BIOQUIMICA Y ESTRUCTURA DEL MUSCULO
La comprensión de los eventos moleculares de la contracción muscular yace en
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energía de la hidrólisis del ATP es usada para llevar a la miosina de un estado
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Relajación Muscular
Normalmente, cuando no hay actividad eléctrica en la unión mioneural, la
actividad contráctil se detie...
habilidad del músculo de generar actividad contráctil. Al estar en este estado
fisiológico, los músculos se dicen que está...
actividad, la cinasa está inactiva y las cadenas-P livianas no están fosforiladas.
Niveles elevados de CaCM inducen la act...
Propiedades funcionales de las proteínas
BIBLIOGRAFIA
Jose Maria, Tejon. (2006). Fundamentos de bioquímica estructural; pp. 139.
Editorial Tebar. Madrid.
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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.
BIBLIOGRAFIA
Jose Maria, Tejon. (2006). Fundamentos de bioquímica estructural; pp. 139. Editorial Tebar. Madrid.
Voet, Voet, Prat. (2006). Bioquimica. Madrid, España.: Panamericana.

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Bioquimica y estructura del musculo.

  1. 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. 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. 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. 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. 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.
  6. 6. Propiedades funcionales de las proteínas
  7. 7. BIBLIOGRAFIA Jose Maria, Tejon. (2006). Fundamentos de bioquímica estructural; pp. 139. Editorial Tebar. Madrid. Voet, Voet, Prat. (2006). Bioquimica. Madrid, España.: Panamericana.

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