Estrutura e Contração Muscular

Como o arranjo ordenado de filamentos proteicos dentro de uma fibra muscular converte um sinal nervoso e ATP em força, através do deslizamento dos filamentos e do ciclo das pontes cruzadas moleculares.

Definition

A contração muscular é a geração de força e, quando permitido, o encurtamento por uma fibra muscular, produzida quando as pontes cruzadas de miosina ciclam contra os filamentos de actina, deslizando os filamentos um sobre o outro num processo alimentado por ATP e desencadeado por um aumento do cálcio intracelular.

Scope

Este tópico aborda a estrutura do músculo e o mecanismo de contração: a organização dos miofilamentos em sarcômeros, a teoria do deslizamento dos filamentos e o ciclo das pontes cruzadas, o papel do cálcio e das proteínas reguladoras, e o acoplamento excitação-contração que liga o potencial de ação à força. Trata das relações comprimento-tensão e força-velocidade e do contraste entre músculo estriado, cardíaco e liso. A cobertura é comparativa e mecanicista.

Core questions

• Como o músculo é organizado desde a fibra inteira até o sarcômero?
• Como os filamentos de actina e miosina produzem força e encurtamento?
• Como um potencial de ação desencadeia a contração?
• Por que a força muscular depende do seu comprimento e da velocidade com que encurta?

Key theories

Teoria do deslizamento dos filamentos

O músculo encurta porque os filamentos de actina e miosina deslizam um sobre o outro, mantendo o seu próprio comprimento, uma interpretação derivada independentemente da microscopia de músculo em contração por dois grupos de pesquisa em 1954.

Ciclo das pontes cruzadas e regulação por cálcio

A força surge das cabeças de miosina que se ligam à actina, balançam para puxar o filamento e se desprendem num ciclo alimentado por ATP que é ativado quando o cálcio se liga às proteínas reguladoras no filamento fino e expõe os locais de ligação da miosina.

Mechanisms

As fibras musculares estriadas contêm miofibrilas compostas por sarcômeros repetidos, as unidades contráteis nas quais os finos filamentos de actina se interdigitam com os espessos filamentos de miosina. Em repouso, proteínas reguladoras no filamento fino bloqueiam a ligação da miosina. Um potencial de ação que se propaga ao longo da fibra e para os seus túbulos transversos desencadeia a libertação de cálcio do retículo sarcoplasmático; o cálcio liga-se às proteínas reguladoras, expondo a actina para que as cabeças de miosina se liguem, puxem através de um golpe de força, se desprendam usando ATP e se religuem, deslizando os filamentos e encurtando o sarcômero. O relaxamento ocorre quando o cálcio é bombeado de volta e os locais de ligação são novamente bloqueados. A força que um músculo desenvolve depende do comprimento do sarcômero, porque a sobreposição dos filamentos define o número de pontes cruzadas disponíveis, e da velocidade de encurtamento, dando as características relações comprimento-tensão e força-velocidade. O músculo cardíaco e liso utilizam o mesmo mecanismo básico com regulação e estrutura distintas.

Clinical relevance

O mecanismo molecular da contração subjaz à compreensão da força muscular, da fadiga e da ação de agentes e toxinas que afetam o acoplamento excitação-contração. Esta entrada é material de referência educacional, e não orientação médica.

History

A teoria do deslizamento dos filamentos surgiu em 1954 do trabalho independente de Andrew Huxley e Rolf Niedergerke e de Hugh Huxley e Jean Hanson, e Setsuro Ebashi identificou mais tarde o cálcio e as suas proteínas reguladoras como o gatilho para a contração, completando a explicação moderna de como o músculo funciona.

Key figures

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

Seminal works

• huxley1954
• huxleyhanson1954
• hill2016

Frequently asked questions

Os filamentos no músculo encurtam quando ele se contrai?

Não. Os filamentos de actina e miosina mantêm o seu comprimento e simplesmente deslizam um sobre o outro, aumentando a sua sobreposição para que todo o músculo encurte.

Que papel o cálcio desempenha na contração?

Um aumento de cálcio dentro da fibra descobre os locais de ligação na actina, permitindo que as pontes cruzadas de miosina se liguem e gerem força; a remoção do cálcio permite que o músculo relaxe.