Contracción muscular. Acoplamiento excitación-contracción. Fuerza de contracción y control motor Curva de fuerza Unidades motoras Control neural

Transcripción

1 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 Unidades motoras Actividad miogénica

2 Motilidad basada en actina y miosina Micrografía electrónica de músculo estriado

3 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

4 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

5 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)

6 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

7 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

8 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)

9 Estructura del sarcómero línea Z línea M banda I zona H banda A línea Z banda I

10 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

11 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 Unidades motoras Actividad miogénica

12 Contracción muscular: Modelo de filamentos deslizantes Banda A disco Z Banda I Acortamiento del sarcómero 30 % cada uno relajado contraído disco Z

13 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

14 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

15 El "golpe de fuerza" de la miosina Miosina(ADP+Pi) Actina 12 nm + Pi Miosina(ADP) Actina - +

16 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

17 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

18 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 Unidades motoras Actividad miogénica

19 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

20 Acopl. excitación-contracción: potencial de acción muscular AP delayed & slow AP AP slow with plateau

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23 Acoplamiento excitación-contracción

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25 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 Unidades motoras Actividad miogénica

26 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

27 Musculo: curva tensión longitud

28 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

29 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)

30 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 Unidades motoras Actividad miogénica

31 Músculo: mantenimiento de [ATP]

32 Músculo: fuentes de energía

33 Tipos de fibras musculares Tipo I Contracción lenta Oxidativas Pequeño Ø Oscuras (mioglobina) Resitentes Tipo II Contracción rápida Glicolíticas gran Ø Pálidas Fatigables

34 Características de los tipos de fibras musculares

35 Músculo: reservas energéticas

36 Músculo: Deuda de O2

37 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 Unidades motoras Actividad miogénica

38 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

39 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

40 Contracción en músculo liso: características Lenta (retrasado y despacio) Fuerza Aeróbica 1/10-1/300 del esquelético 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

41 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 músculo liso Unidades motoras Actividad miogénica

42 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

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44 Estimulación en músculo liso Estimulación eléctrica neurogénica/miogénica Canales de Ca2+ en la membrana Ondas lentas Actividad marcapasos Estimulación humoral Reservorios intracelulares de Ca2+

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