Moléculas musculares

• Actina 

La molécula de G-actina (de 41’8 Kda) fue descubierta en extractos musculares por STRAUB en 1943. Tiene forma globular, aunque no esférica de 4-5 nm de diámetro y consta de una sola cadena polipeptídica de 375 aminoácidos.

(1 KDa = 10 3 Da, 1 Da (Dalton) = 1/12 de la masa de un átomo de C12).

Estructura: está formada por 2 dominios, denominados “mayor” y “menor” por razones históricas, ya que realmente tienen aproximadamente el mismo tamaño. Estos dominios están a su vez integrados cada uno por 2 subdominios. Los 4 subdominios de G- actina están envueltos en contactos con sus monómeros vecinos lo cual permite la formación del filamento de F-actina.

La molécula de G-actina parece ser una estructura más bien flexible: sus 4 subdominios se mantienen cercanos principalmente por el nucleótido y por puentes salinos.

La G-actina polimeriza en la forma filamentosa denominada F-actina característica de los filamentos delgados.

Los SI tienen la capacidad de enlazarse con la F-actina, en la ausencia de ATP, tal y como se describe en la siguiente ecuación

A + M €====€ A..M

Siendo el complejo A..M, denominado actomiosina característico del estado de rigidez cadavérica rigor mortis, ocasionado por la muerte al disminuir a cero la concentración de ATP.

La interacción entre los SI (cabeza globular de la molécula de miosina) y la F-actina es considerada como la responsable de la generación de fuerza en músculo.

La presencia de ATP induce la separación del complejo actomiosínico en sus componentes actina y miosina:

A.M + Mg. ATP €===€ A.M. Mg.ATP €=€ A + M.Mg.ATP

En los surcos de esta estructura helicoidal hay sobre cada lado moléculas de tropomiosina (con estructura a modo de hebra) y cerca del extremo de cada molécula de tropomiosina (TM) existe un complejo proteico, denominado troponina (TN), formado por 3 subunidades polipeptídicas.

Las proteínas regulatorias tropomiosina y el complejo de troponinas

La TM y la TN se presentan con una relación estequiométrica de 1 molécula de TM por cada TN y por cada 7 moléculas de actina.

La TM, de 66 Kda, es unha molécula en forma de bastón de 40 nm de largo y 2 nm de diámetro, con estructura de doble α-hélice embobinada en super-hélice. Su forma indujo la idea de que estaría ubicada a nivel de los 2 surcos mencionados anteriormente.

El complejo de troponinas fue descubierto por Ebashi y Kodama en 1965. La TN liga cationes Ca2+ de manera reversible en un rango de concentraciones de Ca2+ fisiológica, confiriéndole sensibilidad al Ca2+ a los filamentos de F-actina y por lo cual se considera está envuelto directamente en la regulación de la actividad contráctil del músculo. Su peso molecular total es de 80 KDa y consiste un complejo de 3 subunidades denominadas:

TN-C € de 18 KDa y responsable de ligar los cationes de Ca2+ TN-I  € de 23 KDa capaz de inhibir la interacción actina-miosina TN-T € de 37 KDa que tiene gran afinidad por TM.

El complejo troponina-tropomiosina juega un papel muy importante en la regulación de la contracción muscular mediada por iones CA2+.

Los miofilamentos gruesos están formados casi enteramente por moléculas de miosina (80-90% en musculo estriado de vertebrado) y en menor grado por proteínas no miosínicas).

• Miosina

La molécula de miosina es alargada con un bastón de 150-160 nm. de largo y terminada en 2 regiones globulares en forma de pera en un extremo, denominadas cabezas que miden 15-20 nm. de largo y 50-60 nm. lateralmente. Estas cabezas forman los puentes cruzados entre los filamentos gruesos y finos. El ángulo entre los puentes cruzados y la porción del bastón de la molécula de miosina se hace más agudo durante la contracción muscular. Este cambio de ángulo ocurre cuando el extremo de una paleta se une a un filamento fino próximo, lo que proporciona la fuerza mecánica para estirar los filamentos finos sobre los gruesos. Esto a su vez da lugar a un acortamiento de la sarcómera y por tanto a una contracción muscular.

La miosina es un exámero de 520 KDa y está formada por 3 pares de cadenas polipeptídicas: 2 cadenas pesadas HC y 2 pares de cadenas ligeras LC (2 en cada cabeza). En las cabezas de miosina está localizada la actividad ATPásica y la capacidad de enlazamiento con la actina, mientras que el bastón exhibe la capacidad de interaccionar con bastones de otras moléculas de miosina (o paramiosina) para formar filamentos. Las LC, por su parte, tienen la habilidad posiblemente de modular estas funciones básicas.

La capacidad ATP-ásica de la miosina está localizada en los SI (cabeza globular) y es de suma importancia, adscribiéndoseles el ente físico de la máquina o motor molecular químico-mecánico lineal de muy alta eficiencia, esencialmente capaz de convertir energía química en mecánica. La fuente inicial de energía química son los alimentos, los cuales luego de una serie de rutas metabólicas diversas se transforman en el adenosintrifosfato (ATP) es cual es el combustible básico de la máquina contráctil. La hidrólisis del ATP en los productos adenosíndifosfato (ADP) y fosfato inorgánico (Pi) (PO4 3-) acoplada a dicha conversión energética, se muestra en la siguiente ecuación química, que requiere la presencia del catión Mg2+ y de H2O:

Mg.ATP + H2O €----€ Mg.ADP + Pi + H+

Cada miofibrilla tiene una serie de numerosos sarcómeros. Los sarcómeros (de longitud 2-3 µm.) son las unidades contráctiles básicas de la célula muscular, que se encuentran repetidas y ubicadas en serie dando lugar a las estriaciones. Sarcómeros de miofibrillas adyacentes se alinean en registro produciendo la característica apariencia estriada de las fibras musculares. A mayor aumento cada sarcómero muestra regiones claras y oscuras. Las oscuras se denominan bandas A. Estas son segmentos que recorren toda la longitud de los filamentos gruesos. Las claras se denominan bandas I.

En el centro de la banda A se observa una línea más densa denominada línea M y que está constituída por moléculas proteicas que mantienen unidos y estables los filamentos gruesos ( miosina).

La línea M tiene a ambos lados una región más clara denominada zona H, mientras que la línea densa que se observa en el centro de la banda clara I y que separa un sarcómero del siguiente se denomina línea Z, (que es una estructura de conexión que enlaza mecánicamente los sarcómeros entre si; estas líneas Z, también denominadas bandas o discos Z, están formadas por diversas proteínas -dismina de 55 KDa, α-actinina de 100 KDa, la proteína Z de 55 KDa y la vimentina de 60 KDa-)

Otra estructura única de las células musculares es un sistema de túbulos transversales o túbulos T. Este nombre procede del hecho de que estos túbulos se extienden transversalmente en el sarcoplasma, en ángulo recto con el eje mayor de la célula.

Los túbulos T están formados por prolongaciones hacia dentro del sarcolema. Su principal función es hacer que las señales eléctricas o impulsos que corren por el sarcolema penetren más profundamente en la célula.

El retículo sarcoplásmico es también un sistema de túbulos membranosos en la fibra muscular. Está separado del sistema de túbulos T, formando amplias redes de conductos y sacos conectados. La membrana del retículo sarcoplásmico bombea continuamente iones de calcio (Ca2+) del sarcoplasma, almacenándola en sus sacos. A cada lado de los túbulos T de una fibra muscular, está conectado un saco tubular del retículo sarcoplásmico. Este trío de túbulos (un túbulo T intercalado entre sacos del retículo sarcoplásmico) se denomina tríada. La tríada es una característica importante de la célula muscular, ya que permite que un impulso eléctrico que se desplaza por un túbulo T estimule las membranas de sacos adyacentes del retículo sarcoplásmico.