KAS KASILMASININ BİYOKİMYASI

Filed under: by: İbrahim TERLEMEZ

Kas liflerinin aktivitesinin kontrolunda sarkolemma, transvers tübüller ve sarkoplazmik retikulum birlikte rol oynarlar. Kasların uyarılma, kasılma ve gevşeme ile ilgili yapısal bileşenleri şekil 45-2’de gösterilmiştir. Sinirin uyartılmasını takiben sarkolemma tarafından motor son-plak bölgesinden kas lifinin her iki ucuna doğru bir aksiyon potansiyeli iletilir. Depolarizasyon dalgası transvers tübüllerin duvarları boyunca lifin iç kısmına hızla yayılır. Sarkoplazmik retikulumun terminal sisternaları ile transvers tübüller üçlü olarak isimlendirilen noktalarda yakın bir ilişki gösterirler. Burada, transvers tüplerin depolarizasyonu bu tüplerin membranındaki voltaja duyarlı kalsiyum kanallarının yapısını değiştirir. Bu değişiklik, komşu sarkoplazmik retikulum (SR) membranındaki büyük bir proteinin (ryanodin reseptörü) internal bir kalsiyum gözeneğini açmasına yol açar ve bunun sonucunda depolanmış kalsiyum SR’u terkederek sitoplazmaya akar. Salınan kalsiyum, düzenleyici protein olan troponin’e bağlanır ve bu bağlanma sayesinde kontraktil protein olan aktin üzerine troponin-tropomiyozin sistemi ile sağlanan inhibisyon ortadan kaldırılır. Bu ise ince filamentlerdeki aktin molekülleri ile kalın filamentlerdeki miyozin molekülleri arasında bir etkileşim olmasına ve kasılma için gerekli enerjiyi sağlamak üzere miyozin adenozin trifosfatazın (ATPaz) hızlı bir şekilde adenozin trifosfatı (ATP) parçalamasına zemin hazırlar. Bu kimyasal değişiklik filamentlerin bir diğeri üzerinde geriye kaymasına ve kas lifinin kısalmasına yol açar. Sarkoplazmik retikulum tarafından aktif (enerji bağımlı) bir kalsiyum geri alımı ile gevşeme oluşur.

Kas kasılması için enerji sağlayan ATP’nin pirofosfat bağları, yüksek enerjili fosfat bağlarının depolandığı kas fosfojen kreatin difosfat ile değişimi kapsayan bir reaksiyon ile sürekli olarak yenilenmelidir. Hem kasılma hem gevşeme olayındaki bu etkileşimler kreatin kinazın (CK) varlığını gerektirir. Diğer önemli bir kas proteini olan miyoglobin’in oksijen transferinde fonksiyonu vardır ve bu değişim sırasında bir dizi oksidatif enzim rol oynar. Daha önce vurgulandığı gibi hücre içi kalsiyum kas aksiyon potansiyeli ile salınır ve aktin ile miyozin filamentleri gevşeme sırasında bir diğeri üzerinde tekrar geriye kaymadan önce sarkoplazmik retikulumun kesecikleri (cisternae) içine tekrar toplanmalıdır. Bu kalsiyum geri alımı büyük miktarda bir enerji harcaması gerektirir. Örnek olarak; fosforilaz eksikliği (Mc Ardle hastalığı) veya fosfofruktoz kinaz eksikliğindeki kontraktürler gibi bir enzim eksikliği nedeni ile ATP’nin hatalı üretimi olduğunda kas kısalmış (kasılı) durumda kalır. Aynı türden kısalma belli yumuşakçaların “yakalama kaslarının” bazılarında normal şartlarda oluşur ve memelilerdeki rigor mortis’in temelini oluşturur.


Kasın metabolik aktivitesinde (özellikle görece anaerobik şartlarda) pek çok glikolitik ve diğer enzimler (transaminazlar, aldolaz, CK) kullanılır. Kas lifleri, içerdikleri oksidatif ve glikolitik enzim oranları açısından birbirlerinden farklıdırlar. Glikolitik enzimler yetersiz kan akımı durumunda kasılma süresi boyunca kas lifinin anaerobik metabolizmayı sürdürebilme kapasitesini belirler. Oksidatif enzimler yönünden zengin kas lifleri (tip 1 lifler) daha fazla sayıda mitokondria ve daha fazla myoglobin (bu nedenle kırmızı görünürler) içerirler, daha yavaş kasılır ve gevşerler, daha tonik şekilde ateşlenir ve oksidatif enzimlerden fakir kas liflerine göre daha az yorulurlar. İkinci tip kas lifleri (tip 2 lifler) patlar tarzda ateşlenir ve süreklilik gösterenlerin aksine hızlı fazik reaksiyonlarda kulanılırlar. Kasılmanın hızını idare eden miyozin ATPaz aktivitesinin miktarı oksidatif yönden zengin liflerde düşük, glikolitik yönden zengin liflerde yüksektir. Mikroskopik kesitlerde bu iki lif tipini tanımak için pH 9.4’de miyozin ATPaz boyası kullanılır. Tip 1 liflerde miyozin ATPaz içeriği düşüktür ve tip 2 liflerde (fosforilatif-zengin) bu enzimin düzeyi yüksektir. Bu nedenle tip 1 lifler soluk, tip 2 lifler koyu boyanır (pH 4.6’da ters reaksiyon olur). Bir motor üniteye ait tüm lifler aynı tiptendir. Komşu nöronlar öldükten ve bunlara ait kas lifleri denerve olduktan sonra tek bir motor nöron tarafından kas liflerinin reinervasyonu bu özellik sayesinde saptanabilir (lif tipi gruplaşması).

Kas hücresinin çeşitli aktiviteleri devam ettirebilmesi için gerekli enerji büyük oranda karbohidrat (kan glukozu, kas glikojeni) ve yağ asidi (plazma serbest yağ asitleri, esterleşmiş yağ asitleri ve keton cisimleri) metabolizmasından elde edilir. Dallı zincirli ve diğer aminoasitlerden daha az katkı vardır, ancak uzamış egzersizlerde bu katkı artabilir.

Kaslar için en kolay ulaşılabilecek enerji kaynağı kas hücrelerinde sentezlenen ve depolanan glikojendir. Yüksek iş yükünde ve submaksimal egzersizin erken evrelerinde kas enerji gereksiniminin %90’dan fazlasını sağlar. Egzersiz devam ettiği sürece kan glukozu ve serbest yağ asitleri tarafından hücre içi glikojeni tekrar idame ettirilir. Serbest yağ asitleri endojen trigliseritlerden (çoğunlukla tip 1 liflerde bulunur), dolaşımdaki lipoproteinlerden salınan trigliseritlerden ve yağ dokusunun lipolizinden elde edilir. İstirahat halindeki kas için gerekli enerjinin büyük bölümü yağ asitleri tarafından karşılanır.

Bu substratların kas hücrelerine nakli, bunların hücre içi sentezi, anaerobik ve aerobik hücre koşullarında yıkımları ile ilgili enzimatik reaksiyonlar kapsamlı olarak araştırılmış ve ilgili enzimlerin çoğu saptanmıştır. Bu konu çok komplike olduğundan bir nöroloji ders kitabında anlatılması zordur, ancak kas lifini harap etmeksizin farklı biçimlerde kasın kasılma fonksiyonunu bozabilen bir çok hastalığın var olduğu bilinir. Genetik kontrol altında olan özel enzim noksanlıkları karbohidrat kullanımını (miyofosforilaz, “debrancher” enzim, fosfofruktokinaz, fosfogliseromutaz ve miyoadenilat deaminaz), yağ asidi kullanımı (karnitin ve karnitin palmitol transferaz noksanlıkları), piruvat metabolizması ve sitokrom oksidaz aktivitesini (mitokondrial hastalıklarda) etkileyebilir. Bu enzimatik bozukluklar sonraki bölümlerde ele alınmıştır.

Türkçeye Çeviren : Prof. Dr. Suat TOPAKTAŞ, Prof. Dr. Kamil TOPALKARA