Transcript CONTRACCION MUSCULAR.

BIOQUÍMICA DE LA
CONTRACCIÓN MUSCULAR
Prof. Dr. Marcelo O. Lucentini
BIOQUÍMICA DE LA
CONTRACCIÓN MUSCULAR
 Objetivos
docentes:
Repasar la organización estructural
de la fibra muscular;
 Caracterizar las proteínas musculares
contráctiles y destacar su participación
en la contracción muscular;
 Estudiar el ciclo de contracción-relajación,
desde el punto de vista bioquímico;
 Regulación; importancia del calcio.

BIOQUÍMICA DE LA
CONTRACCIÓN MUSCULAR
 El
músculo es el principal transductor
bioquímico que convierte la energía
potencial
(química)
en
energía
cinética (mecánica).
BIOQUÍMICA DE LA
CONTRACCIÓN MUSCULAR

CREATINA
FOSFOCREATINA
GLUCÓGENOLISIS
BETA-OXIDACIÓN
GLÚCIDOS
ATP
LÍPIDOS
CETÓLISIS
GLUCÓLISIS
PROTEÍNAS
CATABOLISMO
PROTEICO
ORGANIZACIÓN MUSCULAR:
MÚSCULO
FASCÍCULO
FIBRA
MUSCULAR
MÍOFIBRILLA
MÍOFILAMENTOS
FIBRA MUSCULAR:









Unidad estructural y funcional del músculo estriado.
Constituída por:
Sarcolema;
Sarcoplasma;
Retículo Sarcoplasmático;
Gránulos de glucógeno;
Lípidos;
Mioglobina;
Fosfocreatina;
Proteínas contráctiles.
ORGANIZACIÓN MUSCULAR:

El sarcómero es la unidad funcional del músculo y
está comprendido entre dos líneas Z…
2 µm
Míofibrilla
DISPOSICIÓN DE LOS FILAMENTOS EN EL MÚSCULO ESTRIADO:
Músculo
relajado
Los sarcómeros se
acortan con la
contracción
Músculo
contraído
Las bandas H e I se acortan
ORGANIZACIÓN MUSCULAR:
 Las
míofibrillas,
vistas
con
microscopia electrónica,
están
constituídas
por
2
clases
de
míofilamentos: gruesos y finos.
Filamentos
gruesos
Filamentos
finos
ORGANIZACIÓN MUSCULAR:
 Los
filamentos gruesos, confinados a
la
banda
A,
se
componen
principalmente de miosina.
ORGANIZACIÓN MUSCULAR:
 Los
filamentos delgados se ubican
sobre la banda I y se extienden
hasta la banda A, pero no abarcan la
zona H.

Poseen: actina, tropomiosina
y troponina
ORGANIZACIÓN MUSCULAR:
PROTEÍNAS CONSTITUYENTES DE
LAS MÍOFIBRILLAS:
 Miosina;
 Actina;
 Tropomiosina;
 Troponina;

- actinina, armazón estructural
básico de la línea M…
MÍOFILAMENTOS GRUESOS:
D: 100 Å y L: 1,5 m
 Constituído x 400 moléculas
de miosina;
 6 cadenas polipeptídicas
helicoidales enrolladas
(2 pesadas y 4 livianas);
 Cuello;
 Cabeza.

MÍOFILAMENTOS FINOS:
D: 70 Å y L: 1,6 m
 Constituído por al
menos 3 proteínas:
 Actina (Principal)
 Troponina
 Tropomiosina
 Otras:
 Nebulina -Titina

FILAMENTO FINO
Tropomiosina
Troponina
CADENA DE ACTINA
Actina G
TROPOMIOSINA:
 La
tropomiosina es una proteína
fibrosa que, en forma de dímeros
alargados, se sitúa sobre el surco de
la hélice de actina F o cerca de éste.
TROPOMIOSINA:
 La
tropomiosina
tiene
sitios
específicos de unión a la actina, que
a su vez, permitirán su unión a la
miosina.
TROPOMIOSINA:
 Unidas
a la tropomiosina existen tres
proteínas denominadas troponinas I,
C y T; el conjunto de estas cuatro
proteínas inhibe la unión de las
cabezas de miosina a la actina a
menos que haya catión calcio a
concentraciones en torno a 10-7 M.
TROPONINAS Y SUS FUNCIONES:
 La
troponina-T se une a la
tropomiosina y a la TpI y a la Tp-C;
 La troponina-I inhibe la interacción
actina-F-miosina,
la
ATPasa
y
también, se une a TpI y TpC;
 La troponina-C se une al calcio y es
estructural y funcionalmente análoga
al a calmodulina.
TROPONINAS:
TITINA Y NEBULINA:
ORGANIZACIÓN MUSCULAR:
INTERACCIÓN ACTINA-MIOSINA:
S1
MECANISMO MOLECULAR DE LA
CONTRACCIÓN NEUROMUSCULAR:
 La
contracción muscular consiste en
la unión y separación cíclicas entre el
fragmento S1 de la cabeza de
miosina y los filamentos de actina F.
S1
MECANISMO MOLECULAR DE LA
CONTRACCIÓN NEUROMUSCULAR:
 El
modelo de filamentos deslizantes y
puentes cruzados es la base de la
contracción muscular…
MECANISMO MOLECULAR DE LA
CONTRACCIÓN NEUROMUSCULAR:
 Los
puentes cruzados surgen a
intervalos de 14 nm a lo largo de los
filamentos gruesos.
 Los
dos polos de los filamentos
gruesos están separados por un
segmento de 10 nm denominado
M
banda M.
MECANISMO MOLECULAR DE LA
CONTRACCIÓN NEUROMUSCULAR:
MECANISMO MOLECULAR DE LA
CONTRACCIÓN NEUROMUSCULAR:
1. Neurona Motora;
 2. Acetilcolina;
 3. Aumento de la conductancia al sodio
en la placa terminal;
 4. Generación de potencial de acción y
despolarización a través de las líneas Z;
 5. Liberación de calcio; quedan expuestos
sitios de unión actina-miosina;
 6. Fijación de calcio a la troponina C.

MECANISMO MOLECULAR DE LA
CONTRACCIÓN NEUROMUSCULAR:
 7.
El cambio conformacional se
traslada a las troponinas I y T;
 8.
En su posición de reposo, la
tropomiosina bloquea los sitios de la
actina en los cuales se fija la miosina
e impide la formación de puentes
transversales;
MECANISMO MOLECULAR DE LA
CONTRACCIÓN NEUROMUSCULAR:
 9.
Se produce un desplazamiento de
la hebra de tropomiosina en el surco
helicoidal del filamento de actina;
 10.
Quedan expuestos los
sitios de actina;
MECANISMO MOLECULAR DE LA
CONTRACCIÓN NEUROMUSCULAR:
“Efecto de remo”
11. La interacción actina-miosina provoca un
deslizamiento del filamento delgado hacia el
centro del sarcómero.

MECANISMO MOLECULAR DE LA
CONTRACCIÓN NEUROMUSCULAR:
 La
tensión desarrollada durante la
contracción muscular es proporcional
a la superposición de los filamentos,
así como al número de puentes
cruzados que se forman...
UNIÓN-SEPARACIÓN CÍCLICA DE ACTINA
Y MIOSINA:
 1.
En la fase de relajación muscular,
el S-1 de la cabeza de miosina,
hidroliza el ATP a ADP y Pi, que
permanecen unidos.
H 2O

ATP-MIOSINA
ADP-Pi-MIOSINA
UNIÓN-SEPARACIÓN CÍCLICA DE ACTINA
Y MIOSINA:
 2.
Cuando la contracción muscular es
estimulada, la actina queda expuesta
y el S-1 de la cabeza de miosina se
une a ella.

ADP-Pi-MIOSINA
ACTINA-MIOSINA-ADP-Pi
ACTINA
UNIÓN-SEPARACIÓN CÍCLICA DE ACTINA
Y MIOSINA:
 3.
La formación del complejo
promueve la liberación de Pi, lo cual
origina el impulso de activación.
 ACTINA-MIOSINA-ADP-Pi
 ACTINA-MIOSINA
+ ADP + Pi
UNIÓN-SEPARACIÓN CÍCLICA DE ACTINA
Y MIOSINA:
 4.
Otra molécula de ATP se une al
S-1 de la cabeza de la miosina,
formando
un
complejo
actinamiosina-ATP.
 ACTINA-MIOSINA
 ACTINA-MIOSINA-ATP
UNIÓN-SEPARACIÓN CÍCLICA DE ACTINA
Y MIOSINA:
 5.
El complejo miosina-ATP tiene
poca afinidad por la actina, la cual es
liberada (relajación).
 ACTINA-MIOSINA-ATP
ACTINA
 ATP-MIOSINA
UNIÓN-SEPARACIÓN CÍCLICA DE ACTINA
Y MIOSINA:
H2O
ATP-MIOSINA
ACTINA
ADP-Pi-MIOSINA
5
2
ACTINA-MIOSINA-ATP
ATP
1
4
ACTINA
ACTINA-MIOSINA-ADP-Pi
3
ACTINA-MIOSINA
ADP + Pi
CALCIO Y CONTRACCIÓN MUSCULAR:
 Sarcolema
Túbulo T
Canal
liberador
Cisterna
Receptor de
dihidropiridina
Cisterna
Ca++
++
Ca
Calsecuestrina
Ca++
Sarcómero
Ca++
Ca++ATPasa
 METABOLISMO
DE LA FIBRA
MUSCULAR
 Lic.
Sofía Castiñeyras
PROPIEDADES DE LA FIBRA MUSCULAR:
RESISTENCIA
POTENCIA
FUERZA
PROPIEDADES DE LA FIBRA MUSCULAR:

La
fuerza
de
un
músculo
queda
determinada
principalmente
por
su
tamaño, con una fuerza contráctil máxima
de 3 a 4 kg/cm2 de la superficie
transversal del músculo.
PROPIEDADES DE LA FIBRA MUSCULAR:
 La
potencia de la contracción
muscular es una medida de la
cantidad de trabajo realizado en la
unidad de tiempo.
PROPIEDADES DE LA FIBRA MUSCULAR:

La resistencia depende de la cantidad de
glucógeno que se ha almacenado en el
músculo antes del ejercicio.

La resistencia mejora con una dieta
rica en glúcidos…
PROPIEDADES DE LA FIBRA MUSCULAR:

Cuando los atletas corren a velocidades
típicas de carrera de maratón, su
resistencia es aproximadamente:

Dieta rica en glúcidos: 240´
 Dieta mixta: 120´
 Dieta rica en grasa: 85´
PROPIEDADES DE LA FIBRA MUSCULAR:
Sistema de la fosfocreatina:
 Creatina + ATP
Fosfocreatina + ADP



Se utiliza para actividades físicas de
intensidad máxima y corta duración;
Los fosfágenos pueden proporcionar la
potencia muscular máxima durante 8 a 10
segundos, casi lo suficiente para una
carrera de 100 metros.
PROPIEDADES DE LA FIBRA MUSCULAR:


Sistema de los fosfágenos casi
exclusivamente:
100 metros llanos; saltos; levantamiento
de pesas; buceo
 Sistema de los fosfágenos y del
glucógeno-lactato:
 200 metros llanos; basket; beisbol;
hockey sobre hielo.
PROPIEDADES DE LA FIBRA MUSCULAR:
Sistema del glucógeno-lactato
principalmente:
 400 metros llanos; 100 metros natación;
tenis; fútbol.
 Sistema del glucógeno-lactato y
aeróbico:
 800 m llanos; 200 m natación; 1500
patinando; boxeo; 200 m remos; carrera
de 1500 m; carrera de 2 km;
400 m de natación.

RECUPERACIÓN DEL
GLUCÓGENO MUSCULAR:

Contenido en glucógeno muscular
(g/kg de músculo)
Dieta rica en
glúcidos
0
0
Horas de recuperación
48
METABOLISMO MUSCULAR:
 El
metabolismo del músculo en
actividad puede responder a:
 A. ESFUERZO MÁXIMO
(ejercicio muy intenso y breve)
 B. ESFUERZO SUBMÁXIMO
(ejercicio que se mantiene por
periodos prolongados)
METABOLISMO MUSCULAR:
 ESFUERZO
MÁXIMO:
 PRODUCCIÓN ANEROBIA DE ATP
 ESFUERZO
SUBMÁXIMO:
 PRODUCCIÓN AEROBIA DE ATP
METABOLISMO MUSCULAR:
 Para
realizar un trabajo muy intenso,
de corta duración, el músculo utiliza
sus reservas de ATP por consumo de
sus reservas de fosfocreatina y por
degradación anaeróbica de su propio
glucógeno…
METABOLISMO MUSCULAR:
 ESFUERZO
MÁXIMO:
 En la etapa inicial, el ATP es
generado por las reservas de
fosfocreatina (-10.3 kcal/mol).
 FOSFOCREATINA + ADP
CPK
 CREATINA
+ ATP
METABOLISMO MUSCULAR:
 Luego,
ocurre la
regeneración del ATP:
2
 Las
ADP
ATP + AMP
reservas de fosfocreatina y ATP
en el músculo son limitadas y sólo
pueden proveer energía durante un
tiempo muy breve…
METABOLISMO MUSCULAR:
 La
degradación de glucógeno
muscular es una importante fuente
de sustrato utilizable
anaeróbicamente…
METABOLISMO MUSCULAR:
 ESFUERZO
 Cuando
SUBMÁXIMO:
el ejercicio es de menor
intensidad, el aporte de O2 puede ser
suficiente
para
generar
por
fosforilación
oxidativa
el
ATP
requerido…
REGULACIÓN DE LA GLUCÓGENOLISIS
Adrenalina (Hígado y Músculo)

R
b
g
Proteína G
GTP
+
Adenilciclasa
Fosfodiesterasa
ATP AMPc
5´AMP
PQAi
PQAa
REGULACIÓN DE LA GLUCÓGENOLISIS:
FUNCIONES DE LA
PROTEÍNQUINASA A ACTIVA:

Desencadenar la cascada
de la glucógenolisis;
 Desactivar la
glucógeno sintetasa;
Activar un inhibidor de fosfatasa.


METABOLISMO MUSCULAR:
GLUCÓGENOLISIS:
fosforilasa +
glucantransferasa
Enzima
desramificante
GLUCÓLISIS:
¿Qué es la glucólisis?:
 La glucólisis es la degradación de la
glucosa con fines energéticos…

¿Cuál es su localización tisular?:
 Se realiza en todos los tejidos…


¿Cuál es su localización celular?:
 El citosol (fracción soluble
del citoplasma)
GLUCÓLISIS:

GLUCOSA
GLUCOSA 6 P
HEXO/GLUCOQUINASA

FRUCTOSA 6 P
FOSFOFRUCTOQUINASA 1


FRUCTOSA 1,6 di P
GLICERALDEHÍDO 3 P + DIHIDROXIACETONA P


3 PG
2 PG
1,3 DPG
PEP
PQ
PIRUVATO
LACTATO
GLUCÓLISIS EN AEROBIOSIS:

GLUCOSA
PIRUVATO
ACETILCOA
mitocondria
NADH2, FADH2
CICLO DE KREBS
CADENA RESPIRATORIA
ATP
METABOLISMO MUSCULAR:
 La
glucólisis alcanza gran actividad
hasta consumir los depósitos de
glucógeno del músculo…
 La
acumulación de lactato desciende
el
pH
local
(6.6)
y
la
fosfofructoquinasa será más sensible
a inhibición y se reducirá de la
actividad glucolítica.
METABOLISMO MUSCULAR:
 La
tasa máxima de captación de
oxígeno (VO2 max) establece la
relación que existe entre la cantidad
de O2 que la sangre libera y los
músculos pueden utilizar por unidad
de tiempo.
 40-50
ml de O2/min/kg de
peso corporal
GLUCÓLISIS EN ANAEROBIOSIS:

GLUCOSA
PIRUVATO
LACTATO
CICLO DE CORI

HÍGADO:
PIRUVATO
GLUCOSA
LIPASA HORMONO-SENSIBLE:
regulación

Adrenalina, Noradrenalina

R
b
g
Proteína G
GTP
H2O
+
TAG
Adenilciclasa
Fosfodiesterasa
ATP AMPc
5´AMP
PQAi
PQAa
LHSa
AGL
DAG
LHSi
BETA-OXIDACIÓN:
DEFINICIÓN:
 Es la degradación de los ácidos grasos
con la finalidad de obtener energía
química…
 LOCALIZACIÓN TISULAR:
 Hígado,
riñón,
tejido
adiposo,
músculo
esquelético;
corazón;
suprarrenales.
 LOCALIZACIÓN CELULAR:
 Matriz mitocondrial.

BETA OXIDACIÓN:
ACTIVACIÓN DEL ÁCIDO
GRASO:
Membrana externa mitocondrial
CO.OH + ATP + CoA.SH
1.
Tíoquinasa
CO.S.CoA + AMP + PPi
2 PiAcil CoA
HO
2
Pirofosfatasa
2. ENTRADA DEL ÁCIDO GRASO
ACTIVADO A LA MITOCONDRIA:
 Acil
Ext.
CoA + CARNITINA
CAT 1
-
Parte externa
 CoA.SH
Malonil CoA
+ ACILCARNITINA
Parte Interna
Membrana Interna Mitocondrial
Matriz
CAT 2
CoA.SH
mitocondrial
AcilCoA + CARNITINA
3. BETA OXIDACIÓN:
CH2-CH2-CO.S.CoA
b

deshidrogenasa
H
C
H
C
hidratasa
OH H
C
C
H
H
FAD
Acil-CoA
FADH2
CO.S.CoA
b-enoil CoA
H2O
CO.S.CoA
b-hidroxiacilCoA
BETA OXIDACIÓN:
OH H
C C CO.S.CoA
H H
+
b-hidroxiacilCoA
NAD
b-cetoacilCoA
C
O
CH2
NADH2
CO.S.CoA
CoA.SH
COS.COA
Acil CoA
+
n-2
CH3
COSCOA
Acetil CoA
BETA OXIDACIÓN:
BALANCE ENERGÉTICO DEL PALMITATO
1*v
 2*v
 3*v
 4*v
 5*v
 6*v
 7*v

16 C
14 C
12 C
10 C
8C
4C
acetil CoA
acetil CoA
acetil CoA
acetil CoA
acetil CoA
acetil CoA
acetil CoA
acetil CoA
¿Cuántos ATP se ganan por oxidación
del palmitato (16 C)?:
Son necesarias 7 vueltas para oxidar
completamente al ácido graso;
 Por cada vuelta al ciclo se ganan 5 ATPs
por reoxidación, en cadena respiratoria,
del NADH2 y del FADH2 ;
 Como se dan 7 vueltas para la degradación,
en total se ganan 35 ATPs;
 Se obtienen 8 moléculas de acetil CoA;
 Por cada molécula de acetil CoA que entra
al CTC, se ganan 12 ATPs (8 x 12= 96);

BALANCE ENERGÉTICO DE LA BETAOXIDACIÓN:
35 (siete ciclos) + 96 ATP = 131 ATP;
 131 – 1 ATP (gastado en la activación
del ácido graso) = 130 ATPs;
La oxidación del palmitato, generará
130 moléculas de ATP por la
beta oxidación…

CETÓLISIS:
DEFINICIÓN:
 Es la degradación de cuerpos
cetónicos, con fines energéticos…
 LOCALIZACIÓN TISULAR:
 Músculo esquelético, cardíaco
y riñón
 LOCALIZACIÓN CELULAR;
 MATRIZ MITOCONDRIAL

CETÓLISIS:
NAD+
OH
H3C-C-CH2-CO.OH
H
b-hidroxibutirato
NADH2
O
H3C-C-CH2- CO.OH
Acetoacetato
dhg
Succinil CoA
CTC
H3C-CO.S.CoA
+
H3C-CO.S.CoATíolasa
Acetil CoA
Mitocondria:
Succinato
Tíoferasa
O
H3C-C-CH2-CO.S.CoA
Acetoacetil CoA
 MUCHAS
GRACIAS!!!
DIFUSIÓN FACILITADA DE
LA GLUCOSA:
HO GLU OH
TRANSPORTADOR DE
GLUCOSA GLUT 4
El transporte ocurre sin rotación
de la molécula de glucosa…
Múltiples grupos proteicos se
unen a los grupos OH- de la
glucosa.
GLU
HO
OH
HO GLU
OH
DIFUSIÓN FACILITADA DE
LA GLUCOSA:
GLUT-4: presentes en músculo
y adipocitos;
 Son insulino-dependientes;
 Se
almacenan
en
vesículas
intracelulares que, en presencia de
insulina,
se
fusionan
con
la
membrana celular, aumentando su
número y la captación de glucosa…

DESTINOS DE LA GLUCOSA
EN EL MÚSCULO:
 GLUCOSA
Hexoquinasa
 GLUCOSA
GLUCÓGENO
ALMACENAMIENTO
6P
GLUCÓLISIS
ENERGÍA
BALANCE ENERGÉTICO
DE LA GLUCÓLISIS:

GLUCOSA + 2 Pi + 2 ADP
2 LACTATO + 2 ATP + 2 H2O (O2)
2 PIRUVATO + 2 ATP + 2 NADH2
+ 2 H 2O

REGULACIÓN DE LA GLUCÓLISIS:

La glucólisis puede ser
regulada por:
Concentración de glucosa
intracelular;
2. Estado energético celular;
3. Regulación alostérica;
4. Regulación hormonal…
1.
REGULACIÓN DE LA GLUCÓLISIS:
1. Concentración de glucosa
intracelular:
 La
glucólisis es favorecida en
situaciones de saciedad; dietas
hiperglucídicas y ante un aumento
de la glucógenolisis muscular,
como ocurre en el ejercicio…

2. REGULACIÓN POR ESTADO
ENERGÉTICO CELULAR:

ATP/ADP:

NADH2/NAD+:

ACETILCoA/CoA:
GLUCÓLISIS
3. REGULACIÓN ALOSTÉRICA
DE LA GLUCÓLISIS:

Enzima:
Modulador negativo:
positivo:
- Hexoquinasa
Glucosa 6 P
-----------
- FFQ1
ATP, Citrato
AMP,ADP
- Piruvato quinasa ATP,Citrato
Fr 1-6 di P
3. REGULACIÓN ALOSTÉRICA:
FRUCTOSA 2-6 di P
FOSFOFRUCTOQUINASA 1
FRUCTOSA 1-6 di P
PIRUVATO QUINASA
PEP + ADP
PIRUVATO + ATP
4. REGULACIÓN HORMONAL:
GLUCAGON/INSULINA
AUMENTO CAPTACIÓN
DE GLUCOSA
(GLUT 4)
AUMENTO DE LA
GLUCÓLISIS
AUMENTO DE LA
GLUCOGENOGÉNESIS
CETOGÉNESIS:


DEFINICIÓN:
Es la síntesis de cuerpos cetónicos, a
partir de un aumento en la oxidación de
ácidos grasos; ellos son: el acetoacetato;
el betahidroxibutirato y la acetona…
 LOCALIZACIÓN TISULAR:
 Hígado (Exclusivamente)
 LOCALIZACIÓN CELULAR:
 Matriz mitocondrial
 FINALIDAD:
 Exportar energía química..
 MUCHAS
GRACIAS!!!!
GLUCÓGENOLISIS MUSCULAR:
quinasa
O.P O.P
2ATP 2ADP
OH
OH
OH
OH
2 AMP
Fosforilasa a 2H2O 2Pi Fosforilasa b 2 AMP AMP AMP
Fosforilasa b
Forma activa
(menos activa)
fosfatasa
Forma inactiva
REGULACIÓN DE LA GLUCÓGENOLISIS:
PQAa
Ca++
(músculo)
ATP
Fosforilasa b
OH
quinasa inactiva
ADP
Fosforilasa b
O.P
quinasa activa
Fosforilasa b
OH
Fosforilasa a
O.P
2ATP2ADP
OH
O.P
SÍNTESIS DE GLUCÓGENO:
Enlace
alfa 1-6
Glucógeno
sintetasa
Enzima
ramificante
REGULACIÓN DE LA GLUCOGENOGÉNESIS:
fosfatasa

GLUCÓGENO
SINTETASA
INACTIVA
H2O Pi
GLUCÓGENO
SINTETASA
ACTIVA
ADP ATP
quinasa
O.P
OH
INHIBICIÓN DE LA GLUCOGENOGÉNESIS:

ADRENALINA, NORADRENALINA


PROTEINQUINASA A
INHIBIDOR DE
FOSFATASA i

GLUCOGENO
SINTETASAa
OH
ATP ADP INHIBIDOR DE
FOSFATASA a
GLUCOGENO
SINTETASAi
ATP ADP
O. P