikülleri, 30 nm çapında şeffaf çekirdekli sinaptik veziküllerdir. Her asetilkolin vezikül yaklaşık 5000 asetilkolin molekülü içerir. Veziküller, tüm asetilkolin miktarını serbest bırakır ve bu, genliği 1mV'den az olan ve eşiğe ulaşmak için yeterli olmayan minyatür uç plaka potansiyellerinin (MEPP'ler) oluşmasına neden olur.
Minyatür uç plaka potansiyelleri (MEPP'ler)
Minyatür uç plaka potansiyelleri, tek bir keseciğin sinaptik yarığa salınmasının neden olduğu postsinaptik terminalin küçük (~0.4mV) depolarizasyonlarıdır. Asetilkolin içeren nörotransmitter veziküller, sinir terminali ile kendiliğinden çarpışır ve aksondan bir sinyal olmasa bile asetilkolini nöromüsküler bileşkeye bırakır. Bu küçük depolarizasyonlar eşiğe ulaşmak için yeterli değildir ve bu nedenle postsinaptik zarda bir aksiyon potansiyeli oluşmaz. MEPP'lerle deneyler sırasında, normal çizgili kasta herhangi bir uyaran olmaksızın uç plak ani yükselmeleri adı verilen spontan aksiyon potansiyellerinin meydana geldiği fark edildi. Bu uç plaka sivri uçlarının, elektrotlar nedeniyle kas liflerinin yaralanması veya tahrişi sonucu meydana geldiğine inanılıyordu . Son deneyler, bu uç plaka sivri uçlarının aslında kas iğciklerinden kaynaklandığını ve iki farklı desene sahip olduğunu göstermiştir: küçük ve büyük. Küçük uç plaka ani yükselmeleri, sinyal yayılımı olmaksızın negatif bir başlangıca sahiptir ve büyük uç plaka ani yükselmeleri, motor ünite potansiyellerine (MUP'ler) benzer. Kas iğcikleri, kas uzamasını veya gerilmesini ölçen ve uygun yanıt için bilgiyi omuriliğe veya beyne ileten duyusal reseptörlerdir.
Eşik potansiyeli ("Tümü veya Hiçbiri")
Bir aksiyon potansiyeli birçok asetilkolin vezikülünün salınmasına neden olduğunda, asetilkolin nöromüsküler bileşke boyunca yayılır ve kas lifi üzerindeki ligand kapılı nikotinik reseptörlere (seçici olmayan katyon kanalları) bağlanır. Bu, artan sodyum ve potasyum iyonları akışına izin vererek sarkolemmanın (kas hücre zarı) depolarizasyonuna neden olur. Bireysel bir sinaptik vezikülden asetilkolinin salınmasıyla ilişkili küçük depolarizasyona minyatür uç plaka potansiyeli (MEPP) denir ve büyüklüğü yaklaşık +0.4mV'dir. MEPP'ler katkı maddesidir, sonunda uç plaka potansiyelini (EPP'ler) yaklaşık -100mV'den -60mV'lik eşik potansiyeline yükseltir, bu seviyede postsinaptik membrandaki voltaj kapılı iyon kanallarının açılması, ani bir sodyum iyonu akışına izin verir. sinaps ve depolarizasyonda keskin bir artış. Bu depolarizasyon voltajı artışı, postsinaptik zarda ilerleyen ve kas kasılmasına yol açan bir aksiyon potansiyelini tetikler. EPP'lerin aksiyon potansiyeli olmadığını, aksiyon potansiyellerini tetiklediklerini not etmek önemlidir. Normal bir kas kasılmasında, yaklaşık 100-200 asetilkolin vezikül salınır ve bir MEPP'den 100 kat daha büyük bir depolarizasyona neden olur. Bu, membran potansiyelinin eşiğe ulaştığı yerde +40mV (100 x 0.4mV = 40mV) -100mV'den -60mV'ye depolarize olmasına neden olur.
Aksiyon potansiyeli aşamaları
Zar potansiyeli eşiğe ulaştığında, bir aksiyon potansiyeli meydana gelir ve zar polaritesinde keskin bir artışa neden olur. Aksiyon potansiyelinin beş aşaması vardır: eşik, depolarizasyon, tepe, repolarizasyon ve hiperpolarizasyon.
Eşik, MEPP'lerin toplamının belirli bir potansiyele ulaştığı ve voltaj kapılı iyon kanallarının açılmasını indüklediği zamandır. Sodyum iyonlarının hızlı akışı, zar potansiyelinin pozitif bir yüke ulaşmasına neden olur. Potasyum iyonu kanalları, sodyum iyonu kanallarından daha yavaş hareket eder ve zar potansiyeli doruğa çıkmaya başladığında, potasyum iyonu kanalları açılır ve sodyum akışını engellemek için potasyum çıkışına neden olur. Zirvede, potasyum çıkışı sodyum akışına eşittir ve zar polaritesini değiştirmez.
Repolarizasyon sırasında, sodyum kanalları inaktive olmaya başlar ve net bir potasyum iyonu akışına neden olur. Bu, membran potansiyelinin -100mV'lik istirahat membran potansiyeline düşmesine neden olur. Hiperpolarizasyon, yavaş etkili potasyum kanallarının devre dışı bırakılmasının daha uzun sürmesi nedeniyle oluşur, bu nedenle zar dinlenme potansiyelini aşar. Yavaş yavaş dinlenme potansiyeline döner ve başka bir aksiyon potansiyelinin oluşması için hazırdır.
Hiperpolarizasyon fazından önceki aksiyon potansiyeli sırasında, zar herhangi bir uyarıya yanıt vermez. Başka bir aksiyon potansiyelini indüklemedeki bu yetersizlik, mutlak refrakter periyodu olarak bilinir. Hiperpolarizasyon periyodu sırasında, zar tekrar uyarılara yanıt verir, ancak bir aksiyon potansiyelini indüklemek için çok daha yüksek bir girdi gerektirir. Bu aşama, bağıl refrakter dönemi olarak bilinir.
Nöromüsküler kavşakta aksiyon potansiyeli bittiğinde, kullanılan asetilkolin, asetilkolinesteraz enzimi tarafından sinaptik yarıktan temizlenir . Enzimlerin sinaptik yarıktan nörotransmiterleri temizleyememesi, aksiyon potansiyelinin yayılmasının devam etmesine neden olan çeşitli hastalıklara ve sorunlara neden olabilir.
Klinik uygulamalar
Mevcut araştırmalar, uç plaka potansiyelleri ve bunların kas aktivitesi üzerindeki etkileri hakkında daha fazla bilgi edinmeye çalışıyor. Mevcut birçok hastalık, bozulmuş uç plaka potansiyel aktivitesini içerir. Alzheimer hastalarında beta amiloid , asetilkolin reseptörlerine bağlanır ve asetilkolin bağlanmasını engeller. Bu, daha az sinyal yayılımına ve eşiğe ulaşmayan küçük EPP'lere neden olur. Doktorlar, asetilkolin ile beyin süreçlerini analiz ederek, etrafta ne kadar beta amiloid olduğunu ölçebilir ve Alzheimer üzerindeki etkilerini değerlendirmek için kullanabilirler. Myastenia gravis , vücudun nöromüsküler kavşaktaki postsinaptik zardaki asetilkolin reseptörüne karşı hedeflenen antikorlar ürettiği otoimmün bir hastalıktır. Kullanımla kötüleşen ve dinlenmeyle düzelen kas yorgunluğu ve zayıflığı, hastalığın ayırt edici özelliğidir. Bağlanma için mevcut olan sınırlı miktarda asetilkolin reseptörü nedeniyle, semptomatik tedavi, asetilkolinin nöromüsküler kavşakta parçalanmasını azaltmak için bir asetilkolinesteraz inhibitörü kullanmaktan oluşur, böylece az sayıda bloke edilmemiş reseptör için yeterli asetilkolin mevcut olacaktır. Son plak asetilkolin esteraz (AChE) eksikliğinden kaynaklanan konjenital bir anormallik, miyastenik gravis için patofizyolojik bir mekanizma olabilir. AChE eksikliği olan bir hasta üzerinde yapılan bir çalışmada doktorlar, diğer kaslarda titreme ile birlikte şiddetli proksimal ve gövde kas güçsüzlüğü geliştirdiğini kaydetti. Asetilkolin reseptörlerinin seğirmesi ve bloke etme hızının bir kombinasyonunun, miyastenia gravis vakalarında görülene benzer şekilde azalmış bir son plak potansiyeline neden olduğu bulundu. Motor ünite potansiyellerinin (MUP'ler) araştırılması, ilgili düzensizlik sabitini ölçerek patolojik hastalıkların miyojenik veya nörojenik kökenlere ilerlemesinin değerlendirilmesinde olası klinik uygulamalara yol açmıştır. Motor ünite potansiyelleri, genlik, süre, faz ve tepe ile karakterize edilebilen motor üniteler tarafından üretilen elektrik sinyalleridir ve düzensizlik katsayısı (IR), tepe sayıları ve genlikleri temel alınarak hesaplanır. Lambert-Eaton miyastenik sendromu , presinaptik kalsiyum kanallarının otoimmün yıkıma maruz kaldığı ve daha az nörotransmitter vezikülün ekzositoza neden olduğu bir hastalıktır. Bu, daha az kesecik salınması nedeniyle daha küçük EPP'lere neden olur. Genellikle daha küçük EPP'ler, hastalarda kas zayıflığına ve yorgunluğa neden olan eşiğe ulaşmaz. Birçok hayvan, kendilerini savunmak ve avlarını öldürmek için nörotoksinleri kullanır. Tetrodotoksin , kirpi balığı ve tetik balığı gibi bazı zehirli balıklarda bulunan, sodyum iyon kanallarını bloke eden ve postsinaptik zar üzerinde bir aksiyon potansiyelini önleyen bir zehirdir . Böceklerde bulunan tetraetilamonyum potasyum kanallarını bloke eder. Yılanlarda bulunan alfa nörotoksin, asetilkolin reseptörlerine bağlanır ve asetilkolinin bağlanmasını engeller. Kara dul örümceklerinde bulunan alfa-latrotoksin , akson terminalinde büyük bir kalsiyum akışına neden olur ve nörotransmiter salınımının taşmasına neden olur. Clostridium botulinum bakterisi tarafından üretilen botulinum toksini en güçlü toksik proteindir. Nörotransmitter veziküllerin kenetlenmesini engelleyerek nöromüsküler kavşakta asetilkolin salınımını önler.
Ayrıca bakınız
- asetilkolin
- Aksiyon potansiyeli
- alfa-latrotoksin
- Alzheimer hastalığı
- botulinum toksini
- Motor nöron
- muskarinik reseptörler
- miyastenia gravis
- nöromüsküler kavşak
- nörotransmiter
- nikotinik reseptörler
- İskelet kası
- sinaptik vezikül
- tetraetilamonyum
- tetrodotoksin