Fisiología Molecular: Contracción muscular
Anuncio
Fisiología Molecular: Estructura de nucleósidos y nucleótidos Contracción muscular Organización del sarcómero • Componentes moleculares • Sistemas de filamentos Mecanismo de la contracción • Modelo de filamentos deslizantes • Estructura y función de la miosina-ATPasa • Tropomiosina/Troponina y Ca2+ Acoplamiento excitación contracción • Potencial de acción muscular • Homeostasis del Ca2+ en R. sarcoplásmico. • Canales DHP y RyR: m. esqulético y cardíaco Fuerza de contracción y control motor • Curva de fuerza • Unidades motoras • Control neural Metabolismo muscular en ejercicio • Fuentes de energía y combustibles • Tipos de fibras • Deuda de O2 Contracción del músculo liso • Organización del sarcómero • Acoplamiento excitación-contracción • Relajación Control motor en m. liso • Unidades motoras • Actividad miogénica Enrique Castro, © 2004 Motilidad basada en actina y miosina Micrografía electrónica de músculo estriado Enrique Castro, © 2004 Organización del músculo estriado Fibra muscular sarcolema aberturas de túbulos t mitocondrias núcleo Túbulos transversos miofibrillas retículo sarcoplásmico miofibrilla línea M Banda I Banda A sarcómero zona H Sarcómero ≈ 2 µm Línea M Disco Z Filamentos finos actina Enrique Castro, © 2004 Filamentos gruesos miosina Actina: dinámica de filamentos Monómero: actina G • • • • surco 4 dominios / 2lóbulos Todo α ATP esencial (estabilidad) N-terminal unión a miosina ATP∙Mg2+ surco IV II I III N Filamentos: actina F • Doble hélice (28 mer, 36 nm; 7/9 nm ancho) • ATP esencial (estabilidad) • Polarizados Interacción con 4 vecinos Extremo ⊖ contactos hidrófobos 9 nm surco 36 nm N N 7 nm N N micrografías EM con tinción negativa Extremo ⊕ Extremo ⊕ polimerización Extremo ⊖ Baja Cc rápida ATP Enrique Castro, © 2004 contactos electrostáticos unión a miosina Alta Cc despolimerización lenta ADP Músculo: filamentos finos Componentes • • • • • • Actina F (estructura) Nebulina (longitud) Tropomiosina regulación Troponina CapZ Tropomodulina bloqueo Propiedades • Polarizado (+ a disco Z) • Longitud uniforme (nebulina) • Estabilidad (bloqueo) + - Tropomodulina Actina F CapZ (estabilidad) Tropomiosina inhibe unión a miosina nebulina control de longitud bloqueo ⊕ (estabilidad) entrecruzamiento DiscoZ α-actinina, desmina, vimentina anclaje y entrecruzamiento Enrique Castro, © 2004 Bloqueo ⊖ Troponina T, I, C (sensor Ca2+) Nebulina • • • • Muy larga (Mr≈700 kD) Filamento no elástico Dominio repetido (unión actina) Anclado en disco Z (regla molecular) La molécula de miosina II muscular Componentes • 2 cadenas pesadas (230kDa) • 4 cadenas ligeras: 2R+2E (20 kD) cabeza motora microgr afía EM CL esencial 65 nm CL reguladora hélice enrollada bisagras 16.5 nm 2 nm 95 nm 6.5 nm papaína S1 S2 HMM cadena pesada motivos IQ quimotripsina LMM P repeticiones de 28 aa ensamblaje Escalonamiento en fil grueso Enrique Castro, © 2004 La familia de las miosinas Dominio motor Hs M-IC 127 kD Motivos IQ unión a calmodulina SH3 MB Gg M-II músculo 223 kD CC Dineína Rn M-V 212 kD CC Ss M-VI 145 kD CC CC CC MyTH4 Hs M-VIIa 250 kD CC MyTH4 talina talina Zn2+ Hs M-IXb 230 kD Rho GAP Dominios PH MyTH4 Bt M-X 230 kD Enrique Castro, © 2004 CC talina Musculo: filamentos gruesos Propiedades • Polarizado: bipolar • Longitud uniforme • Asociación colas lado-a-lado (proteínas cementantes) ≈325 nm cabezas de miosina zona desnuda Linea M Paramiosina proteína C proteína M Intervalo 14.3 nm (rep 28 aa) Enrique Castro, © 2004 Estructura del sarcómero línea Z línea M banda I zona H banda A Enrique Castro, © 2004 línea Z banda I Organización del sarcómero Determinantes • Titina: elesticidad y longitud total (2x) • Miosina: filamentos gruesos (banda A) • Nebulina: longitud fil. finos (banda I) (2x) titina quinasa Disco Z fosforilación Disco Z N N nebulina PEVK Dom. elástico PEVK P 1 fosforilación Ig tándem D. quinasa x7 Ig/FNIII Ig tándem P x11 Ig/FNIII 27,000 ≈ 1 µm (depende del músculo) Anclaje del sarcómero • Red de desmina (sinemina/Z, esquelemina/M) • Anclaje a la membrana: distrofina (y matriz extracelular) Transmisión de tensión Triple hélice Enrique Castro, © 2004 Fisiología Molecular: Estructura de nucleósidos y nucleótidos Contracción muscular Organización del sarcómero • Componentes moleculares • Sistemas de filamentos Mecanismo de la contracción • Modelo de filamentos deslizantes • Estructura y función de la miosina-ATPasa • Tropomiosina/Troponina y Ca2+ Acoplamiento excitación contracción • Potencial de acción muscular • Homeostasis del Ca2+ en R. sarcoplásmico. • Canales DHP y RyR: m. esqulético y cardíaco Fuerza de contracción y control motor • Curva de fuerza • Unidades motoras • Control neural Metabolismo muscular en ejercicio • Fuentes de energía y combustibles • Tipos de fibras • Deuda de O2 Contracción del músculo liso • Organización del sarcómero • Acoplamiento excitación-contracción • Relajación Control motor en m. liso • Unidades motoras • Actividad miogénica Enrique Castro, © 2004 Contracción muscular: Modelo de filamentos deslizantes Banda A disco Z Banda I Acortamiento del sarcómero ≈ 30 % cada uno relajado contraído Enrique Castro, © 2004 disco Z Actividad ATPasa de misosina ATP ADP baja afinidad alta afinidad Miosina(ADP)∙Actina Miosina(ATP) ADP Actina Pi X 200 Miosina(ADP) liberación de Pi estimulada Miosina(ADP+Pi) Miosina es una ATPasa activada por actina Enrique Castro, © 2004 ATP Pi Estructura del fragmento S1 de miosina (motor) Estructura del fragmento S1 (motor) de miosina cadena ligera reguladora región de 50 kDa dominio superior bolsillo del nucleótido región de 20 kDa, ‘brazo’ Surco unión a actina dominio inferior región de 25 kDa Forma ADP alta afinidad cadena ligera esencial Forma ATP baja afinidad ATP ADP G457 Surco cerrado Enrique Castro, © 2004 Surco abierto El "golpe de fuerza" de la miosina Miosina(ADP+Pi)∙Actina 12 nm + Pi Miosina(ADP)∙Actina - + Enrique Castro, © 2004 Generación de trabajo por la ATPasa miosina amartillado espontáneo la unión de ATP rompe la asociación 1 2 ATP ADP (brazo acodado) 3 Asociación débil (lento) Pi 6 5 la re-asociación genera el golpe de fuerza Enrique Castro, © 2004 4 la ATPasa es irreversible porque 5 es mecánicamente inestable Se une a +2 Control de la interacción actina-miosina Control de la contracción por tropomiosina-troponina relajación unión actina-miosina bloqueada Tropomiosina Troponina T I C [Ca2+]i < 1µM [Ca2+]i > 1µM troponina C cambio conformacional Enrique Castro, © 2004 contracción Fisiología Molecular: Estructura de nucleósidos y nucleótidos Contracción muscular Organización del sarcómero • Componentes moleculares • Sistemas de filamentos Mecanismo de la contracción • Modelo de filamentos deslizantes • Estructura y función de la miosina-ATPasa • Tropomiosina/Troponina y Ca2+ Acoplamiento excitación contracción • Potencial de acción muscular • Homeostasis del Ca2+ en R. sarcoplásmico. • Canales DHP y RyR: m. esqulético y cardíaco Fuerza de contracción y control motor • Curva de fuerza • Unidades motoras • Control neural Metabolismo muscular en ejercicio • Fuentes de energía y combustibles • Tipos de fibras • Deuda de O2 Contracción del músculo liso • Organización del sarcómero • Acoplamiento excitación-contracción • Relajación Control motor en m. liso • Unidades motoras • Actividad miogénica Enrique Castro, © 2004 Acoplamiento excitación-contracción Control de la contracción por Ca2+ en el músculo estriado nervio canal de Ca2+ despolarización Túbulo T Ca2+ bomba de Ca SERCA 2+ ATP ADP + Pi Ca2+ Ca2+ canal de liberación de Ca2+ Enrique Castro, © 2004 Ca2+ Ca2+ Canal L (DHP) retículo sarcoplásmico Acopl. excitación-contracción: potencial de acción muscular AP delayed & slow AP AP slow with plateau Enrique Castro, © 2004 Enrique Castro, © 2004 Enrique Castro, © 2004 Acoplamiento excitación-contracción Enrique Castro, © 2004 Enrique Castro, © 2004 Fisiología Molecular: Estructura de nucleósidos y nucleótidos Contracción muscular Organización del sarcómero • Componentes moleculares • Sistemas de filamentos Mecanismo de la contracción • Modelo de filamentos deslizantes • Estructura y función de la miosina-ATPasa • Tropomiosina/Troponina y Ca2+ Acoplamiento excitación contracción • Potencial de acción muscular • Homeostasis del Ca2+ en R. sarcoplásmico. • Canales DHP y RyR: m. esqulético y cardíaco Fuerza de contracción y control motor • Curva de fuerza • Unidades motoras • Control neural Metabolismo muscular en ejercicio • Fuentes de energía y combustibles • Tipos de fibras • Deuda de O2 Contracción del músculo liso • Organización del sarcómero • Acoplamiento excitación-contracción • Relajación Control motor en m. liso • Unidades motoras • Actividad miogénica Enrique Castro, © 2004 Músculo: generación de tensión Reposo Isométrico • Sarcómeros contraídos • Elásticos tensionados • Sin acortamiento Isotónico • Sarcómeros más contraídos • Elásticos ya tensionados • Acortamiento del músculo Longitud del músculo elementos elásticos sarcómeros Tipos de contracción muscular Tensión, % del máximo La tensión es proporcional al solapamiento (puentes cruzados) 2.1 µm 2.6 µm 1.2 µm acortamiento estiramiento x0.5 Longitud en reposo Enrique Castro, © 2004 3.6 µm x3.0 Musculo: curva tensión longitud Enrique Castro, © 2004 Control motor: unidad motora Unidad motora: Fibras inervadas por una motoneurona • Fibras individuales todo-o-nada • Fibras dispersas (gradación) • Umbrales diversos (gradación) • Fibras asíncronas (gradación y fatiga) Médula espinal Divergencia: • 1:1 en finos (dedos) • 1:200 en potentes (piernas) nervio motor Regulación de la tensión: • • • • Frecuencia de disparo Patrón de disparo Reclutamiento de unidades Fatiga asíncrona Enrique Castro, © 2004 Axones individuales Control motor: regulación de la tensión muscular Frecuencia de descarga Individuales: músculo relaja entre estímulos Tétanos no fusionado Rango normal Sumación: músculo no relaja entre estímulos Tétanos fusionado (tensión constante) Patrón de descarga Correciones rápidas Reclutamiento de fibras • Bajo - alto umbral • Lentas - rápidas • Fatiga asíncrona Enrique Castro, © 2004 lentas rápidas estímulo todas Potenciación post-tetánica (Ca2+ residual) Fisiología Molecular: Estructura de nucleósidos y nucleótidos Contracción muscular Organización del sarcómero • Componentes moleculares • Sistemas de filamentos Mecanismo de la contracción • Modelo de filamentos deslizantes • Estructura y función de la miosina-ATPasa • Tropomiosina/Troponina y Ca2+ Acoplamiento excitación contracción • Potencial de acción muscular • Homeostasis del Ca2+ en R. sarcoplásmico. • Canales DHP y RyR: m. esqulético y cardíaco Fuerza de contracción y control motor • Curva de fuerza • Unidades motoras • Control neural Metabolismo muscular en ejercicio • Fuentes de energía y combustibles • Tipos de fibras • Deuda de O2 Contracción del músculo liso • Organización del sarcómero • Acoplamiento excitación-contracción • Relajación Control motor en m. liso • Unidades motoras • Actividad miogénica Enrique Castro, © 2004 Músculo: mantenimiento de [ATP] Enrique Castro, © 2004 Músculo: fuentes de energía Enrique Castro, © 2004 Tipos de fibras musculares Tipo I • • • • • Contracción lenta Oxidativas Pequeño Ø Oscuras (mioglobina) Resitentes Enrique Castro, © 2004 Tipo II • • • • • Contracción rápida Glicolíticas gran Ø Pálidas Fatigables Características de los tipos de fibras musculares Enrique Castro, © 2004 Músculo: reservas energéticas Enrique Castro, © 2004 Músculo: Deuda de O2 Enrique Castro, © 2004 Fisiología Molecular: Estructura de nucleósidos y nucleótidos Contracción muscular Organización del sarcómero • Componentes moleculares • Sistemas de filamentos Mecanismo de la contracción • Modelo de filamentos deslizantes • Estructura y función de la miosina-ATPasa • Tropomiosina/Troponina y Ca2+ Acoplamiento excitación contracción • Potencial de acción muscular • Homeostasis del Ca2+ en R. sarcoplásmico. • Canales DHP y RyR: m. esqulético y cardíaco Fuerza de contracción y control motor • Curva de fuerza • Unidades motoras • Control neural Metabolismo muscular en ejercicio • Fuentes de energía y combustibles • Tipos de fibras • Deuda de O2 Contracción del músculo liso • Organización del sarcómero • Acoplamiento excitación-contracción • Relajación Control motor en m. liso • Unidades motoras • Actividad miogénica Enrique Castro, © 2004 Músculo liso: organización fibrilar Elementos: • • • • F. tensión (actina) F. intermedios (vimentina, desmina) Cuerpos densos Placas de adhesión Sin organización regular (no estriado) Globular al contraer Relajado: red de fibras contracción Fibras de tensión (Haces de citoesqueleto de actina) Placas de adhesión organizadores α-actinina, vinculina. desmina Red de tensión anclaje (membrana, extracelular) Cuerpos densos organizadores (disco Z) α-actinina, desmina Fibras de miosina (fil gruesos) Unidad de contracción relajada anclaje anclaje Miosina camina contracción largas distancias (no hay sarcómero) Enrique Castro, © 2004 contraída Músculo liso: activación de la maquinaria contractil Actina/Caldesmón Caldesmon∙Ca2+∙Calmodulina Caldesmon-P -P Ca2+ Caldesmon Calmodulina PKC Ca2+ Caldesmón sustituye troponina Actina∙TM∙Caldesmon Relajado Miosina/MLCK Actina∙TM∙Miosina Activo Mecanismo principal Inactiva PKC Activa ATP ADP quinasa Rho MLCK Inactiva Enrique Castro, © 2004 P S19 Actividad ATPasa de miosina T9 P P P proteína G Rho Ca2+ calmodulina Contracción en músculo liso: características Lenta (retrasado y despacio) Fuerza Aeróbica 1/10-1/300 del esquelético 1.5-2 veces del esquelético (poco consumo O2) No fatiga Mecanismo de cerrojo Múltiples vías de activación Miosina desfosforilada rigor (puentes cruzados) Velocidad de contracción delas tres clases de músculo Enrique Castro, © 2004 Fisiología Molecular: Estructura de nucleósidos y nucleótidos Contracción muscular Organización del sarcómero • Componentes moleculares • Sistemas de filamentos Mecanismo de la contracción • Modelo de filamentos deslizantes • Estructura y función de la miosina-ATPasa • Tropomiosina/Troponina y Ca2+ Acoplamiento excitación contracción • Potencial de acción muscular • Homeostasis del Ca2+ en R. sarcoplásmico. • Canales DHP y RyR: m. esqulético y cardíaco Fuerza de contracción y control motor • Curva de fuerza • Unidades motoras • Control neural Metabolismo muscular en ejercicio • Fuentes de energía y combustibles • Tipos de fibras • Deuda de O2 Contracción del músculo liso • Organización del sarcómero • Acoplamiento excitación-contracción • Relajación Control motor en músculo liso • Unidades motoras • Actividad miogénica Enrique Castro, © 2004 Tipos de control neural de m. liso Unitario • inervación única común • Músculo sincitial • Respuesta conjunta Propagación: Difusión extracelular de NT acoplamiento eléctrico (conexinas) Una solo unidad motora controla la masa de tejido Multiunitario • inervación única individual • Músculo no sincitial • Respuesta individual Múltiple unidades motoras controlan el músculo Regulación fina Enrique Castro, © 2004 Enrique Castro, © 2004 Estimulación en músculo liso Estimulación eléctrica • neurogénica/miogénica • Canales de Ca2+ en la membrana Ondas lentas Actividad marcapasos Estimulación humoral • Reservorios intracelulares de Ca2+ Enrique Castro, © 2004 Enrique Castro, © 2004 Enrique Castro, © 2004
