Det blev for kedeligt at skrive om basal fysiologi og jeg har ikke haft meget tid på det sidste, eftersom jeg er startet i skole igen.
jeg har på det seneste undersøgt mekanismen bag hypertrofi. Det vil de næste log indlæg handle om ( hvilket jeg tror de fleste bb.dk brugere vil finde mere interessant ind basal fysiologi). De forskellige emner vil være signalerings veje, hormonal respons og skadet/inflammatorisk repsons, evt afrundet med en detaljeret gennemgang af protein-syntesen. Målet med det hele vil betyde at læseren vil få en dybere indsigt i, hvordan hans/hendes træning påvirker kroppen.
Hypertrofi i den tværstribede muskulatur
Muskelaktivering
En muskel skal aktiveres via en signalering, før der kan ske en hypertrofisk effekt. Det er frekvensen og antallet af motoriske enheder, samt nerveimpulser som er de vigtige faktorer. Det er type 2 fibrene, der kan skabe mest kraft, og dermed aktivere denne type muskelfibre også flest motoriske enheder, derfor skal disse type 2 fibre stimuleres så meget så muligt. Man aktivere disse type 2 fibre ved en eksplosiv koncentrisk bevægelse, og en langsom excentrisk bevægelse. Derfor har type 2 fibre også en bedre evne til øget hypertrofi.
Signalering
Når der dannes større muskelfibre, bliver flere forskellige signaleringer aktiveret, for at stimulere muskeltilvæksten. Disse signaleringer kan dele op i 3 hovedgrupper:
I. Via en mekanisk ændring af muskelfiberens form
II. Via hormonelt respons
III. Via Skades/Inflammatisk respons
Mekanisk ændring af muskelfibrenes form
Når man ændrer en muskelfibers form, enten ved en koncentrisk eller excentrisk bevægelse stimuleres forskellige veje, som muskel signaleringen går på, uafhængigt af ændringen af hormonbalancen eller andre vækstfaktorer. Den mekaniske ændring i muskelen kan skyldes tre forskellige veje, signaliseringen går på (dog skal det nævnes, at nogen af de andre vækstfaktorer også benytter disse veje).
De tre veje er:
I. Protein Kinase B – Mammalian Target of Rapamycin stien (Akt-mTOR signaleringsstien).
II. Adenosine Monophosphate – Activated Protein Kinase stien (AMPK signaleringsstien).
III. Mitogen – Activated Protein Kinase stien (MAPK signaleringsstien).
Akt-mTOR signaleringsstien
Akt bliver også kaldt for protein kinase B, er en vigtig del i pattedyrenes cellulære signalering.
mTOR er en serine/threoniene protein kinase, og den har til opgave, at regulere cellevækst, celleoverlevelse, cellernes evne til at bevæge sig, transkribtionen og derved også proteinsyntesen.
Når en muskelfiber forkortes, øges signaleringen fra Akt-mTOR. Signaleringen fra Akt-mTOR øger muskel proteinsyntesen, og dette resulterer i muskeltilvækst (hypertrofi).
Når en muskel bliver overbelastet, så tilføjer Akt en PO₄-forbindelse(fosforlysering, dette fosfor er fra det frie fosfor som bliver spaltet fra ATP til ADP), der så aktivere mTOR. Øgelsen af mTOR signaleringen ved en muskelkontraktion, kan også forekomme uden Akts aktivering. Hvis mTOR skal aktiveres uden Akts stimulering, sker det ved enzymet phospholipase D’s produktion af phosphotidssyre. Normalt binder alfa-aktinet sig til Z-båndene, hvilket normalt hæmmer phospholipase D, men ved gentagende ændringer i muskelfiberens form, vil phospholipase D løsrive sig fra alfa-aktinet. Det betyder at phospholipase D’s produktion af phosphatidsyre ikke hæmmes, og mTOR på den måde kan aktiveres.
mTOR er nu aktiveret, og dens signalering øger proteinsyntesen. Det sker ved, at den øger effektiviteten af translationen(antal mRNA pr. ribosom).
Når mTOR aktiveres tilføjer den PO4 på to primære steder. Det første sted er på p70 S6K (70kDa ribosomal protein S6 kinase) og det andet sted er på proteinet, eIF4E-BP1 (eukaryote indledende translations faktor, 4E- bindende protein 1).
Phosphorliseringen stimulere p70 S6K, og pga. sker der også en stimulering af underenheden S6, der er en del af det ribosomale protein 40S. Dette betyder, at S6 øger translationen af mRNA’s kodede ribosomale proteiner.
4E-BP1 er normalt forbundet til eIF4E, mTORs phosphorlisering gør så, 4E-BP1 river sig løs fra eIF4E. dernæst binder eIF4E sig til mRNA, og samler sig med eIF4A, som er en RNA helicase, og eIF4G som omdannes til translations ”komplekset” eIF4F.
For lige at resumere det kort kan man sige, at en muskel kontraktion aktivere mTORs signaleringsvej via Akt eller af phosphatidsyre. Dernæst phosphorlisere p70S6K og 4E-BP1, der aktivere det ribosomale protein S6 og translations faktoren eIF4E. det resultere så i, at mTOR øger translations effekten, der så tilslut øger proteinsyntesen, der til sidst ender med, at musklerne vokser.
Udover at aktivere mTOR, aktiverer Akt også enzymet GSK-3β og proteinet FOXO ved dens phosphorylering. Enzymet GSK-3β hæmmer eIF2B som hjælper til starten af mRNA’s translation, men ved denne phosphorylering bliver enzymet GSK-3β hæmmet. Dette resulterer i, at eIF2B’s hæmning af GSK-3β bliver mindre, og eIF2B kan være med til at øge den indledende translation af mRNA.
phosphorlyreringen af FOXO kan desværre gå ind og hindre stimuleringen af transskriptionen.
AMPK signalering
AMPK står for adenosin monophosphat-aktiverede protein kinase, og er et enzym. AMPK er en form for cellens ”energi center”, hvor en høj AMP (nucleotidet, adenosinmonophosphat) og en lav glykogen koncentration aktiverer enzymet AMPK, fordi dette inkluderer et lavt energiniveau i cellerne. Man kan sige, at AMPK fremmer energigivende processer som glucose og fedtsyre oxidation, men nedsætter produktionen i de energibrugende processer, såsom proteinsyntesen. AMPK’s signalering spiller altså også en rolle i forhold til hypertrofi, da den hæmmer proteinsyntesen med sin signalering, og derfor også hypertrofien i musklen. Dog mangler der stadig dokumentation på, hvor vigtig denne faktor er og dens omfang af indflydelse på muskel hypertrofi.
MAPK signalering
Mitogen-aktiveret protein kinase står MAPK for, og dens signalisering er en form for et netværk med mange veje/stier, som laver en række phosphorliseringer. Netværket er delt ind i 4 grupper, ERK 1/2 (extracellulært signal-reguleret kinase 1 og 2), p38 MAPK, c-Jun NH2-terminal kinase og ERK5.
Også disse signalerings veje/stier stimuleres ved en muskelkontraktion. Den cellulære effekt af MAPK resulterer i Phosphorliseringen og aktiveringen af forskellige transkribtionsfaktorer og andre hjælper . MAPK phosphorliserer også histon, og når der sker en kemisk ændring af histonet, sker der også en ændring i chromatin. Ændringen af chromatin, ændre så miljøet af nogle specifikke gener, og øger transkribtionen.
Det er videnskabeligt bevist, at der sker en ændring i MAPK signaleringen, umiddelbart efter styrketræning, MEN man ved stadig ikke, om denne signalering har en så stor betydning for muskelvækst.
kilder:
Hornberger TA, Stuppard R, Conley KE, et al. Mechanical stimuli regulate rapamycin-sentitive signalling by a phosphoinositide 3-kinase-, protein kinase B- and growth factor-independent mechanism. Biochem J 2004
Hornberger TA, Chu WK, Mak YW, et al. The role of phospholipase D and phosphattidic acid in the mechanical activation of mTOR signaling in skeletal muscle. Proc Natl Acad Sci USA 2006.
Bolster DR, Crozier SJ, Kimball SR, et al. AMP-activated protein kinase suppresses protein synthesis in rat skeletal muscle through down-regulated mammalian target of rapamycin (mTOR) signaling. J Biol Chem 2002
Long YC, Widegren U, zierath. Exercise-induced mitogenactivated protein kinase signalling in skeletal muscle, 2004