Aula 04 Contração Muscular

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BIOQUÍMICA - AULA 4
Contração Muscular
As fibras musculares excitam-se e contraem-se através da neuroestimulação, das mudanças eletroquímicas no músculo e do movimento das fibras musculares. 
Neuroestimulação: origina-se em um neurônio motor, sendo ativada por pensamento consciente ou aferente. Move-se através do sistema nervoso ate os músculos alvos via despolarização e ação de neurotransmissores.
Juntas Neuromusculares: os axônios das células nervosas da medula espinhal se ramificam e se ligam às fibras musculares, formando a junção neuromuscular (JNM). A JNM é um tipo de sinapse formada entre os neurônios motores e as fibras da musculatura esquelética. Nos vertebrados, o neurotransmissor que atua na JNM é a Ach.
Sarcolema ou Miolema: membrana plasmática das células do tecido muscular estriado.
Sarcoplasma: c
itoplasma da célula muscular. Tem a capacidade de estender-se. É um revestimento constituído por uma fina camada de material de polissacarídeos que contém numerosas fibras de colágeno finas.
Importância do cálcio na contração:  Controle do ciclo de contração/Relaxamento pelos canais de cálcio. O engatilhamento de toda contração muscular é resultante de um aumento na concentração de Ca2+ nas vizinhanças das fibras do esqueleto muscular, miócitos cardíacos e musculatura lisa. Este aumento de Ca2+ é devido ao fluxo de Ca2+ através dos canais de cálcio:
Íons Ca++ são liberados no terminal do neurônio;
Neurotransmissor é liberado (Acetilcolina);
Ach liberada na fenda vai se ligar a receptores na placa muscular terminal (área das células da musculatura inervada por neurônios).
Ação potencial nos neurônios motores somáticos: promovem a difusão de ACh através da fenda sináptica para a membrana celular das células da musculatura. A ACh liga-se nos sítios de ligação dos receptores da membrana da célula muscular.
Os receptores colinérgicos nicotínicos (nRCN) pertencem à família de receptores ionotrópicos que, quando ativados, adquirem a conformação de canal aberto permeável aos íons Na+ e K+. Quando comparada à transmissão sináptica induzida por receptores muscarínicos, nota-se que os RCNs mediam uma transmissão excitatória rápida. Esses receptores são constituídos por cinco subunidades proteicas e estão distribuídos em vários tecidos, incluindo o cérebro e o tecido muscular.
Antagonistas dos receptores nicotínicos:
α-Bungarotoxina (α-BTX): uma das Bungarotoxinas, componente do veneno da cobra (Bungarus multicinctus).
α-Bungarotoxina: tipo de α-toxina proteica que se liga competitivamente e irreversivelmente ao receptor nicotínico, gerando parada respiratória e morte da vítima.
Geração da ação potencial no sarcolema: 
Ligação de ACh nos receptores no Sarcolema causa a abertura de canais de sódio/potássio na membrana;
Na+ entra (influxo) / K+ sai (efluxo). 
O influxo de Na+ é muito maior que o efluxo de K+ causando despolarização da membrana celular.
Ação potencial é gerada e se espalha através do Sarcolema até os tubos T (invaginações na membrana da célula muscular).
Dentro da célula muscular ocorre o acoplamento excitação-contração: a ação potencial movendo-se ao longo dos tubos-T causa a abertura de canais de Ca2+ do Reticulo Sarcoplasmático (SR) e a liberação de Ca2+ no citoplasma. Resultado: aumento de Ca2+ citoplasmático (intracelular).
Sinais dependentes de Ca2+: [Ca++] citosólico é normalmente > 1 micromolar, exceto durante os eventos de Ca++ sinalização. [Ca++] extracelular nos mamíferos está na faixa milimolar. A abertura dos canais de Ca2+ da membrana plasmática podem iniciar ou manter os sinais de Ca2+. A bomba Ca++-ATPase da membrana plasmática e da membrana do retículo endoplasmático (RE) mantém a concentração baixa, transportando Ca++ quer para fora da célula quer para dentro do RE. 
No retículo endoplasmático: [Ca++] é relativamente alto no lúmen do RE, que serve como principal reservatório de cálcio. Com a sinalização de Ca++, o RE libera Ca++ para o citosol. Obs.: as mitocôndrias e os lisossomos também servem como reservatório para Ca++. 
Influência de proteínas no acúmulo de Ca2+ nos RE e RS: proteínas Ca2+ ligantes dentro do lúmen do RE mantém a concentração de íons Ca2+ livres e aumentam a capacidade para estocagem destes íons. Estas proteínas apresentam cerca de 20-50 sítios de ligação para Ca2+ por molécula.
Monitoramento da concentração de Ca2+ intracelular: A concentração de Ca++no citosol ou em outro compartimento podem ser monitoradas pelo uso de corantes indicadores ou proteínas que são luminescentes ou mudam sua fluorescência quando se ligam ao Ca++. 
Eventos que lideram a liberação de Ca++ do retículo sarcoplasmático
Receptor rianodínico (RyRs): canal de Ca++-da membrana do reticulo sarcoplasmático (RS) dos músculos. Estes receptores rianodínicos são ativados a concentrações micromolares de Ca2+ citosólico. Canais de voltagem de Ca++ na membrana dos túbulos T reagem com os receptores rianodínicos. Ativação dos canais de voltagem Ca++ dependentes ocorre através de uma ação potencial nos túbulos T, levando a abertura do receptor rianodinico sensível a Ca++. A contração nos músculos esqueléticos e cardíacos é ativada quando Ca++ é liberado do lúmen do RS para o citosol via Receptor Rianodínico. Os RyRs do RS localizam-se em regiões especializadas do mesmo, onde se encontram estrutural e funcionalmente associados a outras proteínas intrínsecas e, indiretamente, à proteína de ligação intraluminal do cálcio, a calsequestrina. 
No músculo estriado, os canais RyRs constituem a principal via de libertação do cálcio durante o processo do acoplamento excitação-contração.
Íons Ca++ movem-se do lúmen do RS para o citosol, passando primeiro pela porção transmembrânica do receptor rianodinico e dai para a sua parte citosólica. 
Receptor Dihidrofiridina (DHPR): canal de sensor voltagem, engatilhando a liberação de cálcio para excitação contração. 
Comparação entre canais intracelulares para liberação de Ca2+: No retículo endoplasmático: Receptores Inositol 1,4,5-trisfosfato (InsP3); proteína transmembrânica, acoplada a proteína Ge está a fosfolipase C. No retículo sarcoplasmático receptores rianodínicos.
Semelhanças entre receptores IP3 e receptores rianodínicos: O Ca++ deve também se ligar em um domínio citossolico do receptor IP3 para causar mudança conformacional e abertura do canal. Como Ca++ deixa o RE, ocorre um aumento na concentração de Ca++ citosólico que provoca fechamento do canal. Receptores IP3 e Rianodínicos são ativados pela baixa concentração citosólica de Ca++ e inibidos pela alta concentração citosólica de Ca++.
Dentro da célula muscular: acoplamento excitação-contração
A ligação dos íons Ca2+ a troponina C aumenta a ligação desta com troponina I, enquanto que simultaneamente diminui a interação de troponina I com actina. Resultado: tropomiosina desliza dentro das ranhuras dos filamentos de actina, iniciando a contração muscular. O movimento da tropomiosina dos filamentos finos expõe os sítios ligantes da actina. 
Troponina (TN) sem cálcio: tropomiosina continua bloqueando a ligação da cabeça da miosina a actina. Quando Ca++ liga-se a TN, a tropomiosina move-se expondo os sítios ligantes da actina. 
O ATP liga-se a cabeça da miosina causando dissociação desta da actina.
Fosfato inorgânico (Pi) gerado na contração anterior é liberado iniciando a força propulsora. A cabeça da miosina move-se e inclina-se e ADP é liberado.
Relaxamento da musculatura:
O neurônio motor não mais estimula as células da musculatura, retornando a sua membrana ao potencial de repouso. Consequentemente Ach não é mais liberada na JNM.
ACh dissocia-se dos receptores e liga-se a acetilcolinesterase que catalisa a ruptura.
Não haverá mais estimulo nas células musculares e consequentemente os canais de sódio/potássio se fecham.
A membrana das células musculares volta ao potencial de repouso.
Os túbulos-T não estão mais polarizados e os canais de cálcio do reticulo sarcoplasmático se fecham.
Ca++ não mais se difunde para fora do RS e a Ca++ ATPasedo RS ativamente bombeia Ca++ de volta para o RS (contra o gradiente de concentração).
Concentração de cálcio citoplasmático decai nas células da musculatura.
Sem um suprimento contínuo de ATP em nossos corpos, a cabeça da miosina permaneceria conectada em um estado de contração constante (rigor mortis). Na morte, cessa o suprimento de ATP e a cabeça da miosina se mantém ligada a actina (cerca de 72 horas).
Toxinas Neuromusculares
1- Paralisia espasmódica (possível sufocação): gera sintomas como a contração contínua da musculatura. É causada por pesticidas (inibidores de acetilcolinesterase). Liga-se a acetilcolinesterase, prevenindo a degradação de ACh.
2- Tetanus (mandíbula travada) é um outro tipo de paralisia espasmódica causada pela toxina da bactéria Clostridium tetani. Sua ação bloqueia a liberação de glicina na medula espinhal causando superestimulação dos músculos. A toxina tetânica (TeTx) move-se ao longo dos axônios até chegar aos neurônios. Lá, a TeTx cliva uma ligação peptídica na proteína sinaptobrevina-2 (VAMP2). As vesículas contendo GABA e glicina não consegue se fundir à membrana neuronal. Uma quantidade excessiva de acetilcolina é liberada como resposta a desinibição do neurônio motor, aí começam os espasmos musculares, primeiro os mais próximos do lado da infecção até se espalharem para o resto do corpo. Os espasmos são muito intensos, chegando a causar fraturas.
VAMP/sinaptobrevina: complexo de docagem e fusão das vesículas sinápticas à membrana pré-sináptica. Possui função importante em neuroexocitose.
Sinaptobrevina 1: altamente conservada entre vertebrados e invertebrados. Principal constituinte da membrana das vesículas sinápticas.
Sinaptobrevina 2: é a mais abundante isoforma no cérebro de camundongos. É amplamente distribuída.
3- Paralisia Flácida (não consegue contrair e manca): devido ao curare que compete pelos sítios receptores de ACh na acetilcolinesterase. Pode promover a não contração dos músculos torácicos, gerando problemas respiratórios. 
Mecanismo de contração da musculatura lisa:
Os organismos vertebrados utilizam miócitos de musculatura lisa para contrações longas, baixas e involuntárias em vários órgãos (vasos sanguíneos grandes, parede intestinal e útero nas fêmeas).
Receptores colinérgicos Muscarínicos
M1: gânglios autonômicos, CNS, algumas glândulas secretoras. Causa despolarização nos neurônios do SNC e autônomo.
M2: Coração, CNS. Causa efeitos ionotrópicos negativos no coração. 
M3: Musculatura lisa, vascular, endotélio vascular e glândulas secretórias. Causa contração da musculatura lisa, secreção glandular e também vasodilatação.
A musculatura lisa não contém o complexo Troponina (somente Miosina e Actina).
 Mesmo em ausência de troponina a contração é dependente de íons cálcio que ativam Miosina-quinase (MLCK). 
MLCK fosforila uma cadeia regulatória da Miosina (LC2). A contração é iniciada pela fosforilação LC2 e a desfosforilação causa relaxamento.