BIOQUMICA DE LA CONTRACCIN MUSCULAR Prof Dr Marcelo

BIOQUÍMICA DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR Prof. Dr. Marcelo O. Lucentini

BIOQUÍMICA DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR u Objetivos docentes: Repasar la organización estructural de la fibra muscular; u Caracterizar las proteínas musculares contráctiles y destacar su participación en la contracción muscular; u Estudiar el ciclo de contracción-relajación, desde el punto de vista bioquímico; u Regulación; importancia del calcio. u

BIOQUÍMICA DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR u El músculo es el principal transductor bioquímico que convierte la energía potencial (química) en energía cinética (mecánica).

BIOQUÍMICA DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR u CREATINA FOSFOCREATINA GLUCÓGENOLISIS BETA-OXIDACIÓN GLÚCIDOS ATP LÍPIDOS CETÓLISIS GLUCÓLISIS PROTEÍNAS CATABOLISMO PROTEICO

ORGANIZACIÓN MUSCULAR: MÚSCULO FASCÍCULO FIBRA MUSCULAR MÍOFIBRILLA MÍOFILAMENTOS

FIBRA MUSCULAR: u u u u u Unidad estructural y funcional del músculo estriado. Constituída por: Sarcolema; Sarcoplasma; Retículo Sarcoplasmático; Gránulos de glucógeno; Lípidos; Mioglobina; Fosfocreatina; Proteínas contráctiles.

ORGANIZACIÓN MUSCULAR: u 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: u Las míofibrillas, vistas con microscopia electrónica, están constituídas por 2 clases de míofilamentos: gruesos y finos. Filamentos gruesos Filamentos finos

ORGANIZACIÓN MUSCULAR: u Los filamentos gruesos, confinados a la banda A, se componen principalmente de miosina.

ORGANIZACIÓN MUSCULAR: u Los filamentos delgados se ubican sobre la banda I y se extienden hasta la banda A, pero no abarcan la zona H. u Poseen: actina, tropomiosina y troponina

ORGANIZACIÓN MUSCULAR:

PROTEÍNAS CONSTITUYENTES DE LAS MÍOFIBRILLAS: u Miosina; u Actina; u Tropomiosina; u Troponina; u - actinina, armazón estructural básico de la línea M…

MÍOFILAMENTOS GRUESOS: D: 100 Å y L: 1, 5 m u Constituído x 400 moléculas de miosina; u 6 cadenas polipeptídicas helicoidales enrolladas (2 pesadas y 4 livianas); u Cuello; u Cabeza. u

MÍOFILAMENTOS FINOS: D: 70 Å y L: 1, 6 m u Constituído por al menos 3 proteínas: u Actina (Principal) u Troponina u Tropomiosina u Otras: u Nebulina -Titina u

FILAMENTO FINO Tropomiosina Troponina CADENA DE ACTINA Actina G

TROPOMIOSINA: u 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: u La tropomiosina tiene sitios específicos de unión a la actina, que a su vez, permitirán su unión a la miosina.

TROPOMIOSINA: u 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: u La troponina-T se une a la tropomiosina y a la Tp. I y a la Tp-C; u La troponina-I inhibe la interacción actina-F-miosina, la ATPasa y también, se une a Tp. I y Tp. C; u 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: S 1

MECANISMO MOLECULAR DE LA CONTRACCIÓN NEUROMUSCULAR: u La contracción muscular consiste en la unión y separación cíclicas entre el fragmento S 1 de la cabeza de miosina y los filamentos de actina F. S 1

MECANISMO MOLECULAR DE LA CONTRACCIÓN NEUROMUSCULAR: u El modelo de filamentos deslizantes y puentes cruzados es la base de la contracción muscular…

MECANISMO MOLECULAR DE LA CONTRACCIÓN NEUROMUSCULAR: u Los puentes cruzados surgen a intervalos de 14 nm a lo largo de los filamentos gruesos. u 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; u 2. Acetilcolina; u 3. Aumento de la conductancia al sodio en la placa terminal; u 4. Generación de potencial de acción y despolarización a través de las líneas Z; u 5. Liberación de calcio; quedan expuestos sitios de unión actina-miosina; u 6. Fijación de calcio a la troponina C. u

MECANISMO MOLECULAR DE LA CONTRACCIÓN NEUROMUSCULAR: u 7. El cambio conformacional se traslada a las troponinas I y T; u 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: u 9. Se produce un desplazamiento de la hebra de tropomiosina en el surco helicoidal del filamento de actina; u 10. Quedan expuestos los sitios de actina;

MECANISMO MOLECULAR DE LA CONTRACCIÓN NEUROMUSCULAR: “Efecto de remo” u 11. La interacción actina-miosina provoca un deslizamiento del filamento delgado hacia el centro del sarcómero.

MECANISMO MOLECULAR DE LA CONTRACCIÓN NEUROMUSCULAR: u 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: u 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 2 O u ATP-MIOSINA ADP-Pi-MIOSINA

UNIÓN-SEPARACIÓN CÍCLICA DE ACTINA Y MIOSINA: u 2. Cuando la contracción muscular es estimulada, la actina queda expuesta y el S-1 de la cabeza de miosina se une a ella. u ADP-Pi-MIOSINA ACTINA-MIOSINA-ADP-Pi ACTINA

UNIÓN-SEPARACIÓN CÍCLICA DE ACTINA Y MIOSINA: u 3. La formación del complejo promueve la liberación de Pi, lo cual origina el impulso de activación. u ACTINA-MIOSINA-ADP-Pi u ACTINA-MIOSINA + ADP + Pi

UNIÓN-SEPARACIÓN CÍCLICA DE ACTINA Y MIOSINA: u 4. Otra molécula de ATP se une al S -1 de la cabeza de la miosina, formando un complejo actinamiosina-ATP. u ACTINA-MIOSINA-ATP

UNIÓN-SEPARACIÓN CÍCLICA DE ACTINA Y MIOSINA: u 5. El complejo miosina-ATP tiene poca afinidad por la actina, la cual es liberada (relajación). u ACTINA-MIOSINA-ATP ACTINA u ATP-MIOSINA

UNIÓN-SEPARACIÓN CÍCLICA DE ACTINA Y MIOSINA: H 2 O ATP-MIOSINA ACTINA ADP-Pi-MIOSINA 5 2 ACTINA-MIOSINA-ATP 1 4 ACTINA-MIOSINA-ADP-Pi 3 ACTINA-MIOSINA ADP + Pi

CALCIO Y CONTRACCIÓN MUSCULAR: u Sarcolema Túbulo T Canal liberador Cisterna Ca Receptor de dihidropiridina Cisterna Ca++ ++ Calsecuestrina Ca++ Sarcómero Ca++ATPasa

u METABOLISMO DE LA FIBRA MUSCULAR u Lic. Sofía Castiñeyras

PROPIEDADES DE LA FIBRA MUSCULAR: RESISTENCIA POTENCIA FUERZA

PROPIEDADES DE LA FIBRA MUSCULAR: u La fuerza de un músculo queda determinada principalmente por su tamaño, con una fuerza contráctil máxima de 3 a 4 kg/cm 2 de la superficie transversal del músculo.

PROPIEDADES DE LA FIBRA MUSCULAR: u La potencia de muscular es una cantidad de trabajo unidad de tiempo. la contracción medida de la realizado en la

PROPIEDADES DE LA FIBRA MUSCULAR: u La resistencia depende de la cantidad de glucógeno que se ha almacenado en el músculo antes del ejercicio. u La resistencia mejora con una dieta rica en glúcidos…

PROPIEDADES DE LA FIBRA MUSCULAR: u Cuando los atletas corren a velocidades típicas de carrera de maratón, su resistencia es aproximadamente: u Dieta rica en glúcidos: 240´ u Dieta mixta: 120´ u Dieta rica en grasa: 85´

PROPIEDADES DE LA FIBRA MUSCULAR: Sistema de la fosfocreatina: u Creatina + ATP Fosfocreatina + ADP u u u 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: u Sistema de los fosfágenos casi exclusivamente: 100 metros llanos; saltos; levantamiento de pesas; buceo u Sistema de los fosfágenos y del glucógeno -lactato: u 200 metros llanos; basket; beisbol; hockey sobre hielo. u

PROPIEDADES DE LA FIBRA MUSCULAR: Sistema del glucógeno-lactato principalmente: u 400 metros llanos; 100 metros natación; tenis; fútbol. u Sistema del glucógeno-lactato y aeróbico: u 800 m llanos; 200 m natación; 1500 patinando; boxeo; 200 m remos; carrera de 1500 m; carrera de 2 km; 400 m de natación. u

RECUPERACIÓN DEL GLUCÓGENO MUSCULAR: u Contenido en glucógeno muscular (g/kg de músculo) Dieta rica en glúcidos 0 0 Horas de recuperación 48

METABOLISMO MUSCULAR: u El metabolismo del músculo en actividad puede responder a: u A. ESFUERZO MÁXIMO (ejercicio muy intenso y breve) u B. ESFUERZO SUBMÁXIMO (ejercicio que se mantiene por periodos prolongados)

METABOLISMO MUSCULAR: u ESFUERZO MÁXIMO: u PRODUCCIÓN ANEROBIA DE ATP u ESFUERZO SUBMÁXIMO: u PRODUCCIÓN AEROBIA DE ATP

METABOLISMO MUSCULAR: u 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: u ESFUERZO MÁXIMO: u En la etapa inicial, el ATP es generado por las reservas de fosfocreatina (-10. 3 kcal/mol). u FOSFOCREATINA + ADP CPK u CREATINA + ATP

METABOLISMO MUSCULAR: u Luego, ocurre la regeneración del ATP: u 2 u 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: u La degradación de glucógeno muscular es una importante fuente de sustrato utilizable anaeróbicamente…

METABOLISMO MUSCULAR: u ESFUERZO u Cuando SUBMÁXIMO: el ejercicio es de menor intensidad, el aporte de O 2 puede ser suficiente para generar por fosforilación oxidativa el ATP requerido…

REGULACIÓN DE LA GLUCÓGENOLISIS Adrenalina (Hígado y Músculo) R a b g Proteína G GTP + Adenilciclasa Fosfodiesterasa ATP AMPc 5´AMP PQAi PQAa

REGULACIÓN DE LA GLUCÓGENOLISIS: FUNCIONES DE LA PROTEÍNQUINASA A ACTIVA: u Desencadenar la cascada de la glucógenolisis; u Desactivar la glucógeno sintetasa; Activar un inhibidor de fosfatasa. u u

METABOLISMO MUSCULAR: GLUCÓGENOLISIS: fosforilasa + glucantransferasa Enzima desramificante

GLUCÓLISIS: ¿Qué es la glucólisis? : u La glucólisis es la degradación de la glucosa con fines energéticos… u ¿Cuál es su localización tisular? : u Se realiza en todos los tejidos… u u ¿Cuál es su localización celular? : u El citosol (fracción soluble del citoplasma)

GLUCÓLISIS: u GLUCOSA 6 P HEXO/GLUCOQUINASA u FRUCTOSA 6 P FOSFOFRUCTOQUINASA 1 u u FRUCTOSA 1, 6 di P GLICERALDEHÍDO 3 P + DIHIDROXIACETONA P u u 3 PG 2 PG 1, 3 DPG PEP PQ PIRUVATO LACTATO

GLUCÓLISIS EN AEROBIOSIS: u GLUCOSA PIRUVATO ACETILCOA NADH 2, FADH 2 mitocondria CICLO DE KREBS CADENA RESPIRATORIA ATP

METABOLISMO MUSCULAR: u La glucólisis alcanza gran actividad hasta consumir los depósitos de glucógeno del músculo… u La acumulación de lactato desciende el p. H local (6. 6) y la fosfofructoquinasa será más sensible a inhibición y se reducirá de la actividad glucolítica.

METABOLISMO MUSCULAR: u La tasa máxima de captación de oxígeno (VO 2 max) establece la relación que existe entre la cantidad de O 2 que la sangre libera y los músculos pueden utilizar por unidad de tiempo. u 40 -50 ml de O 2/min/kg de peso corporal

GLUCÓLISIS EN ANAEROBIOSIS: u GLUCOSA PIRUVATO LACTATO CICLO DE CORI u HÍGADO: PIRUVATO GLUCOSA

LIPASA HORMONO-SENSIBLE: regulación u Adrenalina, Noradrenalina R a b g Proteína G GTP H 2 O + TAG Adenilciclasa Fosfodiesterasa ATP AMPc 5´AMP PQAi PQAa LHSa AGL DAG LHSi

BETA-OXIDACIÓN: DEFINICIÓN: u Es la degradación de los ácidos grasos con la finalidad de obtenergía química… u LOCALIZACIÓN TISULAR: u Hígado, riñón, tejido adiposo, músculo esquelético; corazón; suprarrenales. u LOCALIZACIÓN CELULAR: u Matriz mitocondrial. u

BETA OXIDACIÓN: ACTIVACIÓN DEL ÁCIDO GRASO: Membrana externa mitocondrial CO. OH + ATP + Co. A. SH 1. Tíoquinasa CO. S. Co. A + AMP + PPi 2 Pi. Acil Co. A HO 2 Pirofosfatasa

2. ENTRADA DEL ÁCIDO GRASO ACTIVADO A LA MITOCONDRIA: u Acil Ext. Co. A + CARNITINA CAT 1 - Parte externa u Co. A. SH Malonil Co. A + ACILCARNITINA Parte Interna Membrana Interna Mitocondrial Matriz mitocondrial CAT 2 Co. A. SH Acil. Co. A + CARNITINA

3. BETA OXIDACIÓN: CH 2 -CO. S. Co. A b a deshidrogenasa H C hidratasa OH C H FAD Acil-Co. A FADH 2 CO. S. Co. A b-enoil Co. A H 2 O CO. S. Co. A b-hidroxiacil. Co. A

BETA OXIDACIÓN: b-hidroxiacil. Co. A OH C H b-cetoacil. Co. A C H C CO. S. Co. A H + NADH 2 O CH 2 CO. S. Co. A. SH COS. COA Acil Co. A + n-2 CH 3 COSCOA Acetil Co. A

BETA OXIDACIÓN: BALANCE ENERGÉTICO DEL PALMITATO 1*v u 2*v u 3*v u 4*v u 5*v u 6*v u 7*v u 16 C 14 C 12 C 10 C 8 C 4 C acetil Co. A acetil Co. A

¿Cuántos ATP se ganan por oxidación del palmitato (16 C)? : Son necesarias 7 vueltas para oxidar completamente al ácido graso; u Por cada vuelta al ciclo se ganan 5 ATPs por reoxidación, en cadena respiratoria, del NADH 2 y del FADH 2 ; u Como se dan 7 vueltas para la degradación, en total se ganan 35 ATPs; u Se obtienen 8 moléculas de acetil Co. A; u Por cada molécula de acetil Co. A que entra al CTC, se ganan 12 ATPs (8 x 12= 96); u

BALANCE ENERGÉTICO DE LA BETAOXIDACIÓN: 35 (siete ciclos) + 96 ATP = 131 ATP; u 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… u

CETÓLISIS: DEFINICIÓN: u Es la degradación de cuerpos cetónicos, con fines energéticos… u LOCALIZACIÓN TISULAR: u Músculo esquelético, cardíaco y riñón u LOCALIZACIÓN CELULAR; u MATRIZ MITOCONDRIAL u

CETÓLISIS: NAD+ OH H 3 C-C-CH 2 -CO. OH H b-hidroxibutirato CTC O H 3 C-C-CH 2 - CO. OH Acetoacetato dhg Succinil Co. A Tíoferasa Succinato H 3 C-CO. S. Co. A + H 3 C-CO. S. Co. ATíolasa Acetil Co. A NADH 2 Mitocondria: O H 3 C-C-CH 2 -CO. S. Co. A Acetoacetil Co. A

u 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; u Son insulino-dependientes; u Se almacenan en vesículas intracelulares que, en presencia de insulina, se fusionan con la membrana celular, aumentando su número y la captación de glucosa… u

DESTINOS DE LA GLUCOSA EN EL MÚSCULO: u GLUCOSA Hexoquinasa u GLUCOSA 6 P GLUCÓGENO GLUCÓLISIS ALMACENAMIENTO ENERGÍA

BALANCE ENERGÉTICO DE LA GLUCÓLISIS: u GLUCOSA + 2 Pi + 2 ADP 2 LACTATO + 2 ATP + 2 H 2 O (O 2) 2 PIRUVATO + 2 ATP + 2 NADH 2 + 2 H 2 O u

REGULACIÓN DE LA GLUCÓLISIS: u 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: u La glucólisis es favorecida en situaciones de saciedad; dietas hiperglucídicas y ante un aumento de la glucógenolisis muscular, como ocurre en el ejercicio… u

2. REGULACIÓN POR ESTADO ENERGÉTICO CELULAR: n ATP/ADP: n NADH 2/NAD+: n ACETILCo. A/Co. A: GLUCÓLISIS

3. REGULACIÓN ALOSTÉRICA DE LA GLUCÓLISIS: u Enzima: Modulador negativo: positivo: - Hexoquinasa Glucosa 6 P ------ - FFQ 1 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: u u 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… u LOCALIZACIÓN TISULAR: u Hígado (Exclusivamente) u LOCALIZACIÓN CELULAR: u Matriz mitocondrial u FINALIDAD: u Exportar energía química. .

u MUCHAS GRACIAS!!!!

GLUCÓGENOLISIS MUSCULAR: quinasa O. P 2 ATP 2 ADP OH OH 2 AMP OH OH Fosforilasa a 2 H 2 O 2 Pi Fosforilasa b 2 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 2 ATP 2 ADP OH O. P

SÍNTESIS DE GLUCÓGENO: Enlace alfa 1 -6 Glucógeno sintetasa Enzima ramificante

REGULACIÓN DE LA GLUCOGENOGÉNESIS: fosfatasa u GLUCÓGENO SINTETASA INACTIVA H 2 O Pi GLUCÓGENO SINTETASA ACTIVA ADP ATP quinasa O. P OH

INHIBICIÓN DE LA GLUCOGENOGÉNESIS: u ADRENALINA, NORADRENALINA u u PROTEINQUINASA A INHIBIDOR DE FOSFATASA i u GLUCOGENO SINTETASAa OH ATP ADP INHIBIDOR DE FOSFATASA a GLUCOGENO SINTETASAi ATP ADP O. P