Estructura y Contracción Muscular

Cómo la disposición ordenada de filamentos proteicos dentro de una fibra muscular convierte una señal nerviosa y ATP en fuerza, mediante el deslizamiento de filamentos y el ciclo de puentes cruzados moleculares.

Definition

La contracción muscular es la generación de fuerza y, cuando se permite, el acortamiento de una fibra muscular, producido cuando los puentes cruzados de miosina ciclan contra los filamentos de actina, deslizando los filamentos uno sobre otro en un proceso impulsado por ATP y desencadenado por un aumento del calcio intracelular.

Scope

Este tema abarca la estructura del músculo y el mecanismo de contracción: la organización de los miofilamentos en sarcómeros, la teoría del filamento deslizante y el ciclo de puentes cruzados, el papel del calcio y las proteínas reguladoras, y el acoplamiento excitación-contracción que vincula el potencial de acción con la fuerza. Trata las relaciones longitud-tensión y fuerza-velocidad y el contraste entre el músculo estriado, cardíaco y liso. La cobertura es comparativa y mecanicista.

Core questions

• ¿Cómo se organiza el músculo desde la fibra completa hasta el sarcómero?
• ¿Cómo producen fuerza y acortamiento los filamentos de actina y miosina?
• ¿Cómo desencadena un potencial de acción la contracción?
• ¿Por qué la fuerza muscular depende de su longitud y de la velocidad con la que se acorta?

Key theories

Teoría del filamento deslizante

El músculo se acorta porque los filamentos de actina y miosina se deslizan uno sobre otro manteniendo su propia longitud, una interpretación obtenida independientemente de la microscopía de músculo en contracción por dos grupos de investigación en 1954.

Ciclo de puentes cruzados y regulación por calcio

La fuerza surge de las cabezas de miosina que se unen a la actina, se balancean para tirar del filamento y se desprenden en un ciclo impulsado por ATP que se activa cuando el calcio se une a las proteínas reguladoras del filamento delgado y expone los sitios de unión de la miosina.

Mechanisms

Las fibras musculares estriadas contienen miofibrillas compuestas por sarcómeros repetitivos, las unidades contráctiles en las que los filamentos delgados de actina se interdigitan con los filamentos gruesos de miosina. En reposo, las proteínas reguladoras del filamento delgado bloquean la unión de la miosina. Un potencial de acción que se propaga a lo largo de la fibra y hacia sus túbulos transversos desencadena la liberación de calcio del retículo sarcoplásmico; el calcio se une a las proteínas reguladoras, exponiendo la actina para que las cabezas de miosina se unan, tiren mediante un golpe de fuerza, se separen utilizando ATP y se vuelvan a unir, deslizando los filamentos y acortando el sarcómero. La relajación se produce cuando el calcio es bombeado de vuelta y los sitios de unión vuelven a estar bloqueados. La fuerza que desarrolla un músculo depende de la longitud del sarcómero, porque la superposición de los filamentos establece el número de puentes cruzados disponibles, y de la velocidad de acortamiento, lo que da lugar a las características relaciones longitud-tensión y fuerza-velocidad. El músculo cardíaco y el liso utilizan el mismo mecanismo básico con una regulación y estructura distintas.

Clinical relevance

El mecanismo molecular de la contracción subyace a la comprensión de la fuerza muscular, la fatiga y la acción de agentes y toxinas que afectan el acoplamiento excitación-contracción. Esta entrada es material de referencia educativa, no una guía médica.

History

La teoría del filamento deslizante surgió en 1954 del trabajo independiente de Andrew Huxley y Rolf Niedergerke, y de Hugh Huxley y Jean Hanson, y Setsuro Ebashi identificó más tarde el calcio y sus proteínas reguladoras como el desencadenante de la contracción, completando la explicación moderna de cómo funciona el músculo.

Key figures

• Andrew Huxley
• Hugh Huxley
• Jean Hanson
• Setsuro Ebashi

Seminal works

• huxley1954
• huxleyhanson1954
• hill2016

Frequently asked questions

¿Los filamentos del músculo se acortan cuando se contrae?

No. Los filamentos de actina y miosina mantienen su longitud y simplemente se deslizan uno sobre otro, aumentando su superposición para que todo el músculo se acorte.

¿Qué papel juega el calcio en la contracción?

Un aumento de calcio dentro de la fibra descubre los sitios de unión en la actina, permitiendo que los puentes cruzados de miosina se unan y generen fuerza; la eliminación del calcio permite que el músculo se relaje.