BIOQUÍMICA DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR

Presentación del tema: "BIOQUÍMICA DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR"— Transcripción de la presentación:

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

2 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.

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

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

5 ORGANIZACIÓN MUSCULAR:
MÚSCULO FASCÍCULO FIBRA MUSCULAR MÍOFIBRILLA MÍOFILAMENTOS

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

7 ORGANIZACIÓN MUSCULAR:
El sarcómero es la unidad funcional del músculo y está comprendido entre dos líneas Z… 2 µm Míofibrilla

8 Los sarcómeros se acortan con la contracción
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

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

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

11 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

12 ORGANIZACIÓN MUSCULAR:

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

14 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.

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

16 FILAMENTO FINO Troponina Actina G Tropomiosina CADENA DE ACTINA

17 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.

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

19 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.

20 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.

21 TROPONINAS:

22 TITINA Y NEBULINA:

23 ORGANIZACIÓN MUSCULAR:

24 INTERACCIÓN ACTINA-MIOSINA:

25 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

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

27 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 banda M. M

28 MECANISMO MOLECULAR DE LA CONTRACCIÓN NEUROMUSCULAR:

29 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.

30 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;

31 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;

32 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.

33 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...

34 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. ATP-MIOSINA ADP-Pi-MIOSINA H2O

35 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

36 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

37 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 actina-miosina-ATP. ACTINA-MIOSINA ACTINA-MIOSINA-ATP

38 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 ATP-MIOSINA ACTINA

39 UNIÓN-SEPARACIÓN CÍCLICA DE ACTINA Y MIOSINA:
H2O ATP-MIOSINA 1 ADP-Pi-MIOSINA 5 ACTINA ACTINA 2 ACTINA-MIOSINA-ATP ACTINA-MIOSINA-ADP-Pi 4 ATP 3 ADP + Pi ACTINA-MIOSINA

40 CALCIO Y CONTRACCIÓN MUSCULAR:
Sarcolema Túbulo T Canal libera-dor Receptor de dihidropiridina Cisterna Cisterna Ca++ Ca++ Calsecuestrina Ca++ Ca++ Ca++ATPasa Sarcómero

41 METABOLISMO DE LA FIBRA MUSCULAR
Lic. Sofía Castiñeyras

42 PROPIEDADES DE LA FIBRA MUSCULAR:

43 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.

44 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.

45 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…

46 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´

47 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.

48 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.

49 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; m de natación.

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

51 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)

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

53 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…

54 METABOLISMO MUSCULAR:
ESFUERZO MÁXIMO: En la etapa inicial, el ATP es generado por las reservas de fosfocreatina (-10.3 kcal/mol). FOSFOCREATINA + ADP CREATINA + ATP CPK

55 METABOLISMO MUSCULAR:
Luego, ocurre la regeneración del ATP: 2 ADP ATP + AMP Las reservas de fosfocreatina y ATP en el músculo son limitadas y sólo pueden proveer energía durante un tiempo muy breve…

56 METABOLISMO MUSCULAR:
La degradación de glucógeno muscular es una importante fuente de sustrato utilizable anaeróbicamente…

57 METABOLISMO MUSCULAR:
ESFUERZO SUBMÁXIMO: Cuando el ejercicio es de menor intensidad, el aporte de O2 puede ser suficiente para generar por fosforilación oxidativa el ATP requerido…

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

59 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.

60 Enzima desramificante
METABOLISMO MUSCULAR: GLUCÓGENOLISIS: fosforilasa + glucantransferasa Enzima desramificante

61 La glucólisis es la degradación de la glucosa con fines energéticos…
¿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)

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

63 GLUCÓLISIS EN AEROBIOSIS:
GLUCOSA PIRUVATO ACETILCOA NADH2, FADH CICLO DE KREBS CADENA RESPIRATORIA ATP mitocondria

64 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.

65 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

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

67 LIPASA HORMONO-SENSIBLE: regulación
Adrenalina, Noradrenalina a b g Adenilciclasa R Proteína G Fosfodies-terasa ATP AMPc ´AMP GTP + TAG PQAi PQAa H2O AGL LHSa LHSi DAG

68 LOCALIZACIÓN TISULAR: LOCALIZACIÓN CELULAR:
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.

69 ACTIVACIÓN DEL ÁCIDO GRASO: Membrana externa mitocondrial
BETA OXIDACIÓN: ACTIVACIÓN DEL ÁCIDO GRASO: Membrana externa mitocondrial CO.OH + ATP + CoA.SH CO.S.CoA + AMP + PPi Pi Tíoquinasa Acil CoA H2O Pirofosfatasa

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

71 3. BETA OXIDACIÓN: CH2-CH2-CO.S.CoA H H C C CO.S.CoA OH H Acil-CoA b a
FAD deshidrogenasa FADH2 b-enoil CoA hidratasa H2O b-hidroxiacilCoA

72 BETA OXIDACIÓN: OH H C C CO.S.CoA H H O C CH2 CO.S.CoA
COS.COA CH3 COSCOA b-hidroxiacilCoA NAD+ NADH2 b-cetoacilCoA CoA.SH n-2 Acil CoA Acetil CoA

73 BETA OXIDACIÓN: BALANCE ENERGÉTICO DEL PALMITATO
1*v C acetil CoA 2*v C acetil CoA 3*v C acetil CoA 4*v C acetil CoA 5*v C acetil CoA 6*v C acetil CoA 7*v acetil CoA acetil CoA

74 ¿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);

75 BALANCE ENERGÉTICO DE LA BETA-OXIDACIÓN:
35 (siete ciclos) + 96 ATP = 131 ATP; 131 – 1 ATP (gastado en la activación del ácido graso) = 130 ATPs; La oxidación del palmitato, generará moléculas de ATP por la beta oxidación…

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

77 CETÓLISIS: OH O H3C-C-CH2-CO.OH H3C-C-CH2- CO.OH H O
Mitocondria: NAD+ NADH2 OH O H3C-C-CH2-CO.OH H3C-C-CH2- CO.OH H O H3C-CO.S.CoA H3C-C-CH2-CO.S.CoA + H3C-CO.S.CoA Acetil CoA Acetoacetato dhg b-hidroxibutirato Succinil CoA Succinato CTC Tíoferasa Acetoacetil CoA Tíolasa

78 MUCHAS GRACIAS!!!

79 DIFUSIÓN FACILITADA DE LA GLUCOSA:
TRANSPORTADOR DE GLUCOSA GLUT 4 HO OH GLU 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 GLU HO OH

80 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…

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

82 BALANCE ENERGÉTICO DE LA GLUCÓLISIS:
GLUCOSA + 2 Pi + 2 ADP 2 LACTATO + 2 ATP + 2 H2O (O2) 2 PIRUVATO + 2 ATP + 2 NADH H2O

83 REGULACIÓN DE LA GLUCÓLISIS:
La glucólisis puede ser regulada por: Concentración de glucosa intracelular; Estado energético celular; Regulación alostérica; Regulación hormonal…

84 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…

85 2. REGULACIÓN POR ESTADO ENERGÉTICO CELULAR:
ATP/ADP: NADH2/NAD+: ACETILCoA/CoA: GLUCÓLISIS

86 3. REGULACIÓN ALOSTÉRICA DE LA GLUCÓLISIS:
Enzima: Modulador negativo: positivo: - Hexoquinasa Glucosa 6 P - FFQ ATP, Citrato AMP,ADP - Piruvato quinasa ATP,Citrato Fr 1-6 di P

87 3. REGULACIÓN ALOSTÉRICA:
FRUCTOSA 2-6 di P FOSFOFRUCTOQUINASA 1 FRUCTOSA 1-6 di P PIRUVATO QUINASA PEP + ADP PIRUVATO + ATP

88 4. REGULACIÓN HORMONAL:

89 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..

90 MUCHAS GRACIAS!!!!

91 GLUCÓGENOLISIS MUSCULAR:
quinasa O.P O.P OH OH OH OH 2ATP 2ADP 2 AMP Fosforilasa a 2H2O 2Pi Fosforilasa b (menos activa) 2 AMP AMP AMP Forma activa Fosforilasa b fosfatasa Forma inactiva

92 REGULACIÓN DE LA GLUCÓGENOLISIS:
PQAa Fosforilasa b Fosforilasa b quinasa inactiva quinasa activa Fosforilasa b Fosforilasa a Ca++ (músculo) ATP ADP OH O.P OH O.P 2ATP2ADP OH O.P

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

94 REGULACIÓN DE LA GLUCOGENOGÉNESIS:
fosfatasa GLUCÓGENO GLUCÓGENO SINTETASA SINTETASA INACTIVA ACTIVA quinasa H2O Pi ADP ATP O.P OH

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

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