Fisiología Molecular: Contracción muscular

Transcripción

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
• Actividad miogénica
Enrique Castro, © 2004
Motilidad basada en actina y miosina
Micrografía electrónica de músculo estriado
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
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
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
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
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
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)
Estructura del sarcómero
línea Z
línea M
banda I
zona H
banda A
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
Fisiología
Molecular:
Estructura
de nucleósidos
y nucleótidos
• Curva de fuerza
• Control neural
• Tipos de fibras
• Deuda de O2
• Relajación
Contracción muscular:
Modelo de filamentos deslizantes
Banda A
disco Z
Banda I
Acortamiento del sarcómero
≈ 30 % cada uno
relajado
contraído
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
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
Surco abierto
El "golpe de fuerza" de la miosina
Miosina(ADP+Pi)∙Actina
12 nm
+
Pi
Miosina(ADP)∙Actina
-
+
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
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
contracción
Fisiología
Molecular:
Estructura
de nucleósidos
y nucleótidos

• Curva de fuerza
• Control neural
• Tipos de fibras
• Deuda de O2
• Relajación
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+
Ca2+
Ca2+
Canal L
(DHP)
retículo
sarcoplásmico
Acopl. excitación-contracción:
potencial de acción muscular
AP delayed
& slow
AP
AP slow with plateau
Acoplamiento excitación-contracción
Fisiología
Molecular:
Estructura
de nucleósidos
y nucleótidos
• Curva de fuerza
• Control neural
• Tipos de fibras
• Deuda de O2
• Relajación
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
3.6 µm
x3.0
Musculo: curva tensión longitud
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
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
lentas
rápidas estímulo
todas
Potenciación
post-tetánica
(Ca2+ residual)
Fisiología
Molecular:
Estructura
de nucleósidos
y nucleótidos
• Curva de fuerza
• Control neural

Metabolismo muscular en ejercicio
• Tipos de fibras
• Deuda de O2
• Relajación
Músculo: mantenimiento de [ATP]
Músculo: fuentes de energía
Tipos de fibras musculares
Tipo I
•
•
•
•
•
Contracción lenta
Oxidativas
Pequeño Ø
Oscuras (mioglobina)
Resitentes
Tipo II
•
•
•
•
•
Contracción rápida
Glicolíticas
gran Ø
Pálidas
Fatigables
Características de los tipos
de fibras musculares
Músculo: reservas energéticas
Músculo: Deuda de O2
Fisiología
Molecular:
Estructura
de nucleósidos
y nucleótidos

• Curva de fuerza
• Control neural
• Tipos de fibras
• Deuda de O2
• Relajación

Control motor en m. liso
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)
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
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
Fisiología
Molecular:
Estructura
de nucleósidos
y nucleótidos

• Curva de fuerza
• Control neural
• Tipos de fibras
• Deuda de O2
• Relajación
 Control motor en músculo liso
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
Estimulación en músculo liso
Estimulación eléctrica
• neurogénica/miogénica
• Canales de Ca2+ en la membrana
Ondas lentas
Actividad
marcapasos
Estimulación humoral
• Reservorios intracelulares de Ca2+

Fisiología Molecular: Contracción muscular

Transcripción

Documentos relacionados

Características TIPOS DE MÚSCULOS

Corazón: Diario de un niño de Edmundo de amicis

Castro es Camino - Turismo de Castro Urdiales

Citoplasma-Citosol