Contractilidad muscular: músculo cardiaco y liso

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1 Contractilidad muscular: músculo cardiaco y liso
Dra. Aileen Fernández R. M.Sc. Profesora catedrática Departamento de Fisiología Escuela de Medicina Universidad de Costa Rica

2 Diferencias entre el músculo cardiaco y el músculo esquelético
Organización Acoplamiento eléctrico y mecánico Acoplamiento excitación-contracción Mecanismos que regulan la F Berne: Cel card más peq. ()10 um diametro y 100 um longitud vrs um diam y 25 cm long en musc esq. Uniones mec y eléctricas Ce Boron Extremo de una fibra colinda con la otraDiferncias: discos intercalares, mayor número de mitocondrias no puede generar una gran deuda de O2, abundantes capilares, fibras son más cortas y ramificadas Un capilar por cada fibra Elementos contráctiles similares En el musculo cardiaco too existen diferencias entre cel por ej de atrios y ventric o entre ventric izq y derecho o entre las cel màs superficiales epicardicas o interiores endocardicas Too por dif en la expresión de las isoformas de prot contractlies y regulatorias Músculo cardiaco (Wilmore y Costill, 1999)

3 Músculo cardiaco Excitación: Sincisio eléctrico y mecánico
estímulos eléctricos originados en el nodo SA Discos intercalares Uniones mecánicas: desmosomas Sinapsis eléctricas: uniones de hendidura Sincisio eléctrico y mecánico Sinapsis químicas (SNA) modulan la contracción Discos intercalares mantienen la cohesión entre las cel Desmosomas: unión mec fascia adherens one of the methods of attachment of actin filaments to the sarcolemma in cardiac muscle; a continuous zone of attachment. Fascia adherens: anclaje de filamentos de actina > Cap Z, Actinina , Vinculina, Cadherinas Uniones comunicantes: unión eléctrica L,as membranas de las fibras adyacentes se fusionan forman uniones de comunicantes. Señales elèctricas inician la contracción provienen de cel vecinas que a su vez se inicia en una règiòn marcapaso especializada, el nodo SA Sinapsis eléctricas acoplan cel vecinas La corriente fluye por las unioens comunicantes y despol cel vecinas si se alcanza el umbral se producen PA en estas cel proviene del nodo SA Isoformas lentas actividad ATPasa bja fibras dependen del metab oxidativo y pro lo tanto un aporte continuo de O2 Ganong Discos intercalares se encuentran en las lineas Z Tubos T se encuentran en las lineas Z y no entre A e I PA cercano a -90 mv PA tienen una meseta Siverthorn RS más peq Ca del LEC Tubos T más grandes y se ramifican Alto % de mitoc y extrae del 70 al 80% del O2 que trae la sangre, metab oxidativo Boron 09 Así como el musc esq está compuesto por fibras de diferentes tipos, el musc cardiaca too , varían en popiedades electrofisiológicas y mecánicas por eje dif atrio, ventric, sist de conducción, y localización anatómica, Iepicadio vrs endocardio) reflejan dif en la expresión de isoformas de prot contráctiles y reguladoras. Algunas de estas isoformas son semejantes a las del musc esq. Y otras son específicas para el musc card.

4 Organización del sarcómero del músculo cardiaco
30% del volumen cardiaco ocupado por mitocondrias RS menos desarrollado Túbulos T están a nivel de lineas Z en esq en el extremo de la banda I

5 Potenciales de acción del músculo esquelético y cardiaco
2 a 4 mseg Potenciales de acción del músculo esquelético y cardiaco mseg Mayor duración de los potenciales de acción Meseta Período refractario absoluto mayor No hay tetania Señales elèctricas inician la contracción Berne: duración pot acción en musc cardiaco: 200 ms Musc esq. Duración del potencial de acción: 2 a 4 mseg Berne dice : 5 ms Duración de la sacudida: rápida 7.5 mseg lenta: mseg Ganong despol dura 2 mseg y fase de meseta y repol dura 200 mseg o mas la repol no se completa hasta q ue transcuree la mitad de la contracción El canal de Na acr por voltaje del msc cardiaco tiene dos compuertas una ext. Que se abre a -70 y una int que se cierra e impide la entrada adicional inact hata que terme el PA. Dif tipos de canale de K Isoformas alfa y beta de músculo lento Longitud del musc es igual al llenado ventricular diastolico y la presión que desarrolla es proop a la tensi´pon del ventri ley de Starling del cor/ En la curva long tensión el descenso de la tensión al estirar no se debe a la disminuciónb de la cant d epuentes cruzados poruq aun en los croazones dilatados gravemente no se stiran hasta este grado. Se explica por el inicio de la ruptura de las fibras miocárdicas.Too effecto inpotropoci pos de catecol sin cambio tensión

6 En el músculo cardiaco no ocurre tetania
Berne: Aumento de Ca se da 20 ms después del PA En el musc cardiaco la conce de Ca no se eleva tanto como en el musc esq con un PA. En el músculo cardiaco la sacudida tarda 1.5 veces más que el potencial de acción Mayor duración de los potenciales de acción Meseta Período refractario absoluto mayor No hay tetania Señales elèctricas inician la contracción PA tarda en recorrer el corazón 220 ms desde el nodo SA y la contracción tarda 300 ms Duración de la sacudida: rápida 7.5 mseg lenta: mseg Ganong despol dura 2 mseg y fase de meseta y repol dura 200 mseg o mas la repol no se completa hasta q ue transcuree la mitad de la contracción El canal de Na acr por voltaje del msc cardiaco tiene dos compuertas una ext. Que se abre a -70 y una int que se cierra eGanong despol dura 2 mseg y fase de meseta y repol dura 200 mseg o mas la repol no se completa hasta q ue transcuree la mitad de la contracción El canal de Na acr por voltaje del msc cardiaco tiene dos compuertas una ext. Que se abre a -70 y una int que se cierra e impide la entrada adicional inact hata que terme el PA. Dif tipos de canale de K Isoformas alfa y beta de músculo lento Longitud del musc es igual al llenado ventricular diastolico y la presión que desarrolla es proop a la tensi´pon del ventri ley de Starling del cor/ En la curva long tensión el descenso de la tensión al estirar no se debe a la disminuciónb de la cant d epuentes cruzados poruq aun en los croazones dilatados gravemente no se stiran hasta este grado. Se explica por el inicio de la ruptura de las fibras miocárdicas.Too effecto inpotropoci pos de catecol sin cambio tensión impide la entrada adicional inact hata que terme el PA. Dif tipos de canale de K En el musc esquelético la regulación de F ocurre por sumación de frecuencia o sumación de fibras múltiples (reclutamiento) Magnitud del aumento conc Ca El musc cardiaco se contrae solamente una vez y luego tiene que relajarse totalmente. No hay sumaciòn, ni tetania No se posible la sumaciòn multiple de fibras debido a que las uniones comunicantes hacen que el musc se contraiga homogeneamente Duración corta del PA: 2 a 4 mseg Berne dice 5 ms permite la estimulación repetitiva muy rápida, reg fuerza Mechanics: Gradation of Force Unlike skeletal muscle, cardiac muscle cannot be tetanized. In skeletal muscle, the action potential is very short with respect to the ensuing twitch contraction. Thus the membrane is capable of generating another action potential before the twitch force of the first stimulus has decayed (figure). We discussed this property when we spoke of summation of twitches in Chapter 5, the process that underlies the phenomenon of the tetanus. In cardiac muscle, however, the action potential is quite long with respect to the twitch. Thus the membrane is only capable of being stimulated again after twitch force has fallen nearly completely.

7 7 Berne: Aumento de Ca se da 20 ms después del PA
En el músculo cardiaco la sacudida tarda 1.5 veces más que el potencial de acción Mayor duración de los potenciales de acción Meseta Período refractario absoluto mayor No hay tetania Señales elèctricas inician la contracción Berne: duración pot acción en musc cardiaco: Musc esq. Duración del potencial de acción: 2 a 4 mseg Berne dice : 5 ms Duración de la sacudida: rápida 7.5 mseg lenta: mseg Ganong despol dura 2 mseg y fase de meseta y repol dura 200 mseg o mas la repol no se completa hasta q ue transcuree la mitad de la contracción El canal de Na acr por voltaje del msc cardiaco tiene dos compuertas una ext. Que se abre a -70 y una int que se cierra e impide la entrada adicional inact hata que terme el PA. Dif tipos de canale de K Isoformas alfa y beta de músculo lento Longitud del musc es igual al llenado ventricular diastolico y la presión que desarrolla es proop a la tensi´pon del ventri ley de Starling del cor/ En la curva long tensión el descenso de la tensión al estirar no se debe a la disminuciónb de la cant d epuentes cruzados poruq aun en los croazones dilatados gravemente no se stiran hasta este grado. Se explica por el inicio de la ruptura de las fibras miocárdicas.Too effecto inpotropoci pos de catecol sin cambio tensión 7

8 Receptores de DHP y RyR Músculo cardíaco Músculo esquelético
B) A tri-dimensional reconstruction of a skeletal muscle triad showing the ultrastructural localization of RyRs, DHPRs, Calsequestrin, Triadin, Junctin, and Ca2+/Mg2+ ATPases. Note the localization of DHPRs in the T-tubule membrane: DHPRs are intramembrane proteins that are not visible in thin section EM but can be visualized by freeze fracture replicas of T tubules (see panel C). C) DHPRs in skeletal muscle DHPRs form tetrads, group of four receptors (see enlarged detail), that are linked to subunit of alternate RyRs (see models in B and E). D) In sections parallel to the junctional plane, feet arrays are clearly visible (toadfish swimbladder muscle): feet touch each other close to the corner of the molecule (see enlarged detail). E) Model that summarizes finding of panels C and D: RyRs form two (rarely three) rows and DHPRs form tetrads that are associated with alternate RyRs (RyRs in blue; DHPRs in purple; T-tubule in green). (EM courtesy of Clara Franzini-Armstrong; 3D reconstruction of RyRs courtesy of T. Wagenknecht) Structure of calcium release units in cardiac myocytes. Junctions in cardiac muscle cells are usually in the form of dyads or peripheral coupling formed by SR and either a T-tubule or the sarcolemma. A) DHPRs in cardiac junctions do not form tetrads, but they are randomly arranged in exterior membrane domains that face arrays of feet. This observation implicates that DHPRs are not directly linked to RyRs in the heart. B) RyRs, pointed by the arrow, usually form large clusters instead of the two rows described for skeletal muscle junctions. C) Tri-dimensional reconstruction of a cardiac muscle dyad/peripheral coupling showing the ultrastructural localization of RyRs, DHPRs, Calsequestrin, Triadin, and Junctin. Bar, 0.1 mm (3D reconstruction of RyRs courtesy of T. Wagenknecht). Boron Los RyR se mantienen activod más tiempo que los DHP. Contribución LCIC es mayor que el Ca que ingresa del LEC Un DHP controla 1 RyR No responden a aumetos generalizados de Ca contracción generalizada se debe a sumación temporal y espacial de LCIC individuales Músculo esquelético Músculo cardíaco

9 Músculo esquelético: acoplamiento electromecánico
Berne : El canal de Ca tipo L regulado por voltaje tienen cinco subunidades alfa 1 y 2, beta, gamma y delta y αβγδ regiones del RS protruyen sobe los tubulos t RyR canal de Ca reg por Ca. La dif entre card y esq. Se encuentra en la isoforma de DHPR 10 -7 M a más de 10-5 M Too regula por medio de proteínas reguladoras y no directaqmente inhibiendo las interacciòn actina miosina too Ca remueve inhibic. Diferencia con respecto al musc la troponina tiene un solo sitio de de baja afinidad para el Ca Entrada de CA desencadena la lib de Ca Structure/function correlation: lack of tetrads in cardiac cells explains the need of Ca2+ in DHPR/RyR communication. A and B) DHPRs clustered respectively in peripheral coupling of BC3H1 cells (A) and in chicken ventricle (B). DHPRs form tetrads in the first, while in the second are randomly disposed in the junctional domain. C and D) both RyR1 (blue, C) and RyR2 (pale green, D) form ordered arrays. However, the specific link that allows associations of tetrads to alternate RyR1s in skeletal muscle cells is missing in the heart. The role and intracellular localization of RyR3 in skeletal muscle fibers is still not completely clear: RyR3 (green, C) may occupy some of the uncoupled positions of the RyR arrays. E and F) Cartoons illustrating the two different mechanisms that allow DHPR and RyR to communicate in e-c coupling: mechanical coupling in skeletal fibers and CICR in cardiac myocytes. Need of external Ca2+ in heart (F) is the result of lack of a direct link between the two molecules, link that probably involves the II-III loop of the DHPR in skeletal fibers (E). Bar, 0.1 mm (3D reconstruction of RyRs courtesy of T. Wagenknecht). Ulate Los RyR2 se localizan próximos a los canales de Ca2+ tipo L, formando unidades funcionales llamadas “couplon”, las cuales constan de aproximadamente 100 RyR2 junto con 25 canales tipo L. El Ca2+ que ingresa desde el exterior celular interactúa con los RyR2 y produce su apertura. Sin embargo, es importante referirse a un punto que actualmente es motivo de gran investigación y controversia: ¿porqué si la concentración intracelular de calcio está constantemente aumentando de forma cíclica durante la sístole, no se desencadenan una serie de otros procesos intracelulares, que se han asociado a manejo inadecuado del calcio?. Muy recientemente, esta pregunta ha sido abordada por Wu15 y por Molkentin5 quienes postulan que el calcio tendría un papel en la contracción (global) y otro en la señalización intracelular (local). Dentro de las posibles explicaciones está la existencia de dos almacenes de Ca2+ diferentes: uno, presente en el RS, movilizado durante la contracción y el otro, aunque no está completamente definido, podría estar localizado en la membrana nuclear15. Aquí, la liberación de Ca2+ estaría determinada por receptores para el inositol trifosfato (IP3) presentes en la membrana nuclear, los cuales serían estimulados por aquellos mensajeros químicos que se unen a receptores en el sarcolema (GPCRs) de los miocitos cardíacos y que terminan aumentando la producción y liberación de IP3. El calcio liberado por efecto del IP3, formaría microambientes locales en los que se activa una cascada de eventos que incluyen a la kinasa II dependiente de calmodulina (CaMKII) y la salida del núcleo de la 5-deacetilasa de la histona (HDAC5). Esta última proteina normalmente actúa reprimiendo la activación transcripcional y favoreciendo la condensación del ADN. Cuando la HDAC5 es fosforilada por la CaMKII, sale del núcleo y con ello se activa la expresión de varios genes que determinan un programa de hipertrofia de los miocitos16. D Existen 3 entidades que se han asociado con un funcionamiento alterado de este receptor: la insuficiencia cardíaca, la taquicardia ventricular catecolaminérgica polimórfica (TVCP) y una variante de la MAVD, específicamente la tipo 2. En todas estas entidades, se presenta una pérdida constante (“goteo”) de Ca2+ desde el RS, lo que lleva a la producción de posdespolarizaciones tardías que pueden conducir a la taquicardia ventricular12,14,31. La pregunta aquí es ¿por qué ocurre ese goteo desde el RS? Es el canal iónico más grande conocido hasta ahora. Contiene gran cantidad de sitios a los que se unen diversos ligandos que modulan su comportamiento, como por ejemplo el Ca2+, el Mg2+, el lactato, el ATP, la rianodina, la cafeína, los aminoglicósidos y el verapamil12. El Ca2+ es de importancia particular pues juega un papel primario en su activación durante el acople excitación-contracción. Por otro lado, el RyR2 se une a otras moléculas proteicas y conjuntamente forman un complejo de mayor tamaño14,32. Algunas de estas son la calmodulina (CaM)33,34, la calstabina- 2 (FKBP ) y la calsecuestrina32. La primera inhibe la actividad del RyR214, la segunda produce su estabilización12,32,37 y la tercera se relaciona con la capacidad de almacenar Ca2+ del RS14 Músculo cardíaco: acoplamiento electroquímico 9

10 Moduladores de los receptores de rianodina
Schematic figure of the interaction between RyR and various modulators. Left panel illustrates skeletal muscle and right panel shows cardiac muscle. Modulators bind to the RyR tetramer but are for simplicity only depicted on one monomer. ©2010 by Cold Spring Harbor Laboratory Press Lanner J T et al. Cold Spring Harb Perspect Biol 2010;2:a003996

11 Acoplamiento excitación-contracción en el músculo cardiaco
Activación DHPR (canales tipo L) ↑[Ca++ ] citosólico ↓ Efecto inhibitorio de Mg++ sobre RyR2 Activación de RyR2 Regulation of cardiac RyRs by Ca2+ and Mg2+ and ATP operates by similar mechanisms as in skeletal RyR1, except that the ligand sensitivities vary between the two isoforms. Cardiac RyR2 are not appreciably activated by ATP in the absence of Ca2+, but ATP augments their activation by Ca2+.30,57 In At resting [Ca2+], RyR1 and RyR2 are similarly inhibited by Mg2+; thus, it can be regarded as the brake on cardiac Ca2+ release at rest. However, at elevated cytoplasmic Ca2+ (approximately 10 mmol/L), which occurs during muscle contraction, the I-sites produce relatively little inhibition of RyR2 compared with RyR1. Thus, in cardiac muscle, raised cytoplasmic Ca2+ is sufficient to alleviate the Mg2+ inhibition of RyRs. Yet, in spite of this, the quantity of calcium released from the cardiac SR has a graded and stable dependence on the magnitude of the calcium inflow through the surface membrane. In skeletal muscle, the RyR I-sites have sufficiently high Mg2+ affinity to inhibit Ca2+ release. During EC coupling, Ca2+ release is triggered via a DHPR-induced reduction in the A- and I-site affinity for Mg2+. Control of RyR1 by the I-site gives DHPR the ability to terminate Ca2+ release upon repolarization, thus allowing tight control of Ca2+ release by the surface membrane. In cardiac muscle, the I-sites have a 10-fold lower affinity for Mg2+ and are not used by the DHPR to regulate Ca2+ release. Instead, Ca2+ release is triggered by the influx of Ca2+ through the surface membrane. How this release process is controlled by the surface membrane is not yet understood. ATP Ca++ Liberación de Ca++ (CICR) Laver DR REGULATION OF RYANODINE RECEPTORS FROM SKELETAL AND CARDIAC MUSCLE DURING REST AND EXCITATION Clinical and Experimental Pharmacology and Physiology (2006) 33, 1107–1113

12 TnC tipo 1: solo un sitio de baja afinidad para el Ca en vez de los dos de baja af y 2 de alta af que tiene el musc esq. TnC típo 2 Berne: Entra Ca del LEC entonces existen mec dif al del musc esq para extraer el Ca Conc Ca intracel en reposo es de 50 a 100 nM y aumento a 600 nM para desarrollar F submax, conc de Ca libre debe aumentar 70uM Liberac de Ca del RS responsible del 70% del aumento del Ca y7 30% por entrada de CA por canales tipo L Apertura de canales tipoL permite modular la entrada de Ca y la fuerza muscular Physiol. Rev. 80: , 2000; TnC has two globular regions, an NH2 terminal and COOH terminal, connected by a long central helix. Each region contains two possible Ca2+ binding sites of the E-F hand, helix-coil-helix type (Fig. 2). 1. The COOH-terminal sites (III-IV) have high Ca2+ affinity (~107 M1) and sufficient Mg2+ affinity so that under intracellular, relaxed conditions, Mg2+ is normally bound. These sites are termed structural sites because Mg2+-Ca2+ binding at these sites enhances TnC-TnI interaction and binding of TnC to the thin filament (519). 2. The NH2-terminal sites (I-II) are the physiological Ca2+ trigger sites with lower affinity (~105 M1) and high selectivity of Ca2+ over Mg2+ (371). These sites are termed structural sites because Mg2+-Ca2+ binding at these sites enhances TnC-TnI interaction and binding of TnC to the thin filament (519). The NH2-terminal sites (I-II) are the physiological Ca2+ trigger sites with lower affinity (~105 M1) and high selectivity of Ca2+ over Mg2+ (371). The NH2-terminal region in cardiac TnC (the TnC isoform in both cardiac and slow skeletal muscle) contains a single Ca2+ binding site J Mol Biol Apr 3;387(3): Epub 2009 Feb 11 The role of the N-terminus of the myosin essential light chain in cardiac muscle contraction. Kazmierczak K, Xu Y, Jones M, Guzman G, Hernandez OM, Kerrick WG, Szczesna-Cordary D. Department of Molecular and Cellular Pharmacology, University of Miami Miller School of Medicine, Miami, FL 33136, USA. To study the regulation of cardiac muscle contraction by the myosin essential light chain (ELC) and the physiological significance of its N-terminal extension, we generated transgenic (Tg) mice by partially replacing the endogenous mouse ventricular ELC with either the human ventricular ELC wild type (Tg-WT) or its 43-amino-acid N-terminal truncation mutant (Tg-Delta43) in the murine hearts. The mutant protein is similar in sequence to the short ELC variant present in skeletal muscle, and the ELC protein distribution in Tg-Delta43 ventricles resembles that of fast skeletal muscle. Cardiac muscle preparations from Tg-Delta43 mice demonstrate reduced force per cross-sectional area of muscle, which is likely caused by a reduced number of force-generating myosin cross-bridges and/or by decreased force per cross-bridge. As the mice grow older, the contractile force per cross-sectional area further decreases in Tg-Delta43 mice and the mutant hearts develop a phenotype of nonpathologic hypertrophy while still maintaining normal cardiac performance. The myocardium of older Tg-Delta43 mice also exhibits reduced myosin content. Our results suggest that the role of the N-terminal ELC extension is to maintain the integrity of myosin and to modulate force generation by decreasing myosin neck region compliance and promoting strong cross-bridge formation and/or by enhancing myosin attachment to actin. Boron 09 Mecanismo excitación contr. Semejante musc esq. Una de las mayores dif es que el musc esq el evento inicial es PA de unión neuromusc. Liberac NT placa motoar mientras que miocitos ventric PA despol cel adycentes invade tubos T que corren radiales al eje long de la cel en pero a dif del musc esq too tienen tubos T que corren paralelos al eje long y conecta Tbuos T radiales los canales tipo L (dihidropiridina) en los tubos T activan canales liberadores de Ca riadonidina en RS. En el musc esquelético la unión es mecánica y no requiere la entrada de Ca en miocitos cardiacos la entrada es esencial para elevar la conc Ca en la venindad de los receptores de rianodina liberación de Ca inducida por Ca. Tubos T son una extensión del LEC por lo que facilita entrada de Ca por canales tipo L durante PA Un episodio de liberación de Ca por RS produce una aumento grande y localizado de Ca que aparece como un destello de Ca cuando se monitorea don tinciones sensibles alCa y se usa micorscopia confocal. Si muchos canales se abren se producen destellos múltiples que llevan a un auemtno conc Ca. Estructura filamentos gruesos y delgados es la misma La contracción generalizada del musc card ocurre como resultado de la sumación espacial y temporal de liberaciones individuales de Ca en los RS Receptores de rianodina se mantienen abiertos más tiempo en cardiaco CA se une a TnC y libera la inhibición TnI Los canales de rianodina liberadores de Ca se mantienen abiertos más tiempo que los canales tipo L la contribución de cicr al aumento de Ca es mayor que tipo L Parece que cada canal tipo L controla son un canal liberador de Ca cercania muy grande entre tipo L y rianodina Ca difunde en el citosol lejos de donde se liberó de SR pero no parece inducir liberac de Ca de otros canales de rianodina vecinos, entonces no responden a aumentos generalizados de Ca en el citosol. El aumento generalizado se debe a la sumación espacial y temporal de cicr individuales. Deslizamiento de filamentos genera tensión Diferencias: Troponica C (TNNC1) tiene solo un sito de baja afinidad para el Ca, mientras que el musc esq tiene 2 de baja y 2 de alta SERCA está inhibida por fosfolambam cuando PLB es fosforilado por AMPc dep PKA pierde su habilidad para inhibir a la SERCA La curva de longitud tensión en el musc. Cardiaco que está alrededor el ventric el parametro de longitud puede ser el vol ventricular que es análogo a la longitud total en musc esq. O el tamaño del dsarcómeto. Fosforilación del fosfolamban . Desués de la meseta PA se reduce entrada de Camy se reduce la salida de Ca de RS Disminución del Ca muy regulados: recaptac RS SERCA y liberac Ca de TnC, ademas NCX NCX opera a altas conc Ca bomba de Ca que trabaja aun a bajas conc Ca aun durante la meseta. Todo el Ca que ingresó debe ser expulsado de la cel. Recaptacion de Ca too funciona durante la meseta SERCA 2 en el musc cardiaco la SERCA està inhibida por una prot reg conocida como fosfolamban, cuando este se fosforila por PKA dep AMPc se pierde su habilidad para inhibir la SERCA. Entonces los activadores de la PKA como NE aumenta la tasa de relajaciòn dee los miocitos cardiacos. Fosfolamban es un pentamero que funciona como un canal iónico o regulador de canales de Cl en RS. La disoacion del pentámero permite que el dominio hidrofísico citoplasmático de los monómeros de fosfolamban inhiban la SERCa, pero la fosforilación del fosfolamban por diversas kinasas suelta la inhibición sobre la serca Fosforilación fosfolambam por protein cinasa A explica el efecto de los agonistas beta adrenérgicos (epi) In RyR2, the I-sites have a10-fold lower affinity for divalent ions than RyR1.25,45 At resting [Ca2+], RyR1 and RyR2 are similarly inhibited by Mg2+; thus, it can be regarded as the brake on cardiac Ca2+ release at rest. However, at elevated cytoplasmic Ca2+ (approximately 10 mmol/L), which occurs during muscle contraction, the I-sites produce relatively little inhibition of RyR2 compared with RyR1. Thus, in cardiac muscle, raised cytoplasmic Ca2+ is sufficient to alleviate the Mg2+ inhibition of RyRs. 12

13 Relajación del miocardio
Retículo sarcoplásmico NCX 3Na + -1Ca ++ Electrogénica Bomba de Ca++ Retículo sarcoplásmico NCX: transporte inverso 3Na + -1Ca ++ Electrogénica Bomba de Ca 13

14 En el músculo cardiaco la [Ca++] regula fuerza de contracción del miocardio
La conce Ca no aumenta tanto como en musc esq La abundancia de prot transportadoreas en el mioplasma exidge un aumento de Ca intracel total mucho mayor que La conc Ca intrace en reposo es de 50 a 100nM de CA total Al 50% de la F max se requiere 70 micromil de Catotal en el citosol porque se necesita unos 600 nM de Ca libre. Prot amortiguadoras de Ca en el mioplasma parvoalbumina y troponina C A Estim eléctrico produce un aumento transitorio del Ca y intracel y aumento de F B est+imulo de receptores B adrenérgicos del coarzón (ej con isoproterenol: agonista B adrenérgico aumenta la ampliutd del auemnto transitorio del Ca I y la F. Titin and active force generation. The titin filament could play some active role in contraction. The elastic section of titin exerts a retractive force, which tends to shorten the sarcomere (in cardiac muscle at end diastole, this force can be appreciable); the force is effectively contractile. It has been proposed that titin could stiffen upon activation--already before sarcomeric stiffness increases when myosin cross-bridges attach strongly to actin--perhaps due to the rise in intracellular [Ca2+]. Titin's "contractile" force would thus increase. Indeed, calcium binds to titin at the PEVK domain. Thus, the possibility exists that Ca2+ affects titin stiffness. Recently, we found that the PEVK domain of cardiac titin interacts with actin filaments in a Ca2+-regulated manner, thereby modulating thin-thick filament interaction. It is likely that titin plays other important roles for active contractile functions in cardiac muscle, e.g., through an effect on the length-dependent contractility of the heart (the so-called Frank-Starling mechanism). Cardiac titin and human heart disease. Human-heart sarcomeres coexpress a stiffer N2B titin and more compliant N2BA titin isoforms. The ratio between N2BA and N2B titin is about 30:70 in normal human heart, but can increase to approximately 50:50 in failing hearts from coronary artery disease (CAD) patients. The titin-isoform shift leads to decreased titin-derived stiffness of the cardiomyofibrils, although whole hearts usually are globally stiffened due to increased fibrosis. Thus, titin can be modified in response to chronic human heart disease. Higher (sometimes perhaps lower) than normal or unchanged N2BA:N2B titin ratios may be found under different disease conditions 14

15 Regulación de la fuerza en el músculo cardiaco
fosforilación del canal tipo L Sensibilidad al Ca2+ de las proteínas reguladoras: fosforilación de proteínas reguladoras Modulación de otros canales Permeabilidad al Ca2+ Duración del potencial de acción En el musc esquelético la regulación de F ocurre por sumación de frecuencia o sumación de fibras múltiples (reclutamiento) Magnitud del aumento conc Ca El musc cardiaco se contrae solamente una vez y luego tiene que relajarse totalmente. No hay sumaciòn, ni tetania No se posible la sumaciòn multiple de fibras debido a que las uniones comunicantes hacen que el musc se contraiga homogeneamente. PKA fosforila los canales de Ca tipo L PKA fosforila prot reg por lo que la fuerza generada aumenta a una conc dada de Ca GMPc too controla entrada de Ca Ach actua por medio de recp musc que aumetna GMPc lo que fosforila canal tipo L en otro sito del AMPc dep kinasasa dismiuye el enrada de Ca durante P_A y disminuye la fuerza. Modulación de otros canales Cambio de la permeabilidad al Ca2+ Alteran al duración del potencial de acción NE auenta la perm Ca de los canales de Na. Mecanismos de transducciòn de señal que inhiben canales de K pueden rpolongar PA y aumentar entrada CA por medio cnales tipo L Circ J 2009; 73: 208 – 213 As in the case of skeletal muscle, phosphorylation of cMLC in cardiac muscle also increases muscle contraction at submaximal levels of [Ca2+]I Repeated contraction might cause the high phosphorylation rate of cMLC induced by transient increase of [Ca2+]i with each heart beat. J Gen Physiol Mar;125(3): Modulation of cardiac function: titin springs into action Excitation–contraction (EC) coupling and the response to β-adrenergic receptor (β-AR) stimulation. (A) EC coupling involves depolarization of the transverse tubule that activates voltage-gated L-type calcium channels (LTCC). Influx of calcium through LTCC triggers a greater calcium release from the SR into the cytoplasm via ryanodine receptor (RyR) channels, which activates contraction. Relaxation occurs when cytoplasmic calcium is resequestered by the SR calcium-ATPase (SERCA2a), which is regulated by phospholamban (PLB). The excess calcium that entered the cell via the LTCCs is eventually extruded by the sarcolemmal sodium/calcium exchanger (NCX). (B) β-AR stimulation involves binding of epinephrine and norepinephrine to the receptor, G protein–mediated activation of adenylate cyclase (AC), synthesis of cyclic AMP (cAMP), and activation of PKA. PKA-dependent phosphorylation of calcium handling and myofilament proteins are depicted in red. Asterisk denotes potential modulation of titin spring constant by calcium and/or calcium/S100A1. The overall effect of PKA phosphorylation is an augmentation in myocardial inotropy and lusitropy. Sympathetic stimulation has become a central tenet in our understanding of how cardiac contractility is dynamically altered to accommodate the changing demands of the organism. The mechanisms by which acute and chronic sympathetic stimulation of the heart modulates cardiac output remain incompletely understood, however. Beyond the increase in heart rate driven by sympathetic stimulation of the sino-atrial node, the β-adrenergic receptor (β-AR)–mediated cascade increases contractile force development (inotropy) and accelerates relaxation (lusitropy). Numerous proteins have been discovered to be involved in the β-AR–stimulated response, including calcium handling proteins, myofilament proteins, G-proteins, and regulators of myocardial metabolism (Bers, 2002). The newest player on the field is titin (Fig. 1), the giant myofilament protein that serves as an entropic spring that imparts both the passive and the restoring forces during diastole and systole, respectively. Additional roles for titin have been proposed, including regulation of sarcomere length dependence of myofilament calcium sensitivity, a molecular template for thick filament assembly and sarcomere integrity, and centering of the A-band (Tskhovrebova and Trinick, 2003; Granzier and Labeit, 2004). Granzier and colleagues recently have demonstrated that titin is a target of PKA phosphorylation downstream of β-AR activation, resulting in a change in the titin-based passive force that increases myofilament compliance during sarcomere elongation (Yamasaki et al., 2002). In this issue, Granzier and colleagues have refined our understanding further, demonstrating that the effect of titin phosphorylation on the passive as well as the restoring force is isoform specific (Fukuda et al., 2005). This article adds to the expanding literature that demonstrates the complex role(s) of this giant protein as an important determinant of not only sarcomere structure, but also as a key regulator of dynamic changes in cardiac function over both short (beat to beat) and long (day to day) time frames. Curr Cardiol Rev May;5(2): Titin and troponin: central players in the frank-starling mechanism of the heart. Fukuda N, Terui T, Ohtsuki I, Ishiwata S, Kurihara S. Department of Cell Physiology, The Jikei University School of Medicine, Tokyo, Japan Tn is a heterotrimer of distinct gene products: i.e., TnC (a Ca2+ receptor), TnI (an inhibitor of actomyosin interaction that tightly binds to either actin or Ca2+-TnC) and TnT (an anchor that binds to tropomyosin, TnI and TnC) (e.g., [52-55]). Two metal binding sites exist in the C-terminal domain of TnC that bind both Mg2+ and Ca2+ with relatively high affinity. However, due to the higher concentration of Mg2+ under physiologic conditions (~1 mM compared with ~0.1 – ~1 μM for Ca2+), these sites are normally occupied by Mg2+, during both diastole and systole. Cardiac (fast skeletal) TnC has one (two) regulatory Ca2+-binding site(s) with relatively low affinity in the N-terminal domain of this molecule. When [Ca2+]i is increased during systole, Ca2+ binds to the regulatory Ca2+-binding site, resulting in the onset of the conformational change of the thin filament. During diastole, the C-terminal domain of TnI tightly binds to actin, and tropomyosin blocks the actomyosin interaction (“off” state). However, when Ca2+ binds to the regulatory Ca2+-binding site of TnC during systole, the C-terminal domain of TnI is dissociated from actin and binds to the N-terminal domain of TnC, due to the enhanced TnC-TnI interaction (“on” state). It is generally considered that the transition from the “off” to “on” state is associated with a movement and rotation of tropomyosin on the thin filament [56, 57]. Previous studies have demonstrated that the “on-off” equilibrium depends on the isoform of Tn subunits (e.g., [54]), as well as on the fraction on the strongly bound cross-bridges, such as the actomyosin-ADP complex [58]. Lim C C , Sawyer D B J Gen Physiol 2005;125:

16 Joshua MakhoulBiochemistry 462bInstructor: Dr. Don of ArizonaLast Revised: 5/15/2008

17 Relación longitud vrs tensión
Berne En corazón existe más tejido conjuntivo que musc esq. Lo que previene la ruptura y el sobreestiramiento cuando aumenta el regreso de sangre al corazón. Aumenta mucho tensión pasiva con el estiramiento por encima de la long reposo Musc esq tolera más estiramiento antes de que la tensión aumente Cardiaco tej conjuntivo alrededor de las cel previene sobreestiramiento y musc esq estiramiento definido por grado de movilidad de la artic que a su vez depende de ligamentos y tej conjuntivo que rodea la artic. Menor fuerza: Acortamiento del sarcómero: disminución de la afinidad por el Ca de la troponina C y de la entrada de Ca extracel. Estiramiento del sarcómero: elementos no contráctiles aumentan la rigidez del músculo Because the thick and thin myofilaments in the sarcomeres of cardiac muscle are the same length as those of skeletal muscle, the relation between active force and sarcomere length is the same. The passive connective tissue elements in cardiac muscle, however, tend to be stiffer, and the relation between length and passive force is shifted to the left with respect to the peak of the active force-length curve, Lmax (figure). Thus, when the sarcomere of cardiac muscle is stretched to the peak of the active force-length relation (the normal operating point for skeletal muscle), passive force contributes more to total force. In fact, cardiac muscle is not normally at a sarcomere length corresponding to the peak of the active force-length relation. Instead, cardiac muscle sarcomeres are normally shorter, putting them on the left side (ascending limb) of this curve. This means the heart can easily accomodate beat-to-beat changes in blood volume. For example, if more blood returns to the heart between beats, the heart will be stretched. Stretching the sacomeres will cause more active force to be generated in the next beat, which will expel more blood. This mechanism operates functionally only as long as the sarcomeres do not become so stretched that their length exceeds the peak and falls upon the descending limb of the curve. At these extreme sarcomere lengths, additional stretch leads to a weakening of active force. The sarcomere is defined as the region of myofilament structures between two Z-lines. The distance between Z-lines (i.e., sarcomere length) ranges from about 1.6 to 2.2 µ in human hearts. En corazones sanos el sarcòmero no aumenta màs de 2.4 um Longitud de reposo: superposición de filamentos es óptima, el núemro de uniones entre los puentes cruzados es máximo. Estiramiento: disminuye el número de puentes cruzados Estiramiento: volumen telediastólico o presión ventricular durante la diástole Fuerza de contracción: presión sistólica presión máxima generada por el ventrícula durante la s´sistole poara cada vol de llenado Relación Frank Starling} Estiramiento del miocardio por un mayor llenado eleva el AMPcíclico y de Ca de los miocitos lo que aumenta la fuerza generada. 17

18 Músculo liso Excitación: Estructura de las células
Tipos de estímulos Con o sin potenciales de acción Estructura de las células Disposición circunferencial Longitudinal Control de la actividad muscular Ca++ proviene del LEC y del RS Regulación por filamentos gruesos Regulación de la fuerza Circunferencia: vasos Circ y long: intestino Musc esq y card contr reg por filamentos finos y en el liso por los gruesos

19 Actina orientada en forma paralela u oblícua al eje longitudinal
No tiene: troponina, ni tubos T Contracción regulada por mensajeros químicos Haces oblícuos Berne: Unión mecánica: Placas densas o uniones adherens son unilón mecánica entre cel musc. Liso.regiones engrosasadas en membr y enre cel adyacentes Unión funcional: uniones en hendidura Caveólas: sacos Afrontan RS hendidura de 15 nm entre cavolas y RS igual a la que existe entre tubos T y las cisternas terminales. Too están asoc canales de Ca tipo L y NCX InsP3 canal de Ca regulado por 1,4,5 trifosfato RS rugoso y aparato de Golgi en un extremo del núcleo que permite función de síntesis y sercreción de prot. ATP por fosforilación oxidativa Actina y tropomiosiona es eld oble del musc estriado No tiene troponina ni nebulina Pero si tienene caldesona y calponina (inh la unión de la miosina no fosforilada) Miosina una cuarta parte Cuerpos densos equivalentes a las lineas Z anclaje filamentos finos tienen alfa actinina Filamentos intermedios unen a los cuerpos densos a las áreas densas de la membr. Desmina y vimentina Filamentos finos Sarcolema especializado uniòn neuromuscular Musc liso y cardiaco too tiene sinàpsis elèctritiene actina y miosina y sedeslizan una sobre otra para prod contr. No están dispuestas en forma regular. No hay lineas Z sino cuerpos densos (regiones electo densas) que se unen a la membr. Cel y a la actina pormedio de la alfa actinina. No tiene troponina si tropomiosina. RS mal desarrollado. Pocas mitoc y depende de la gluc para las necesidades metab. Musc liso no tiene sarcómeros. La actina y miosina est{an dispuestas en forma paralela u oblicua el eje longitudinal. Estos filamntos se insertan en la membrana plasmática y cuando se acortan la célula se contrae. El Ca es responsable de la contracci{on pero el mecanismo de contr es dif. La miosina ATPasa hidroliza ATP más lentamente que en musc estriado y por lo tanto mantienen la tensión más tiempo con menos gasto energético Mantiene mucha fuerza por periodos prolongados de tiempo baja tasa de hidroolisis del ATP Esta baja relac entre bajo consumo energético/una alta tensiòn se conoce como latch state. Unico porque se mantiene alta tensiòn auqnue se halla disminuido el grado de activa musc por un estim exc. Se mantiene la fuerza a un menor nivel de fosf de la MLCK mec nos se conoce cambio quinèticos de la formaciòn y liberaciòn de los puentes cruzados . Tal vez jpor dismiuciòn de la tasa a la que los puentes cruzados defosf se liberan entonces mas tiempo puenddtes cruzados unidos (prop tensiòn) menos ciclos y menos hidrólisis del ATP O sea se enlentece el ciclo antes de la liberaciòn de la cabeza, en el musc esq este se logra solamente a ATP muy bajos por ej rigor mortis . There are no cross-striations, because the filaments and Z-line material are organised in a less orderly arrangement.  Alpha actinin forms dense bodies attached to the cell membrane or to an intracellular scaffolding of intermediate (desmin) filaments.  As in striated muscle, the thin (actin) filaments are attached to the alpha actinin (dense bodies) and interdigitate between the thick (myosin) filaments.  This arrangement allows for considerable shortening of the smooth muscle fibres.  These muscles contract for long periods to maintain tone (sphincters) or to cause movement (e.g. peristalsis) with minimal expenditure of energy.  (A few sphincters, as noted before, are composed of striated muscle.)

20 Mecanismos que aumentan Ca+2 en el músculo liso
Berne Varias señales pueden afectar la fibra muscular, entonces actúa como centros integradores de información. Grado de contracción depende grado de fosforilación de la miosina depdende de la act de la cinasa de la cadena ligera de miosina MLCK y de la miosina fosfatasa Muchos NT o agonistas pueden afectar la actividad contráctil del músculo liso. Aumento conc Ca ocurre por 3 vías que no son mutuamente excluyentes: 1.Entrada de Ca por canales de Ca dep del voltaje tipo L que responden a la despol. Receptores de Dihidropiridina dif musc esq. Musc liso responden a estimulac con despolaric graduadas o PA 2. Liberación de Ca de RS Por 2 mec: Por CICR La relac entre canales tipo L y los de rianodina no está tan bien organizada como en el musc estriado pero si existe un acoplamiento entre electrodenso con una hendidura de 8 a 10 nm entre la membr y los receptores. No es muy imp por que la conc de Ca debe elevarse por encima de los niveles fisiológicos para inducir CICR 2. IP3 mec imp. Algunos agonistas prod contr musc liso por aumento pord IP3. No requiere despol ni aumento conc Ca. El receptor para IP3 es un canal de Ca dep de ligando localizado en RS (relac o semejante a rianodina). Libera Ca de RS 3. Entrada de Ca por canales no dep del voltaje Ligandos EC ìedem dosàrar la entrada de Ca a travès de canales depedientes de ligando o canales act por los receptores acoplados a prot G. Too existen canales de Ca operados por reservas Los NT que llevan a descargas y por lo tanto a reducciòn de las reservas de Ca de RS (2da vìa) de alguna forma llevan a la activaciòn de canales de Ca operados por reservas. El Ca que entra pro medio de estos canales permite que la conc de Ca se mantenga elevada aunque haya depleciòn en RS y repone el Ca de RS. La segunda vìa de incremento de Ca (liberac de CA RS) y la tercera vìa entreada jpor medio de cnales operados por las reservas se ha llmado acoplamiento farmacomecànico porque los NT excitatorio y las hormonas pueden inducir contr musc liso vasc indep de PA Canales de Ca activados por estiramiento se abren cuan la presión u otra fuerza distrosiona la membr. Cel. Contraccion se origina en uan propiedad espec´fica de la fibra muscular seconoce como contracc miogénica. Indep de la fuente del incremento de la conc CA esta induce contracciòn por la vìa del aumento del complejo Ca CaM y el aumento de la act MLCK y la fosforilaciòn de la miosina. Too puede haber contracciòn indep del aumento de la conc de Ca por modulaciòn directa de proteìnas contràctiles o regulatorias. Por lo que la fuerza desarrollada a una conc de Ca dada puede varias Relaciòn fuerza/calcio es mayor durante la activaciòn farmacomecànica que durante la contr activdad por despol.

21 Aumento de la [Ca2+] Ca-CaM:
MLC Aumento de la [Ca2+] Ca-CaM: Activación de la cinasa de la cadena ligera de miosina (MLCK): fosforilación MLC regulatoria Aumenta la actividad de la miosina ATPasa. Un aumento de Ca inicia una cadena de eventos que aumental la actividad ATPasa de la miosina 4 iones de Ca se unen a la calmodulina (semejante a la troponina C) Ca-CaM activa una enzima cinasa de la cadena ligera de miosina que fosforila a la cadena ligera regulatoria en la cabeza de la miosina II La fosforilación MLC altera la conformación de la cabeza lo que aumenta la act ATPasa y le permite interactuar con la actina Proceso lento porque la contracción no se incia hasta que aumenta la act ATPasa en la miosina. . En musc esq y card la act miosina ATPasa es alta en forma constitutiva y la contracción ocurre cuando se elimina al inhibic. Se une a otras proteínas inhibidoras y aumentaón con la calponina y activa PK dependiente Otros mecanimo remueven inhibición tónica A- M: la caldesmonina y calponina (inhibidoras tónicas de la interacción A-M ) se unen al complejo CaM y a la tropomiosina y actina Estequiometría de la calponina: 1 calp 1 tropomiosina 7 actinas (inhibe tonicamente la act ATPasa) de la miosina El complejo Ca CaM además de activar MLCK tiene efecto sobre calponina Efecto del CaM en la calponina: CaCaM se une a la calponina (inhibe tonica act aATPasa) Ca CaM activa una porteina kinasa que fosforila la calponina y reduce la inhibic sobre la act ATPasa La caldesmonina too inhibe tonica act ATPasa Model of the Latch State. maintain tone (force) with minimal expenditure of ATP. No shortening   If myosin light chains are dephosphorylated myosin ATPase activity decreases.  This means that it is more difficult to release myosin heads  from actin which requires ATP hydrolysis. The myosin heads that stay attached can hold force at the muscle ends.  (Think of this latch state as analogous to rigor in striated muscle.) A low myosin ATPase activity probably still exits even after dephosphorylation of the light chains on some myosin molecules. Those (actin-myosin head) bonds that are broken by the low ATPase activity can proceed through cross-bridge reattachment in the usual manner if there is sufficient Ca++-calmodulin-MLCK

22 Control de la actividad del músculos liso
La relajaciòn del musc liso requiere de la defosforilaciòn de la cadena ligera de miosina Grado de fosfolrilación de la cadena ligera de la miosina det grado de contracción depdende MLCK act o inhyibición MP Inac MP por RHO

23 Berne: Salida de Ca semejante al de cardiaco Circ J 2009; 73: 208 – 213 Fig 1. Intracellular calcium and muscle contraction. In skeletal and cardiac muscle, electrical stimuli activate the voltage- dependent channel and rapidly increases [Ca2+]i. After 1s, however, [Ca2+]i is rapidly absorbed into the intracellular Ca storage site. This transient increase of [Ca2+]i activates myosin ATPase via troponin and muscle briefly contracts. On the other hand, in smooth muscle cells a vasoconstrictor induces a relatively longer period of increased [Ca2+]i. This slow increase of [Ca2+]i activates MLCK by a calmodulin-dependent pathway. There is no troponin expressed in smooth muscle cells. For functional diversity, each muscle type has similar but distinct protein components, the genes for which are located on different loci. It is also evolutionarily interesting to suggest diversification of muscle cells to fit each purpose during development. Black arrow indicates increased [Ca2+]i and red arrow indicates decreased [Ca2+]i. SR, sarcoplasmic reticulum; MLC, myosin light chain; MLCK, myosin light chain kinase. In smooth muscle cells, chemical mediators such as catecholamine induce a relatively slow Ca release from intracellular stores mediated by activation of the phosphoinositol pathway. Smooth muscle cells gradually contract according to this slow increase of [Ca2+]i. In skeletal muscle cells, activation of the voltage-dependent Ca channel activated by terminal nerve stimuli directly opens the ryanodine receptor on the Ca store site, resulting in a rapid increase of [Ca2+]i. In cardiac muscle cells, electro-stimulation from the sinus node activates the voltage-dependent cation channel and increases [Ca2+]i. This increase in [Ca2+]i induces a large Ca release from intracellular store site named “Cainduced Ca release”. Increased [Ca2+]i in both skeletal and cardiac muscles binds the troponin complex and induces muscle contraction without delay. However, the duration of increased [Ca2+]i in these muscles is very short and Ca is rapidly recaptured in the store site. In cardiac muscle cells, after electro-stimulation [Ca2+]i increases from 0.1μ mol/L to1μ mol/L and back to the basal level in 0.1 s. Taken together, the 3 types of muscles, especially smooth muscle, have different molecular kinetics to increase [Ca2+]i during muscle contraction. This specific [Ca2+]i control seems to be necessary for the specific role of each muscle. In smooth muscle cells, increased [Ca2+]i leads to the activation of smMLCK by Ca – calmodulin pathway and myosin regulatory light chain (RLC) is phosphorylated by activated smMLCK. Phosphorylated RLC activates the ATPase of myosin and smooth muscle contracts. How the phosphorylated RLC activates the ATPase of myosin is still unknown; however, there is linear correlation between the degree of RLC phosphorylation and muscle contractility. In smooth muscle cells, the concentration of smMLCK and its substrate, RLC, is approximately 4μ mol/L and 30–40μ mol/L, respectively. Km value and Vmax of smMLCK is 3–5μ mol/L and 10–20 /s, respectively. With these kinetics, RLC is totally phosphorylated within 1–2 s, if we hypothesize that smMLCK and RLC are located close enough to react in vivo. The affinity of Ca – calmodulin for smMLCK is very strong and the [Ca2+]i increase after agonist stimulation is fast enough to negate the time of these reactions. This 1–2 s delay is well matched to the time taken from agonist stimulation to RLC phosphorylation. In contrast, both skeletal and cardiac muscles use troponin as a [Ca2+]i sensor. Forthis reason, in these muscles there is not a linear correlation between RLC phosphorylation and contractility. Because rapid [Ca2+]i transient occurs in these cells, slow kinase reactions such as MLCK are not suitable as a [Ca2+]i sensor.5 Troponin directly binds to actin and structural change in troponin causes the release of troponin I, which inhibits the ATPase activity of myosin. Using this non-enzyme signal, increased [Ca2+]i rapidly changes the contractility of these muscles. However, there are kinases that specifically phosphorylate RLC in both cardiac and skeletal muscles. It is hard to believe that phosphorylation of RLC, which is the main trigger for contraction of smooth muscle cells, does not affect contractility in these muscles. Different roles of RLC phosphorylation are implied in cardiac and skeletal muscles. How the rapid [Ca2+]i transient activates MLCK and the degree to which RLC is phosphorylated are still controversial. Before Circ J 2009; 73: 208 – 213

24 ANEXOS

25 Musc liso Este ciclo ocurre en musc cardiaco y liso aunque en el musc liso es mucho mas lento. 1 décima parte. El musc liso contra el ciclo en el segundo paso previniendo la hidrólisis del ATP hasta que la act ATPasa de la cabeza de miosina aumenta en respuesta a un aumento de la conc de Ca Musc liso puede generar hasta mas fuerza porque se mantiene por mayor tiempo los puentes cruzados debido a una menor tasa de liberacion del ADP de la isofrma de la miosina en musc liso. Muchas cabezas producen el ciclo al mismo tiempo y en forma repetida lo que genera contracción evidente Rigor cuando las cabezas de miosina se unen a la actina de manaera fija y resistente por falta de ATP o fosfocreatina si es después de la muerte rigor mortis

26 Regulación de la fuerza en el músculo liso
Variación gradual de Vm (neutrotransmisores y hormonas) Varios agonistas u hormonas aumetnas el grado de fosforilación de la cadena ligera de miosina por act de la MLCK al auenmtnar Ca intrace o inhiben MP a través de una cascada de transmisión de señlaes que participa prot G RHOA u su efector RHO cinsas Regulación de la [Ca2+] en un rango muy amplio Complejo Ca-CaM Variación gradual de Vm (neutrotransmisores y hormonas) Liberación de Ca2+ intracelular inducida por segundos mensajeros (IP3) Sensibilidad al Ca2+ de las proteínas que regulan la contracción Inhibición de la MLCP permite una mayor contracción a una menor [Ca2+] Musc liso puede mantener una contracciòn que puede ser graduada en fuerza a lo largo de un gran rango. Depende del equilibrio entre la fosfolrilaciòn y defosf de la MLC la tasa de fosf es reg por el complejo Ca CaM que a su vez depende de los niveles de Ca Rango amplio por: reg mas fina de la conc Variación gradual de Vm (neutrotransmisores y hormonas Ca. No requiere PA Liberación de Ca2+ intracelular inducida por segundos mensajeros (IP3 Algunos NT inhiben la fosfatasa MLC Otro de reg de la sensibilidad al Ca es modificando fosforilaciòn de MLCK por medio de kinasas que incluyen la PKA, PKC y kinasas dep de Ca CaM si se fosforila MLCK disminuye la sensibilidad de la MLCK a la activaciòn por el complejo Ca CaM Webb, R. C. Advan. Physiol. Edu. 27: ; doi: /advan Copyright ©2003 American Physiological Society

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29 Cambio de la permeabilidad al Ca2+
En el musc esquelético la regulación de F ocurre por sumación de frecuencia o sumación de fibras múltiples (reclutamiento) Magnitud del aumento conc Ca El musc cardiaco se contrae solamente una vez y luego tiene que relajarse totalmente. No hay sumaciòn, ni tetania No se posible la sumaciòn multiple de fibras debido a que las uniones comunicantes hacen que el musc se contraiga homogeneamente. Aumento de la horm adrenalina o NT noradrenalina activa R beta adr., activa AC, aumenta AMPc y estim fosf de varias prot. PKA fosforila los canales de Ca tipo L responsable del Ca desencadenante de la contr. y a la prot asociada a la SERCA, el fosfolambano. Fosf del fosfolambano aumenta la actividad de la SERCA (aumenta acumulac de Ca en RS) antes de que sea extraído por NCX y bomba Ca A nivel celular las prot adaptadora de la cinasa A (AKAP: coloca a la PKA cerca del canal Ca tipo L facilita su fosf por PKA PKA fosforila prot reg por lo que la fuerza generada aumenta a una conc dada de Ca GMPc too controla entrada de Ca Ach actua por medio de recp musc que aumetna GMPc lo que fosforila canal tipo L en otro sito del AMPc dep kinasasa dismiuye el enrada de Ca durante P_A y disminuye la fuerza. Modulación de otros canales Cambio de la permeabilidad al Ca2+ Alteran al duración del potencial de acción NE auenta la perm Ca de los canales de Na. Mecanismos de transducciòn de señal que inhiben canales de K pueden rpolongar PA y aumentar entrada CA por medio cnales tipo L Circ J 2009; 73: 208 – 213 As in the case of skeletal muscle, phosphorylation of cMLC in cardiac muscle also increases muscle contraction at submaximal levels of [Ca2+]I Repeated contraction might cause the high phosphorylation rate of cMLC induced by transient increase of [Ca2+]i with each heart beat.