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o enunciado desta seção: a tropomiosina e a troponina são as duas proteínas regulatórias da contração muscular. Como elas funcionam? A tropomiosina é uma proteína em forma de bastão que se dispõe sobre o fi lamento de actina. Além de contribuir para manter o fi lamento de actina esticadinho, a tropomiosina encobre o sítio de ligação para miosina na molécula de actina (Figura 11.15). Funciona assim como um verdadeiro cinto de castidade, impedindo que a miosina se aproxime da actina. Já a troponina é um complexo protéico menor, com uma região em bastão, que se liga à tropomiosina, e uma região globular, capaz de ligar íons Ca++, se eles estiverem presentes no citossol. Você já deve ter concluído que, se a tropomiosina é o cinto de castidade, a troponina é a fechadura deste cinto e o Ca++ é a chave capaz de abri-lo. Assim, quando a onda de despolarização chega aos túbulos T, a DHPR induz a abertura do canal de Ca++ sensível à rianodina e a onda de Ca++ citossólico se liga rapidamente à troponina, mudando sua conformação e obrigando a tropomiosina a se afastar. Finalmente, actina e miosina podem se ligar e dar prosseguimento à interação descrita na Figura 11.12. Figura 11.15: A molécula de tropomiosina enco- bre o sítio de ligação para miosina na molécula de actina. Esse sítio só fi ca exposto quando a tropo- nina se liga ao Ca+2. Ligação do Ca+2 Troponina Tropomiosina Actina CEDERJ 41 A U LA M Ó D U LO 3 1 1 AGORA, TODO MUNDO JUNTO! Cada vez que você pisca o olho, ou dá um beijo, ou masca chiclete, suas fibras musculares esqueléticas seguem uma mesma seqüência de eventos, que está resumida na Figura 11.16. Despolarização do neurônio Canal de Na+ Voltagem dependente Retículo sarcoplasmático Receptor de acetilcolina Na+ Túbulo T Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Na+ 1 6 5 4 3 ATP ADP 1 2 3 4 Figura 11.16: A chegada da onda de despolarização ao terminal sináptico leva à abertura de canais de Ca2+ voltagem dependentes . A entrada de cálcio no terminal sináptico desencadeia a exocitose do neurotransmissor acetil- colina, que se liga a seu receptor , um canal voltagem dependente que inicia a despolarização da membrana da fi bra muscular. A despolarização do sarcolema prossegue pela abertura sucessiva de canais de Na+ voltagem dependentes . Ao atingir os túbulos T, a onda de despolarização faz com que a proteína DHPR provoque a abertura dos canais de Ca2+ presentes na membrana do retículo sarcoplasmático . Quando o potencial de membrana for restabelecido, a Ca2+ ATPase da membrana do retículo sarcoplasmático bombeará o Ca2+ de volta para a luz do retículo . 5 .6 CEDERJ42 Biologia Celular II | A célula muscular A partir da ligação da acetilcolina a seu receptor (que é um canal iônico), o que se observa é o efeito dominó, no qual a abertura deste canal gera um potencial de ação que provoca a mudança de conformação das proteínas daquela região da membrana. Na medida em que a onda de despolarização avança, mais canais vão sendo abertos até atingir o túbulo T, onde a DHPR provoca a abertura do canal de cálcio do retículo sarcoplasmático. Uma vez descarregado no citossol, este cálcio se liga à troponina, que afasta a tropomiosina e permite que a miosina se ligue e puxe a actina. Simples, né? Pense nisso na próxima piscada! DIFERENTES MOMENTOS, DIFERENTES FORMAS DE OBTER ATP Você reparou, na Figura 11.12, que quando a miosina está desligada da actina ela tem um ATP ligado? Portanto, o músculo relaxado tem ATP ligado. Para a miosina voltar a se ligar, é necessário que ela hidrolise o ATP. A contração muscular é um dos eventos fi siológicos que mais consome ATP. No entanto, a quantidade de ATP estocada num músculo, mesmo de um atleta treinado, é sufi ciente apenas para alguns segundos (3 a 5s!) de exercício intenso. Para mais do que isso é necessário sintetizar ATP. Não dá nem para uma corrida de 50m! O metabolismo da fi bra muscular desenvolveu recursos especiais para reconstituir rapidamente o ATP necessário à contração. São basicamente três sistemas, com efi ciência (tempo que leva para reconstituir o ATP versus tempo que ele dura) variável: a) sistema fosfogênico: funciona com uma outra molécula capaz de ligar um grupamento fosfato como reserva, a creatina-fosfato ou fosfocreatina. A ligação do fosfato à creatina é altamente energética, mais do que a ligação ADP-fosfato (10,3kcal na primeira e 7,3kcal no segundo). A creatina-fosfato consegue transferir o fosfato diretamente para ADP, formando ATP, em fração de segundo. Nosso atleta já teria ATP para mais alguns segundos (8 a 10s); já dá para uns 100m rasos, ou para fugir do perigo... b) sistema glicogênio \u2013 ácido lático: o músculo pode obter bastante ATP em pouco tempo, mobilizando os estoques de glicogênio, quebrando-o em glicoses e hidrolizando-as até piruvato (reveja a Aula 27 de Biologia Celular I). Com pouco oxigênio presente, o excesso de piruvato produzido é transformado em ácido lático (Aula 11 de Bioquímica II), para que CEDERJ 43 A U LA M Ó D U LO 3 1 1 a quebra de glicose possa prosseguir, produzindo mais ATP (se o piruvato fosse acumulado, a via glicolítica logo pararia). Com esse suprimento de ATP, que dura 1,5 a 2min, nosso atleta já poderia correr 400m. Claro que a quantidade de glicogênio acumulada na fi bra muscular é o fator limitante. Daí ser necessário que o atleta mantenha uma dieta rica em carboidratos. A reposição total do estoque de glicogênio muscular leva cerca de dois dias, por isso esse é o intervalo mínimo entre os eventos de exercício anaeróbico intenso. c) sistema aeróbico: é o que você já aprendeu: na presença de oxigênio sufi ciente, o piruvato entra na mitocôndria e vai produzir (via ciclo de Krebs e cadeia respiratória) uma quantidade de ATP muito maior. Além disso, o glicogênio não é o único substrato usado, mas também os ácidos graxos e até mesmo os aminoácidos, se necessário (Aula 17 de Bioquímica II). Nosso atleta já poderia até mesmo correr uma maratona (42.200m)! Nesse sistema, o fator limitante é a quantidade de oxigênio disponível, que depende, evidentemente, da irrigação sangüínea. Mas o metabolismo muscular também se especializou na distribuição de oxigênio: no citoplasma dos músculos podemos encontrar a mioglobina, uma proteína semelhante à hemoglobina, capaz de ligar oxigênio e tornar sua distribuição melhor e mais rápida do que seria por difusão simples. Entretanto, é preciso ressaltar que o sistema mitocondrial leva quatro vezes mais tempo do que o sistema da fosfocreatina para produzir a mesma quantidade de ATP! Assim, certamente são os sistemas da fosfocreatina e do ácido lático que nos livram de um perigo iminente (apoiados pela sinalização de adrenalina, relembre na Aula 13 de Biologia Celular I). Outro fato importante que precisa ser mencionado é que o exercício intenso na ausência de oxigênio produz quantidades de ácido lático e H+ capazes de acidifi car o citoplasma da fi bra muscular, causando a dor e o grande cansaço que caracterizam a fadiga muscular. O ácido lático logo se espalha pelo citoplasma e pelos fl uidos corporais. Quando o oxigênio volta a fi car disponível em grande quantidade, parte do ácido lático volta a formar piruvato, que é usado para produzir ATP na maioria dos tecidos corporais, e parte é convertida a glicose no fígado, o que ajuda a repor os estoques de glicogênio muscular. CEDERJ44 Biologia Celular II | A célula muscular O QUE PODE DAR ERRADO? Apesar de muito bem bolado, o sistema de contração muscular está sujeito a algumas falhas. Podem ser o resultado de mutações (doenças hereditárias), de doenças auto-imunes e de intoxicações (venenos). Miastenia gravis: trata-se de uma doença auto-imune na qual o indivíduo produz anticorpos que destroem