Contração muscular

CONTRAÇÃO MUSCULAR ESTRIADA


Componentes da fibra muscular esquelética:

Sarcolema: é a membrana celular da fibra muscular, consiste de uma membrana celular verdadeira, a membrana plasmática e de uma fina camada de material polissacarídico; finas fibrilas colágenas também estão presentes na camada mais externa do sarcolema.

Miofibrilas; Filamentos de Actina e Miosina: os filamentos de actina e miosina são grandes moléculas protéicas polimerizadas, responsáveis pela contração muscular. Os filamentos espessos são de miosina e os finos de actina. Os filamentos de actina e miosina se interdigitam parcialmente e determinam a existência de faixas claras e escuras alternadas nas miofibrilas. As faixas claras que contém apenas filamentos de actina denominam-se bandas I , porque são isotrópicas à luz polarizada. As faixas escuras, que contém apenas filamentos de miosina, são denominadas bandas A , porque são anisotrópicas à luz polarizada. Os filamentos de actina estão ligados à membrana Z. A porção de uma miofibrila (ou de toda a fibra muscular) que se localiza entre duas membranas Z sucessivas denomina-se sarcômero. Quando uma fibra muscular é estirada além do seu comprimento de repouso, as extremidades dos filamentos de actina são afastadas, deixando uma área clara no centro da banda A, denominada zona H .

Sarcoplasma : as miofibrilas estão suspensas no interior da fibra muscular numa matriz denominada sarcoplasma, que é composta dos constituintes intracelulares habituais.O líquido sarcoplasmático contém grandes quantidades de potássio, fosfato, magnésio e enzimas. Também existe grande número de mitocôndrias, que se localizam entre e paralelamente as miofibrilas, o que indica grande necessidade de ATP formado naquelas organelas para que ocorra contração das miofibrilas.

Retículo Sarcoplasmático: no citoplasma também há um amplo e difuso retículo endoplasmático. Esse retículo apresenta uma organização especial extremamente importante no controle da contração muscular.

A contração muscular ocorre por mecanismo de deslizamento de filamentos. Há forças de atração que ocorrem entre os filamentos de actina e miosina. Em condições de repouso, essas forças de atração estão inibidas, mas quando um potencial de ação se propaga para o interior da fibra muscular, determina a liberação de grandes quantidades de íons cálcio para o sarcoplasma que circunda as miofibrilas. Esses íons cálcio estavam contidos no retículo sarcoplasmático e quando liberados no sarcoplasma, ativam as forças de atração entre os filamentos de actina e miosina e dão início à contração. Porém, também é necessário energia para que ocorra o processo contrátil. Essa é derivada de ligações de alta energia do trifosfato de adenosina (ATP), que é degradado a difosfato de adenosina (ADP) para fornecer a energia necessária.


Características das fibras contráteis

Filamento de Miosina: o filamento de miosina é composto por duas partes, a meromiosina leve e a meromiosina pesada. A meromiosina leve consiste de duas fitas peptídicas que se enrolam em forma de hélice. A meromiosina pesada também se constitui de duas partes: primeira, uma dupla hélice similar a meromiosina leve, segunda, uma cabeça ligada à extremidade da dupla hélice. A própria cabeça é composta de duas massas de proteína globular. O corpo do filamento de miosina compõe-se de filamentos paralelos de meromiosina leve pertencentes a múltiplas moléculas de miosina. De fato, sempre que as moléculas de miosina são precipitadas, observa-se que as porções de meromiosina leve das moléculas de miosina, apresentam uma tendência natural para se agregarem, formando filamentos quase idênticos àqueles de miosina encontrados nos músculos. Por outro lado, há uma protrusão das porções de meromiosina pesada por todos os lados dos filamentos de miosina. Essas protrusões constituem as pontes cruzadas.

Filamentos de Actina: O filamento de actina compõe-se de três partes diferentes: actina, tropomiosina e troponina. O arcabouço do filamento de actina é uma molécula protéica constituída por uma dupla fita de actina F que se enrola em dupla hélice, semelhante à molécula de miosina.

Cada fita de dupla hélice de actina F é composta de moléculas de actina G. Fixa a cada uma das moléculas de actina G há uma molécula de ADP. Acredita-se que essas moléculas de ADP sejam os locais ativos dos filamentos de actina, com os quais interagem as pontes cruzadas dos filamentos de miosina para causarem a contração muscular.

Filamentos de Tropomiosina: O filamento de actina contém também duas fitas adicionais de proteínas que são polímeros de moléculas de tropomiosina. Acredita-se que cada fita de tropomiosina está frouxamente ligada a uma de actina F e que, no estado de repouso, ela cobre de forma física os locais ativos de actina, de modo que a interação entre actina e miosina não possa ocorrer para causar a contração.

Troponina e seu papel na contração muscular: Fixado aproximadamente a dois terços de distância ao longo de cada molécula de troponina, há um complexo de três moléculas protéicas globulares, denominado troponina. Uma das proteínas globulares tem grande afinidade pela actina, outra pela tropomiosina e a terceira pelos íons cálcio. Acredita-se que esse complexo fixa a tropomiosina a actina. A grande afinidade da troponina com os íons cálcio parece iniciar o processo de contração.


Interação dos filamentos de Miosina e Actina para causar contração

Inibição do filameto de actina pelo complexo troponina-tropomiosina; ativação pelos íons cálcio. Um filamento de actina puro, sem a presença do complexo troponina-tropomiosina, prende-se fortemente às moléculas de miosina na presença de íons magnésio e ATP, ambos os quais são normalmente abundantes na miofibrila. Porém se o complexo troponina-tropomiosina é adicionado ao filamento de actina, essa ligação não se realiza. Dessa maneira, acredita-se que os locais ativos dos filamentos de actina normal do músculo relaxado estão inibidos (ou talvez fisicamente cobertos) pelo complexo troponina-tropomiosina. Em conseqüência disso, eles não podem interagir com os filamentos de miosina para determinar a contração. Antes da contração se iniciar, o efeito inibidor do complexo troponina-tropomiosina deve ser, ele próprio, inibido.

Papel dos íons Cálcio: Na presença de grandes quantidades de íons Cálcio, o próprio efeito inibidor do complexo troponina-tropomiosina sobre a actina é inibido. Quando os íons cálcio se combinam com a subunidade da troponina, possivelmente desenvolve uma alteração conformacional que, de algum modo, altera a fita de tropomiosina. Ao mesmo tempo, as ligações entre troponina e actina tornam-se frouxas. É bem provável que essa combinação de efeitos movimente a fita de tropomiosina mais para o interior do sulco entre os dois filamentos de actina e, dessa forma, deixe "descobertos" os locais ativos da actina, permitindo que ocorra a contração.

Logo que o filamento de actina torna-se ativado pelos íons cálcio, acredita-se que os filamentos de miosina sejam imediatamente atraídos pelos locais ativos do filamento de actina e isso determina a contração.

Bomba de Cálcio para remoção de íons Cálcio do Líquido Sarcoplasmático: Depois dos íons cálcio terem sido liberados da cisterna e se terem difundido para as miofibrilas, a contração muscular continuará então durante o tempo de permanências desses íons em alta concentração no liquido sarcoplasmático. Todavia, uma bomba de cálcio continuamente ativa, localizada nas paredes dos tubos do retículo sarcoplasmático, bombeia os íons cálcio do liquido sarcoplasmático, trazendo-os de volta às cavidades vesiculares do retículo. Essa bomba pode aumentar a concentração de íons cálcio em cerca de 2.000 vezes, no interior do retículo, uma condição que permite o acúmulo de cálcio no retículo sarcoplasmático e que também determina uma deleção quase total desses íons no líquido das miofibrilas. Por essa razão, exceto imediatamente após um potencial de ação, a concentração dos íons cálcio nas miofibrilas é mantida a um nível extremamente baixo.

Mecanismo da catraca ou da cremalheira da contração: Ela mostra as cabeças de duas pontes cruzadas que se fixam e se soltam dos locais ativos de um filamento de actina. Postula-se que, quando a cabeça se prende a um local ativo, essa fixação causa simultaneamente profunda alteração nas forças intramoleculares na cabeça e no braço da ponte cruzada.. O novo alinhamento das forças faz com que a cabeça se incline sobre o braço, puxando junto consigo o filamento de actina. Essa inclinação da cabeça da ponte cruzada é denominada "força de deslocamento". Imediatamente após a força de inclinação, a cabeça se solta automaticamente do local ativo e retorna à sua posição perpendicular normal. Nessa posição, ela se combina com um sítio ativo existente mais abaixo, ao longo do filamento de actina; uma inclinação similar novamente acontece para determinar então uma nova força de deslocamento, e o filamento de actina dá outro passo. Assim, as cabeças das pontes cruzadas inclinam-se para trás e para frente e, passo a passo, puxam os filamentos de actina em direção ao centro do filamento de miosina. Dessa maneira, os movimentos das pontes cruzadas usam os locais ativos do filamento de actina como se fosse os dentes de uma catraca.

CONTRAÇÃO MUSCULAR LISA

Base química da contração: O músculo liso contém filamentos tanto de actina como de miosina, que apresentam características semelhantes, mas não exatamente iguais àquelas dos filamentos de actina e miosina do músculo esquelético. O músculo liso contém também tropomiosina, mas é duvidosa a presença de troponina, ou de substâncias semelhantes a ela. A miosina e a actina interagem entre si da mesma forma que fazem quando provenientes do músculo esquelético. Além disso, o processo contrátil é ativado por íons cálcio e o ATP é degradado a ADP para fornecer energia para a contração. Por outro lado, há importantes entre a organização física do músculo liso e do esquelético, bem como diferenças em outros aspectos da função do músculo liso, tais como o acoplamento excitação-contração, o controle do processo contrátil pelos íons cálcio, a duração da contração e a quantidade de energia requerida para o processo contrátil.

Base física da contração do músculo liso: O músculo liso não apresenta a mesma distribuição estriada dos filamentos de actina e miosina que é encontrado no músculo esquelético. Grande número de filamentos de actina estão aderidos aos denominados corpúsculos densos. Alguns desses corpúsculos, por sua vez, estão fixados a membrana celular, enquanto outros estão dispersos no sarcoplasma. Parece haver suficientes ligações cruzadas entre um corpúsculo denso e outro, de modo a mantê-los em posições extremamente fixas dentro da célula.

Apesar da relativa pobreza dos filamentos de miosina, afirmou-se que os mesmos têm suficientes pontes cruzadas para atrair os numerosos filamentos de actina, causando contração pelo mecanismo de deslizamento dos filamentos, da mesma forma que nos músculo esquelético.


Acoplamento Excitação-Contração – Papel dos Íons Cálcio

No músculo liso, assim como no esquelético, o processo de contração também é derivado pelos íons cálcio. Todavia, a fonte de íons cálcio é diferente porque o retículo sarcoplasmático desse músculo é pouco desenvolvido em contraste com aquele do músculo esquelético. Em alguns tipos de músculo liso, a maior parte dos íons cálcio que causa a contração entra na fibra muscular a partir do líquido extracelular e o potencial de ação é causado, pelo menos em parte, pelo influxo de íons cálcio para o interior da fibra muscular. Devido ao fato de as fibras musculares lisas serem muito pequenas, este íons cálcio podem se difundir para todas as partes do músculo liso e determinar o processo contrátil.

Bombas de Cálcio: Para determinar o relaxamento dos elementos contráteis do músculo liso, é necessário remover os íons cálcio. Essa remoção é obtida através de uma bomba de cálcio que transporta esses íons para o exterior da fibra muscular lisa e de volta para o líquido extracelular, ou bombeia os íons cálcio para o interior do retículo sarcoplasmático. Todavia, essa bomba apresenta uma ação muito lenta em comparação a bomba do músculo esquelético. Dessa maneira, a contração do músculo liso tem uma duração maior que a do músculo esquelético, já que a concentração dos íons cálcio permanecerá mais tempo nas miofibrilas.

Mecanismo pelo qual os íons cálcio determinam a contração do músculo liso: No músculo esquelético, os íons cálcio ativam a contração pela combinação com a troponina. Isso, por sua vez, causa alteração na tropomiosina, seguida da ativação do filamento de actina, e finalmente, o próprio processo de contração. Entretanto como não há a presença de troponina nas células musculares lisas, os íons cálcio aumentam bastante a atividade ATPásica das cabeças das pontes cruzadas de miosina. No músculo esquelético, essa ativação pelo cálcio é baixa, mas no músculo liso, ela ocorre mesmo em concentrações muito baixa de cálcio. Assim, acredita-se que esta ativação do sistema ATPásico de miosina inicie a contração do músculo liso. Isto é, a ATPase começa a desdobrar ATP; a energia liberada, põe em ação o processo contrátil, sem que o complexo troponina-tropomiosina estejam envolvidos.



CONTRAÇÃO DO MÚSCULO LISO SEM POTENCIAIS DE AÇÃO –EFEITO DE FATORES TECIDUAIS LOCAIS E DE HORMÔNIOS.

A contração do músculo liso pode se iniciar não somente por potenciais de ação, mas também por fatores estimuladores que atuam diretamente na maquinaria contrátil. Os dois tipos de fatores estimuladores com mais freqüência envolvidos são:

Efeitos de hormônios na contração do músculo liso: A maior parte dos hormônios circulantes no organismo afetam, pelo menos em algum grau, a contração do músculo liso, sendo que alguns têm efeitos muito intensos. Alguns dos mais importantes hormônios são norepinefrina, epinefrina, acetilcolina, angiotensiva, vasopressina, ocitocina, serotonina e histamina. Um hormônio causará contração do músculo liso quando suas células contiverem um receptor inibitório ao invés de excitatório. Assim sendo, a maioria dos hormônios causará excitação em alguns músculos lisos, mas inibição em outros. Alguns dos hormônios – em especial norepinefrina, vasopressina e angiotensina – têm efeito excitatório tão poderoso que podem causar e manter espasmo do músculo liso durante horas.

Mecanismo da excitação muscular de fatores teciduais locais e hormônios: Acredita-se que os fatores teciduais locais e hormônios que determinam a contração do músculo liso atuem assim ativando o mecanismo de cálcio para o controle do processo contrátil. Alguns desses fatores alteram de forma moderada o potencial da membrana sem necessariamente causar um potencial de ação e isto aumenta o fluxo de íons cálcio para o interior da célula. Entretanto, a maior parte deles pode ativar a contração, mesmo quando o potencial da membrana não é alterado e mesmo quando não há disponibilidade de íons cálcio para entrar na célula. Nessas circunstâncias, os íons cálcio são liberados provavelmente pelo retículo sarcoplasmático.