1) El documento describe la bioquímica y estructura del músculo esquelético, incluyendo las proteínas involucradas como la actina, miosina y troponina, y cómo interactúan para causar la contracción muscular a través del deslizamiento de filamentos. 2) También describe las diferencias entre los músculos esqueléticos, lisos, cardiacos y las bases bioquímicas de estados como la tetania y rigor mortis. 3) Finalmente, explica las diferencias entre los músculos oxidativos rojos y los

1. BIOQUIMICA Y ESTRUCTURA DEL MUSCULO
La comprensión de los eventos moleculares de la contracción muscular yace en
el modelo de deslizamiento de la contracción. Este modelo se puede aplicar al
músculo liso, esquelético, cardiaco y otros tipos de actividad contráctil
incluyendo eventos quimicomecánicos como la locomoción de una célula
individual y la endocitosis mediada por receptores. Debido a que la bioquímica
de estos eventos es más clara para el músculo esquelético, esta discusión se va
a enfocar en el músculo esquelético (aunque, cuando sea necesario, se
señalará cuando existan diferencias entre otros tipos de músculos). Las
características bioquímicas que diferencian las células de respuesta rápida y
respuesta lenta en el tejido muscular y las bases bioquímicas de algunos
estados patofisiológicos del músculo, incluyendo tétano, fatiga y rigor mortis
serán también revisadas.
El músculo esquelético comprende más o menos el 40% del peso corporal del
cuerpo humano y se constituye de células largas multinucleadas y cilíndricas
llamadas fibras musculares.
La membrana plasmática de las fibras musculares se denomina sarcolema.
Cada músculo está conformado por fajos de estas fibras ó células integradas en
una matriz de tejido conectivo conocido como el endomisio. Los paquetes de
fibras con el endomisio están rodeadas de una vaina de tejido conectivo fibroso
denominada perimisio. Un fascículo incluye el perimisio y todos sus contenidos.
El músculo consiste de varios fascículos albergados en una capa externa de
tejido conectivo conocida como la septa perimisial. El paso de la actividad
contráctil de cada fibra individual a un movimiento anatómico se da a través de
este sistema continuo de tejido conectivo y vainas que ultimadamente se
convergen para formar los tendones.
Dentro del sarcolema existe el sarcoplasma que contiene todos los elementos
subcelulares además de miofibrillas largas y prominentes. Cada miofibrilla está
constituida de varias proteínas filamentosas contráctiles que pueden extenderse
desde un extremo de la célula al otro. Las miofibrillas son el elemento más
conspicuo en las miofibras esqueléticas y constituyen alrededor del 60% de la
proteína de las miofibras. Una miofibrilla está compuesta de muchas unidades
estructurales conocidas como sarcómeras las cuales están organizadas de
manera continua de extremo a extremo. Las proteínas de unión entre los
sarcómeros forman la línea Z y por ende una sarcómera se extiende a lo largo
de una miofibrilla desde una línea Z hasta la siguiente línea Z. Los sarcómeros
están compuestos principalmente de filamentos delgados de actina y filamentos
gruesos de miosina y representan la unidad funcional del músculo. La acción
contráctil del músculo esquelético resulta de la coordinación entre la contracción
y elongación de millones de sarcómeras. La relación entre las proteínas
musculares y los músculos se describen a continuación:
En reposo y cuando no existe una contracción muscular, los sitios de unión de la
miosina en la actina están ocultos y la miosina se encuentra en un estado
conformacional de alta energía (M*), listas para entrar en un ciclo contráctil. La

2. energía de la hidrólisis del ATP es usada para llevar a la miosina de un estado
conformacional de baja energía (M) a un estado de alta energía, como se
observa a continuación:
(M-ATP) <——> (M*-ADP-Pi)
Cuando el calcio en el citosol aumenta y los sitios de unión de la miosina en la
actina se hacen disponibles, se forma un complejo actino miosina, seguido de la
disociación secuencial de Pi y ADP con la conversión de miosina a su estado
conformacional de baja energía. Estos eventos están acompañados de la
translocación simultánea del filamento delgado hacia la línea M del sarcómero.
Estos últimos eventos (que se resumen en las siguientes 2 ecuaciones)
comprenden el power stroke del ciclo contráctil. Nótese que la energía requerida
para el power stroke se deriva del ATP, a través de una conversión de un
cambio conformacional de baja energía de miosina a un estado conformacional
de alta energía. Una analogía útil es que el ATP carga el gatillo de la miosina y
la formación del complejo actino miosina dispara este gatillo, liberando la
energía almacenada.
(M*-ADP-Pi) + A <——> (M*-ADP-A) + Pi
(M*-ADP-A) <——> (M-A) + ADP
Al final del power stroke, el complejo actino miosina se mantiene intacto hasta
que más ATP se haga disponible. La unión del ATP a la miosina es una
reacción muy exergónica con el resultado de que el ATP desplaza a la actina de
las cabezas de la miosina, como se indica en la siguiente ecuación. Por ende,
se dice que el ATP se requiere para la relajación muscular en la cual la miosina
se encuentra en su estado conformacional de alta energía. Es importante notar
que el producto final (M-ATP) también es el primer sustrato para la primera
reacción (mostrada anteriormente), lo cual completa las reacciones del ciclo
contráctil.
(MA) + ATP <——> (M-ATP) + A
Regulación del Calcio Sarcoplasmático
Los eventos que estimulan la actividad muscular al elevar el calcio
sarcoplasmático empiezan con una excitación neuronal en la unión
neuromuscular. La excitación induce despolarización local del sarcolema lo cual
se difunde a través del sistema de túbulos T y hacia el interior de la miofibra. La
despolarización del túbulo T se difunde al retículo sarcoplasmático (SR), lo cual
causa que se abran los canales de calcio voltaje-dependientes localizados en las
membranas del SR. A este evento le sigue un movimiento rápido y masivo de
calcio desde las cisternas hasta el sarcoplasma el cual se encuentra cerca de las
miofibrillas. Las concentraciones de calcio elevadas influyen en la subunidad Tn-
C de la troponina lo cual resulta en múltiples power strokes las cuales se siguen
dando siempre y cuando las concentraciones de calcio se mantengan sobre 1 a 5
micromolares.

3. Relajación Muscular
Normalmente, cuando no hay actividad eléctrica en la unión mioneural, la
actividad contráctil se detiene y sobreviene un estado de relajación. La
membrana sarcoplasmática regresa a su potencial en reposo (más o menos 60
mV más positivo afuera de la célula), al igual que todo el sistema de túbulos T y
la membrana del SR. Subsecuentemente, el calcio sarcoplasmático regresa a la
cisterna del RS a través de una bomba de calcio ATP-dependiente, la cual es
una de las proteínas más importantes de la membrana del RS. Por cada ATP
hidrolizado, 2 iones de calcio son sacados del sarcoplasma hasta que
finalmente los niveles de calcio caen a 0.1 micromolares ó 50 a 100 veces más
bajos que el KD necesario para que el calcio se pueda unir al Tn-C. La superficie
de la cisterna de la membrana del RS también contiene cantidades altas de una
glicoproteína conocida como calsecuestrina. La calsecuestrina se une al calcio
con gran avidez lo cual disminuye las concentraciones de calcio en las cisternas
y así favoreciendo la acumulación de calcio. También existen depósitos de
calcio en la matriz mitocondrial ya que ésta tiene una bomba de calcio la cual es
impulsada por un potencial quimiosmótico generado por el transporte de
electrones. Bajo condiciones aeróbicas, esta bomba usa la energía del
transporte de electrones para acumular calcio en la matriz mitocondrial, en vez
de sintetizar ATP.
Tetania y Rigor Mortis
La tetania es una condición de hipercontracción muscular que se da después de
un periodo prolongado de repetitiva estimulación muscular el cual es causado
por una depleción de ATP u otros fosfatos de alta energía que ayudan a
mantener los niveles de ATP apropiados. Estos fosfatos de alta energía incluyen
otros nucleósidos trifosfatos (NTPs), creatina fosfato (CP) y ADP, como están
ilustradas en las 3 ecuaciones a continuación. Las tres reacciones son
realizadas por una difosfocinasa de nucleósido, creatina cinasa y adenilato
cinasa, respectivamente.
NTP + ADP ——> NDP + ATP
CP + ADP ——> Creatine +ATP
ADP + ADP ——> AMP + ATP
Debido a que la estimulación tetánica incrementa el calcio sarcoplasmático y
elimina el ATP, el resultado es un músculo altamente contraído con calcio unido
al Tn-C y sin ATP que dirija el movimiento de calcio a la cisterna del RS o cause
desunión de los puentes de actina-miosina. Bajo estas condiciones, la
mitocondria va a preferentemente bombear el calcio a la matriz mitocondrial lo
cual removerá el calcio unido al Tn-C, escondiendo ahora los sitios de unión de
la miosina en los filamentos delgados y permitiendo que el músculo asuma un
estado de flacidez. Sin embargo, la ausencia de ATP resulta en la mantención
de la miosina en su estado conformacional de baja energía lo cual limitará la

4. habilidad del músculo de generar actividad contráctil. Al estar en este estado
fisiológico, los músculos se dicen que están fatigados.
En la muerte, todas las reacciones tienden hacia el equilibrio. Uno de los
primeros procesos que sucede es el equilibrio iónico a través de todos los
compartimentos del cuerpo como resultado de la falta de energía que requieren
las bombas de iones para establecer y mantener una diferencia de
concentraciones iónicas. En el caso del músculo, este proceso resulta en el
movimiento de calcio desde las cisternas y del líquido extracelular hacia el
sarcoplasma, en donde eleva las concentraciones de calcio. El calcio induce
cambios conformacionales en el complejo troponina-tropomiosina, lo cual
expone los sitios de unión de la miosina localizados en los filamentos delgados.
Esto resulta en una actividad contráctil incontrolada lo cual sólo agota todo el
suministro de ATP y todas o casi todas las moléculas de miosina acaban
formando parte de los complejos actina-miosina. El estado rígido de los
músculos que se desarrolla poco después de la muerte se debe a este estado
en donde existen muchos complejos actina-miosina el cual también se conoce
como rigor mortis.
Músculo Liso
Mientras que el modelo de deslizamiento de filamentos describe
apropiadamente el mecanismo básico de contracción muscular y se puede
aplicar a todos los tipos musculares, existen diferencias significativas entre el
músculo esquelético y el músculo liso. Una apreciación de estas diferencias se
basa en la observación que aunque el músculo liso no precisa de troponina, su
actividad contráctil es regulada por niveles citoplasmáticos de calcio. Este
concepto se explicó cuando se descubrió una proteína que se une al
Ca2+/calmodulina (CaCM) conocida como caldesmon, estaba involucrada en
regular el movimiento de la tropomiosina sobre la superficie del músculo liso; así
descubriendo y ocultando los sitios de unión de la miosina localizados en los
filamentos delgados. Posteriormente se observó que la elevación de los niveles
de calcio en el citosol elevaban los niveles de CaCM la cual se unía al
caldesmon y así removiéndola de su localización en los filamentos delgados.
Concurrentemente, se observó que la tropomiosina cambia su ubicación en los
surcos helicoidales de la F-actina y la actividad de la ATPasa del complejo
actina-miosina es estimulada. Cuando el calcio se agota, el complejo CaCM se
disocia y el caldesmón es liberado de su complejo con la calmodulina y se
reasocia con los filamentos delgados. La actividad de la ATPasa del complejo
actino miosina se inhibe. En esencia, el caldesmon remplaza a la troponina
como regulador de la localización de la tropomiosina en los filamentos delgados.
Una segunda diferencia importante entre el músculo liso y estriado es que el
músculo liso contiene una subunidad llamada cadena-P liviana en la cadena
liviana de la miosina. La cadena-P liviana existe en estados fosforilados y no
fosforilados en el cual el fosforilado se determina por la actividad de otra
proteína CaCM-dependiente conocida como cinasa de cadena liviana de
miosina (MLCK). En ausencia de la CaCM los músculos lisos no proveen de

5. actividad, la cinasa está inactiva y las cadenas-P livianas no están fosforiladas.
Niveles elevados de CaCM inducen la actividad de MLCK, lo cual conduce a la
fosforilación de las cadenas-P livianas y el inicio de la contracción. La
fosforilación de las cadenas-P livianas y la eliminación de caldesmon de los
filamentos delgados son dos eventos requeridos para la contracción del músculo
liso.
Músculos Rojos Oxidativos y Blancos Glucolíticos
Además de las transferencias del grupo fosforil, ya descritas en las 3
ecuaciones previas, el ATP del músculo también se genera a través de la
glicólisis y fosforilación oxidativa. Los músculos que dependen de la fosforilación
oxidativa como fuente de ATP requieren altos niveles de oxígeno. Para asegurar
la disponibilidad de oxigeno, estos músculos almacenan oxígeno como
oximioglobina. Músculos oxidativos con mioglobina son de color rojo debido a su
alta cantidad de mioglobina. Los músculos glucolíticos no son tan ricos en
mioglobina y por ende adoptan una apariencia blanca. Estos músculos
generalmente almacenan glucógeno en grandes cantidades y generan la
mayoría de su ATP a través de reacciones glucolíticas. Una de las diferencias
funcionales más grandes entre las células musculares rojas y blancas es que las
fibras blancas generan ATP a través de una corta vía entre sustratos (por
ejemplo, glucosa) y la aparición de ATP, mientras que en el músculo rojo la vía
entre el sustrato (por ejemplo, glucosa) y el ATP constituye de más pasos en la
reacción (por ejemplo, glicólisis más ciclo tricarboxílico además del transporte
de electrones) y corresponde a un proceso más largo. Consecuentemente, los
músculos esqueléticos de acción rápida son compuestos predominantemente de
fibras blancas glucolíticas mientras que los músculos de acción lenta, tales
como los que mantienen el tono, generalmente son rojos y oxidativos.

8. Propiedades funcionales de las proteínas

9. BIBLIOGRAFIA
Jose Maria, Tejon. (2006). Fundamentos de bioquímica estructural; pp. 139.
Editorial Tebar. Madrid.
Voet, Voet, Prat. (2006). Bioquimica. Madrid, España.: Panamericana.