• Author / Uploaded
• rick

• Categories
• Acetilcolina
• Contracción muscular
• Músculo esquelético
• Unión neuromuscular
• Neurona motora

Citation preview

Karson Phippen BIOL 2420  Vitalis         All or Nothing: A Case Study in Muscle Contraction Due: Oct 20 11:59pm Extra credit: up to 6 pts   2 pts for each part.  Read the PDF for the story lines and the  associated word banks and data tables.  Since you are given incremental pieces of  information, it is most interesting to do each question sequentially.  You can complete  portions of the entire case study (eg what looks most interesting to you) for partial credit   I want to acknowledge that this case study was written by graduate students and their  advisor at Texas Tech Univ, and I am grateful that they have made it publically available. If you choose to work this case study, it will help you learn the steps of nervous system  stimulation of skeletal muscle and the molecular process of muscle contraction by  discovering what happens when one of the steps ‘goes wrong’.   Note that it is  considerable work for the points, yet ought to be a valuable learning experience. Part I – The Tour  Questions  Use the word bank (see PDF document) to match the appropriate letter to the  definitions/descriptions :   1. __(d) Actin_ Thin contractile protein involved in cross­bridge formation, comes in  filamentous or globular forms.  2. __(i) Synaptic vesicles _ Store neurotransmitters, and following a Ca2+ driven  signal, dump neurotransmitters into the synapse.  3. _(n) Synaptic terminal__ The structure at the end of the axon that contains  neurotransmitters and vesicles.  4. __(p) Sarcomere _ The functional unit of the muscle fiber that includes the A­band, I­band, H­zone and the M­line.  5. _(a) Sodium__ The ion responsible for depolarizing the muscle membrane by  traveling through the nACh receptor, down its electrochemical gradient.  6. _ (m) Ryanodine receptor __ Located on the sarcoplasmic reticulum and once  opened, allows Ca2+ flow from the sarcoplasmic reticulum into the sarcoplasm.  7. _(c) Myosin__ Thick filamentous contractile protein involved in cross­bridge  formation, has a club­like appearance with a “head.”  8. _(e) Acetylcholine (ACh)__ A neurotransmitter derived from choline; responsible  for sending the excitatory signal in the neuromuscular junction. 

Karson Phippen 9. _(j) T-tubule__ These invaginations allow depolarization of the muscle membrane to quickly penetrate from the sarcolemma to the myofibril.  10. _(g) Motor end plate__ Large and complex terminal formation by which an axon of a motor neuron establishes synaptic contact with a skeletal muscle fiber, transmitting  neural impulses to a muscle.  11. _(o) Sarcolemma__ The plasma membrane of a muscle fiber.  12. _(h) Acetylcholinesterase (AChE)__ The enzyme responsible for stopping the  ACh signal. Functions by metabolizing ACh into choline, which is recycled, and acetate.  13. _(b)Nicotinic acetylcholine receptor (nACh)__ Responsible for opening a  ligand­gated Na+/K+ channel in the muscle membrane when the proper ligand binds to it. 14. _(l) Dihydropyridine receptor __ A L­type calcium channel in the muscle cell  membrane, activated upon depolarization, couple depolarization signal to release of  calcium.  15. __(f) Depolarization_ An electrical change which brings the relative charge of the inside of the cell more positive; necessary for transmission of electrical impulses within a cell, or from one cell to another.  16. _(k) Sarcoplasmic reticulum __ Modified endoplasmic reticulum, stores and releases  calcium.  Exercise  Using the sliding filament theory draw and explain the process of sarcomere shortening.  Start from the point where calcium would interact with troponin. Make sure to include  the roles of actin, myosin, and ATP.

Karson Phippen

Part II – Jeff Slater 

Questions  1. What symptoms is Jeff experiencing?  Dizzines, increase HR, SOB, muscle cramps, unconciousness. 2. What is the role of AChE in the NMJ?  Degrades or clears Ach in the synaptic cleft 3. Which of Jeff’s levels are abnormal?  AChE Activity percentage is low 4.

What is the mechanism of action of sarin or a sarin­like chemical?  Sarin inhibits/inactivates acytlcholinesterase, by covalently bond to the active site and  disables its function. Leading to a increase in of Ach in the NMJ

Karson Phippen 5.

How would exposure to a sarin­like poison affect the amounts of Na+ going into the  muscle cell? Explain why.  The excess Ach would continuatly stimulate Cholinergenic  receptors and leave the ion channels open flooding muscle cell with Na+, continually  depolarizing the membrane and send a continual signal.

6.

How would exposure to a sarin or sarin­like chemical affect Ca2+ levels inside the  sarcoplasmic reticulum? Why?  The contiunal electrical signal would continually stimulate DHSR and therfore the  Ryanodine receptor, opening the Calcium channels allowing them to continually bind to  the troponin.

7.

How do these altered Ca2+ levels affect the position of the actin and myosin filaments?  Why/how?  Ca2+ Binds to Troponin, which moves the Tropomyosin and exposes the G sites on the  actin, this allows the heads of the myosin to form crossbridges causing power strokes,  shortening the sarcomere and leading to contraction or constriction.

8.

What needs to happen to Jeff’s post­synaptic membrane to remedy his paralysis?  Physiologically what do we need more of, and where?  Muscarrinic Ach receeptors need to be antagonized, and Cholinesterases regenerated  inorder to be clear the synapse of the ACh. Part III – Sandy Thompson 

Questions  1. 2.

What symptoms is she experiencing? Drooping eyelids, Weakness in arms and Legs, diffuculty speaking and swalloing, Muscle fatigue and weakness What levels from her blood work are abnormal?  Antibodies for Ach Receptors are present all other results are WNL (within  Normal Limits)

Karson Phippen 3.

How would antibodies against ACh receptors affect the neuromuscular junction?  AChR antibodies hinder Ach actions, Bind to Ach receptors and destroys them, prevent  binding of ACh, remove ACh from the NMJ

4.

How would antibodies against the ACh receptors affect the influx of Na+ into the cell?  Inhibit the depolarization and electrical signaling down the t tublues and limit the opening  of the Ryanodine receptors

5.

How would antibodies against the ACh receptors affect the levels of Ca2+ inside the  sarcoplasmic reticulum?  Limited function of Ryanodine receptors, caused by low Ach and signal conduction,  would not release the Ca 2+ from the vesicles, causing it to retain the high storage.

6.

What effect does this have on the actin and myosin filaments?  The lack of Ca2+ would mean that the Tropomyosin would remain blocking the G sites  and inhibit the Myosin from making bonds with Actin, limiting muscle contractions  7. What disorder does Sandy have? How do we treat/manage this diagnosis?  Myathenia Gravis MG treatment and management include, blood tranfusion, muscle  stregnhers, steroids to reduced the inflamioty response Thymectomy or removal of the  thymus gland 8.  Using the below table, compare the muscle contraction problems faced by Jeff and  Sandy to that of a normal person. Use normal, increased, decreased to complete the table. 

SR Ca2+  release 

Cross  Frequency of  bridge  muscle  formation contraction 

ACh 

AChE 

ACh Receptors  Na+ influx 

Healthy  person 

Normal

Normal

Normal

Normal

Normal

Normal 

Normal

Jeff 

Increased

Inactive

Over Excited

Increased

Increased

Increased

Increased

Sandy 

Decreased

 Normal  Malfunction/  but Clears  Inhibited low ACh

Decreased

Decreased

Decreased Decreased