İskelet Kasının Kasılması

İskelet kası uzun, silindirik kas tellerinden (kas lifi) yapılmıştır. Kas telinin üzerini sarkolemma adı verilen bir membran örter. Sarkolemma’nın permeabilite ve transport özellikleri impulsun iletiminde çok önemlidir. Kas telinin içinde de birçok miyofibriller, bunların arasında da sarkoplazma yer alır. Sarkoplazma glikojen, ATP, fosfokreatin ve glikolitik enzimleri ve çok sayıda mitokondri taşır. Bunun yanında kas teli içinde bir tübül sistemi bulunur. Kasın kasılmasında bu dört çeşit protein ve ATP’den başka kalsiyum iyonlarına da gereksinim vardır. Kalsiyum iyonu kasta aktiviteyi düzenleyici bir göreve sahiptir. Kalsiyum iyonları kasta sarkoplazmik retikulumda bulunur. Sarkoplazmik retikulum kalsekestrin adı verilen ve 43 kalsiyum iyonunu  bağlayabilen bir proteine ayrıca çok sayıda kalsiyum pompasına sahiptir. Bu pompalar aktif taşıma yolu ile sitoplazmadaki kalsiyum iyonlarını hızla sarkoplazmik retikuluma alırlar. Kalsekestrin kalsiyumun bağlanmasını sağlayarak pompanın görevine yardımcı olur. Sinir impulsu kasa ulaşınca sarkoplazmik retikulumdan kalsiyum iyonları serbest bırakılır ve kasılma meydana gelir. Sinir impulsu dsona erdiğinde de sarkoplazmik retikulum membranındaki pompa sistemi ile kalsiyum geri alır.

İskelet kasının kasılmasını açıklamak için kayan iplikler modeli ileri sürülmüştür. Dinlenme halinde kalsiyum iyonları kasın sarkoplazmik retikulumunda bulunur. Bu durumda sarkoplazmadaki Ca+2 iyonu konsantrasyonu düşüktür. Dinlenme halinde Tr-T, tropomiyozine bağlıdır. Tr-T ve tropomiyozin ikilisi, aktinin aktif bölgesi üzerinde yer alır. Bu nedenle aktin miyozin ile birleşemez. Dinlenme halindeki miyozin molekülünün baş kısmının en ön kısmında daha önceki kasılmanın sonlandırılması için kullanılan ATP'nin hidrolizinden oluşan ADP ve Pi bulunur. Miyozin-ADP-Pi kompleksi çok yüksek enerjilidir ve aktinle yüksek birleşme yeteneği vardır. Bir motor nöron aksonu ile uç plağa bir impuls geldiği zaman, aksonun uç kısmından nörotransmitter salınır. Buna bağlı olarak daha önce açıklanan esaslar içerisinde, sinaps sonrasi birimi oluşturan iskelet kasında iş potansiyeli oluşturur. İş potansiyeli kas hücresinin zar yüzeyi boyunca yayılır. İletinin doku derinliklerine iletilmesi ise Transvers Tübül (T-Sistemi) ve Sarkoplazmik Retikulum Sistemi ile olmaktadır. T –Sistemi, sarkoplazmadan başlayıp kasın içine doğru çapraz şekilde veya enine giren ve Z-hattı boyunca ilerleyen ucu kapalı tüpçükler sisteminden oluşur. T-sisteminin her iki tarafında kas flamentlerine paralel uzanan sarkoplazmik retikulum uçları terminal sisterna denilen kapalı geniş odacıkları şeklindedir ve bu sistemle birleşir. T-sistemi ile birleşen terminal sisternaların oluşturduğu bu üçlü yapıya da triad denir.

Depolarizasyon dalgası T sistemi ile triada gelince sarkoplazmik retikulumun depolarizasyonuna ve buradaki terminal sisternadan kalsiyum iyonlarının plazmaya bırakılmasına neden olur. Kalsiyum iyonlarının plazmadaki konsantrasyonu belli bir değere ulaşınca bu iyonlar kalsiyum bağlayıcı bir protein olan Tr-C ile birleşir. Bu birleşme bir bütün olarak troponinin aktiınle olan ilişkisini zayıflatır. Bunun sonucunda Tr-I aktin üzerinden ayrılır veya başka bir bölgeye geçer. Tr-I'nin bu hareketiyle diğer troponin alt birimleri ve dolayısıyla tropomiyozin yer değiştirir. Sonuçta tropomiyozin aktin ile miyozin arasındaki etkileşimi önleyici bölgeden çekilmiş olur. Bu şekilde açıkta kalan miyozinin başı ile aktin birleşir ve düşük serbest enerjili Aktomiyozin kompleksi meydana gelir. Böylelikle ince ve kalın iplikler arasında kasılmanın fiziksel birimleri olan çapraz köprüler kurulur.

Aktomiyozin kompleksinin oluşması miyozin molekülünün baş kısmında hızla ADP ve Pi’ın ayrılmasına, böylece serbest enerjinin açığa çıkmasına ve miyozin baş kısmında konformasyon değişimine neden olur. Bu konformasyon değişimi sonucu molekülünün başı bir yana eğilir. Buna baglı olarak da ince flamentler sarkomerin merkezine doğru kalın flamentler arasından kayarak çekilir. Dolayısıyla kasın kasılması sağlanır. Kalın flamentlerdeki miyozin moleküllerinin düzeni bir A-bandının her iki yanındaki ince flamentlerin birbirine doğru hareketini sağlar. Bir Z-hattının bir tarafındaki ince flamentlerin hepsi aynı polariteye, buna karşılık zıt taraftakiler aksi polariteye sahip olduğundan bir kalın flamentle etkileşen iki ince flament birbirine doğru çekilir. Bunun sonuc Z-bandları arasındaki mesafe kısalır.

Kayma işleminin sonunda çapraz köprünün ayrılması ve yeni bir döngünün başlaması için aktin-miyozin kompleksindeki miyozinin baş kısmına ATP bağlanır. Meydana gelen aktomiyozin-ATP kompleksi düşük bağlama özelliğindedir, bu nedenle çapraz köprü ortadan kalkar. Kalsiyum iyonları aktif taşınmayla sarkoplazmik retikuluma geri alınır. Aktomiyozin kompleksi ayrıldıktan sonra ATP, miyozinin enzimatik aktivitesiyle hidrolize edilerek yüksek enerjili miyozin-ADP-Pi kompleksi meydana gelir. ATP'nin hidrolizi, aktin ile miyozinin döngüsel olarak birleşme ve ayrılmasını sağlar. Böylelikle yeni bir döngü başlar. Miyozinlerin bir defada aktinlere bağlanıp, sürgü hareketi yapmasına ve bırakmasına bir devir (siklus) denir. Kasın kasılması sırasında bu devir bir çok defa tekrarlanır.

Eğer ortamda yeteri kadar ATP yoksa, çapraz köprüler açılmadığı için kas devamlı olarak kasılı kalır. Fakat normal şartlarda daima yeterli ATP bulunduğundan bu durum ortaya çıkmaz. Ölümü takiben hızla dil, gırtlak, çene kaslarında ve daha sonra vücudun diğer bölgelerindeki kaslarda ölüm katılığı ortaya çıkar. Fakat daha sonra lizozom zarlarındaki bozulma sonucu bu organeldeki enzimlerin açığa çıkmasıyla proteinler parçalanmaya dolayısıyla aktomiyozin de parçalanmaya başlar. Bu durum ölüm katılığının kalkmasına yol açar.

Kas kasılması sırasında aktin miyozin kompleksinin oluşturulması birçok kez tekrarlanır. Her seferinde miyozin moleküllerinin başları daha ilerideki bir aktin molekülüne bağlanır. Aktomiyozin kompleksinin oluşması, dönme ve aktomiyozin kompleksinin (çapraz köprü) ayrılmasını içeren üç kademeli bir devrin tamamlanması bir milisaniyede gerçekleşir. Bunun sonunda kas boyu orijinal uzunluğunun üçte biri kadar yani yaklaşık olarak 100 A° kadar kısalır.