Bioquímica de la contracción muscular

Cuando hay una contracción muscular fuerte cada uno de los cientos de cabezas de miosina que forman un filamento grueso, recorren asincrónicamente esta secuencia unas cinco veces por segundo.

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Bioquímica de la contracción muscular

Cuando hay una contracción muscular fuerte cada uno de los cientos de cabezas de miosina que forman un filamento grueso, recorren asincrónicamente esta secuencia unas cinco veces por segundo. ¿Te imaginas cuánto ATP se gastará sólo en un minuto? Piensa que eso es sólo un filamento grueso.

Durante este mecanismo, la unión actina - miosina solo se rompe hasta después de la llegada de una nueva molécula de ATP, ¡Y…esta es la causa de la rigidez de los cadáveres! Después de 24 horas, los cadáveres pierden la rigidez debido a que los lisosomas liberan las enzimas proteolíticas que destruyen los enlaces actina-miosina.

Este es el modelo más aceptado para explicar la interacción actina - miosina en la contracción muscular. Pero hay más, la tropomiosina está enrollada en la actina y debe desplazarse para que la miosina pueda unirse a otra unidad monomérica de la actina. El desplazamiento de la tropomiosina responde a la acción de un complejo de moléculas reguladoras: las troponinas, las cuales, al cambiar su forma responden a la presencia de iones de calcio (Ca2+), lo que ocasiona que la tropomiosina se jale hacia fuera del surco.

El Ca2+ llega a la miofibrilla desde el interior de los canales del retículo sarcoplásmico, en respuesta al estímulo nervioso que llega al cerebro cuando se genera un impulso nervioso que viaja hasta el músculo a través de las neuronas motoras, como producto del movimiento voluntario de alguna parte de nuestro cuerpo.

Impulso nervioso

Para comprender este fabuloso mecanismo de contracción es necesario recordar que cuando se inicia un estímulo nervioso de suficiente intensidad, se desarrolla un potencial de acción que recorre el sarcolema de la fibra muscular y llega hasta los túbulos T; este flujo de corriente viaja hacia el retículo sarcoplasmático y hace que se liberen iones de calcio (Ca2+) hacia el sarcoplasma. Estos iones de calcio son los encargados de comenzar las contracciones de las fibras musculares, las que al finalizar, a nivel de la membrana sarcoplasmática, hacen que se active la bomba de calcio para que éste regrese a las reservas correspondientes dentro del retículo sarcoplasmático.

Pero ¿Cuál es la función del calcio en este proceso de contracción muscular?

Cuando el estímulo nervioso pasa por los túbulos T y llega al retículo sarcoplasmático, se libera calcio de las reservas que hay en el sarcoplasma; este calcio se une a la troponina y hace que se active la tropomiosina, la que en reposo cubre los puntos activos de actina. Esta activación es lo que permite que las cabezas de miosina se unan a los puntos activos de la actina.

Te presentamos este fantástico mecanismo de contracción muscular a través de las siguientes descripciones.

1º. Impulso nervioso. Cuando queremos mover alguna parte de nuestro cuerpo, en el cerebro se genera un impulso nervioso que es transmitido a través de las neuronas motoras, y viaja hasta el extremo del axón, el cual hace contacto con nuestros músculos en la llamada unión neuromuscular.

2º. Liberación de la Acetilcolina.Cuando el impulso nervioso llega a la unión neuromuscular, ésta libera una sustancia llamada acetilcolina.

3º. Accion de la acetilcolina. La acetilcolina penetra la fibra muscular, pasando a través de los túbulos “T”, hasta llegar a la miofibrilla, momento en el cual la fibra muscular libera el calcio que tiene almacenado

4º. Estructura. Al interior de la miofibrilla se pueden distinguir los filamentos de actina y miosina y, de ésta última, sus cabezas.

5º. Calcio. El calcio liberado en la fibra muscular se distribuye entre los filamentos de la miofibrilla.

6º. ATP. En el filamento de actina se distinguen la tropomiosina y la troponina, mientras en el de miosina se distingue la presencia del adenosin-trifosfato (un enlace de “adenosin” con tres moléculas de fosfato) o ATP.

La tropomiosina cumple dos funciones complementarias:

  • Previene que entren en contacto la actina y la miosina, cuando el músculo debe estar relajado.
  • Facilita el contacto de la actina y la miosina, cuando se requiere la contracción muscular.

Mientras que la troponina, por su parte, tiene el potencial de enlazar su molécula a algún ión de calcio, cuando ha de producirse una contracción, dando lugar a la función de la tropomiosina y la molécula de ATP en sí misma constituye el reservorio para el almacenamiento de la energía necesaria para que se lleve a cabo la contracción muscular.

7º. Proceso de contracción muscular

Después de esta breve descripción con imágenes, ahora describiremos el proceso de contracción muscular.

Una vez que el filamento de actina está físicamente dispuesto para entrar en contacto con el filamento de miosina, y por efecto de la presencia de un ión de magnesio en este filamento, se desprende de la molécula de ATP uno de sus tres fosfatos, el cual es captado por la creatinina.

Así el ATP se convierte en una molécula de adenosin - difosfato (un enlace de “adenosin” con dos moléculas de fosfato) o ADP, mientras la creatinina, más el fosfato que captó se convierte en fosfocreatina o CP, como resultado de este desprendimiento de moléculas, la energía química almacenada en la molécula de ATP se convierte en la energía mecánica que hace que se mueva la cabeza del filamento de miosina, jalando a la actina, y volviendo inmediatamente después a su posición original.

Después de este proceso, la fosfocreatina (CP) reacciona ante la presencia de la enzima CPK y libera su fosfato, donándolo a la molécula de ADP, la cual se convierte nuevamente en ATP, y queda lista para un nuevo ciclo en el que esa misma cabeza de miosina contribuirá a la contracción de un músculo.

Por otra parte, la CPK ya utilizada, se va al torrente sanguíneo, de donde luego será eliminada.

8º. Trabajo de la miosina y actina. Podemos concluir que el proceso de contracción - relajación de un músculo no es otra cosa que el trabajo que realiza la miosina al jalar y soltar el filamento de actina.

9º Fin de la acción muscular. Cuando se agota el calcio, finaliza la acción muscular. El calcio es nuevamente bombeado desde el sarcoplasma hacia el retículo sarcoplasmático, donde se almacena. Por el otro lado, la troponina y tropomiosina se desactivan, puesto que se bloquea el enlace/puntos activos. Se interrumpe la utilización del ATP y la fibra muscular se relaja.

En otras palabras:

  • El calcio se agota.
  • El calcio es bombeado hacia el retículo sarcoplasmático para su almacenaje.
  • Son desactivadas la troponina y la tropomiosina.
  • Se bloquea el enlace de los puentes cruzados de miosina con los filamentos de actina.
  • Se interrumpe la utilización del ATP.
  • Los filamentos de miosina y actina regresan a su estado original de reposo/relajación.

Para terminar este aprendizaje visual y a manera de resumen, diremos que la función de la CPK es la catálisis de la fosfocreatina para que ésta pueda donar su fosfato a la molécula de ADP, convirtiéndola en ATP, y haciendo de ésta un nuevo reservorio de energía química, lista para ser convertida en la energía mecánica necesaria para el proceso de contracción del músculo.

De lo anterior podemos concluir que cuando realizamos un esfuerzo físico, cualquiera que sea su naturaleza y su intensidad, en la sangre se puede encontrar cierta cantidad de CPK. En otras palabras, y dado que la vida misma implica el movimiento constante de músculos, tanto de aquellos que dependen de nuestra voluntad (los de nuestros brazos o piernas, por ejemplo), como los que son controlados por nuestro Sistema Nervioso Autónomo (corazón, pulmones, etc.), es de esperarse que en nuestra sangre siempre existan ciertos niveles de dicha enzima.

Autoevaluación

Indicaciones: Reforcemos el aprendizaje.

Arrastra el concepto correcto para completar el texto. Cada concepto se puede usar más de una vez.

miofibrillasfilamentos gruesosactinalínea mediadiscos Zunidades monoméricasfilamentos delgadosiones de calcio ADPfosfatoATPenergíamiosinatroponinastropomiosinasarcómeros

La contracción muscular es resultado del acortamiento sincrónico de los _______________ de las _______________ al deslizarse los _______________ hacia la _______________ empujados por la acción de los _______________. La interacción de las dos proteínas contráctiles que forman esos filamentos(_______________ y _______________) sólo puede darse en presencia de _______________, que se unen al complejo de _______________ , el cual cambia de forma separando la _______________, que cubría los puntos de contacto de la _______________ con la _______________ impidiendo que interactuaran.

A las miofibrillas también ha de llegar _______________, que la _______________ hidroliza con lo que obtiene la _______________ para la formación de enlaces con la _______________. El empuje que ejerce la primera proviene de la separación del _______________ seguido del _______________, con lo que las cabezas de _______________ enlazadas a las _______________ de la _______________ , cambian su inclinación y empujan los _______________ hacia la _______________.

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