Bioquímica Aula 12 - 2022/2023 PDF

CURSO DE EDUCAÇÃO FÍSICA E DESPORTO Bioquímica Aula 12 Professor Doutor Armando Costa [email protected] Ano letivo 2022/2023 Aula Anterior Aula à Distância Aula de hoje Objectivos: • Explicar o mecanismo de acopolamento excitação-contração; • Descrever o mecanismo de formação de Po...

CURSO DE EDUCAÇÃO FÍSICA E DESPORTO Bioquímica Aula 12 Professor Doutor Armando Costa [email protected] Ano letivo 2022/2023 Aula Anterior Aula à Distância Aula de hoje Objectivos: • Explicar o mecanismo de acopolamento excitação-contração; • Descrever o mecanismo de formação de Pontes Cruzadas; • Explicar o mecanismo de relaxamento muscular. MECANISMO DE CONTRAÇÃO MUSCULAR Denomina-se de mecanismo de contração muscular a série de eventos que levam um potencial de ação (PA) a contrair a fibra muscular. RETÍCULO SARCOPLASMÁTICO/IÕES DE Ca2+ O retículo sarcoplasmático (RS) é uma estrutura que possui canais de cálcio (Ca2+). Quando estimulado, o RS transporta ativamente iões Ca2+ para dentro da fibra muscular. Os iões Ca2+ difundem-se para dentro da fibra para “activar” os filamentos de actina. A ativação dos filamentos de actina, dá-se através da subunidade da TROPONINA – TnC, que possuí uma grande afinidade com os iões Ca2+. A ligação de iões Ca2+ a essa subunidade vai induzir as miofobrilhas de actina e miosina a deslizarem umas sobre as outras. Miofilamentos de Actina e Miosina São as subunidades da troponina que estão ligada à actina G que impedem a interação actina-miosina - AÇÃO INIBITÓRIA DA TROPONINA MECANISMO DE ACOPOLAMENTO EXCITAÇÃO-CONTRAÇÃO A sequência de eventos que desencadeiam a contração de uma fibra muscular, denomina-se de mecanismo de acopolamento excitação-contração. Este mecanismo inicia-se com a excitação de um nervo motor e resulta na contração das fibras musculares (Kenney, Wilmore & Costill, 2012) Trata-se de um processo mediado por diversos eventos bioquímicos ocorridos na superfície da fibra muscular e difundidos para dentro dela. MECANISMO DE ACOPOLAMENTO EXCITAÇÃO-CONTRAÇÃO MECANISMO DE ACOPOLAMENTO EXCITAÇÃO-CONTRAÇÃO 1 - Um estímulo nervoso chega à placa motora que através da acção do neurónio motor liberta acetil-colina para a fenda sináptica. MECANISMO DE ACOPOLAMENTO EXCITAÇÃO-CONTRAÇÃO (2) A acetil-colina activa o potencial de acção do músculo através da despolarização da membrana muscular percorrendo os túbulos T (3) O potencial de acção propaga-se por toda a superfície da membrana celular e também pelo retículo sarcoplasmático (ativação dos recetores diidropiridina e rianodina). Concentração de iões cálcio MECANISMO DE ACOPOLAMENTO EXCITAÇÃO-CONTRAÇÃO (4) Os iões cálcio concentrados no retículo sarcoplasmático passam para o interior do sarcoplasma através da abertura dos canais de cálcio. (5) Os iões cálcio ligam-se ao complexo troponinatropomiosina libertando a actina à qual estavam ligados no ciclo de repouso, inibindo a ligação entre adenina-miosina. Depressão do complexo troponinatropomiosina por ligação aos iões cálcio MECANISMO DE ACOPOLAMENTO EXCITAÇÃO-CONTRAÇÃO (6) a combinação dos iões Ca2+ com a troponina faz com que as moléculas de tropomiosina se movam, expondo os locais ativos nas moléculas de actina G dos miofilamentos de actina; (7) estes locais ativos expostos ligam-se às cabeças das moléculas de miosina para formar pontes cruzadas; MECANISMO DE ACOPOLAMENTO EXCITAÇÃO-CONTRAÇÃO (8) A actina liga-se ao complexo miosina-ATP estimulando a ATPase que se encontra nas cabeças de miosina. A molécula de ATP hidroliza-se libertando energia e possibilitando a formação de ligações denominadas pontes cruzadas, entre a actina e miosina. (9) Uma nova molécula de ATP estabelece ligação com a ponte de miosina desfazendo esta ligação e permitindo a ligação da actina à cabeça seguinte de miosina, possibilitando o movimento deslizante dos finos filamentos de actina por entre os grossos filamentos de miosina fazendo o sarcómero encurtar. MECANISMO DE ACOPOLAMENTO EXCITAÇÃO-CONTRAÇÃO O processo de contracção muscular (deslizamento), continua enquanto existirem iões cálcio no sarcoplasma mantendo o potencial de acção. A manutenção do potencial de acção resulta, por sua vez, da continuação da libertação de acetil-colina na sinapse, proveniente da actividade neuronal. MECANISMO DE ACOPOLAMENTO EXCITAÇÃO-CONTRAÇÃO Assim que a actividade neuronal cessa deixa de libertar acetil-colina parando o potencial de acção. Desta forma termina o deslizamento e os iões cálcio que se encontravam no sarcoplasma regressam ao retículo sarcoplasmático. Na presença de ATP e ausência de iões cálcio, a actina volta a ligar-se ao complexo troponina-tropomiosina, libertando os filamentos de miosina que se unem ao ATP. Se existir falta de ATP o processo de relaxamento torna-se incompleto, originando uma contratura involuntária, geralmente dolorosa (cãibras de esforço) POTENCIAIS DE AÇÃO E CONTRAÇÃO MUSCULAR MIOFILAMENTOS DE MIOSINA 3 propriedades importantes cabeças de miosina: das - podem ligar-se a sítios ativos das moléculas de actina para formar pontes cruzadas; - ligam-se à porção espiralada da molécula de miosina por uma zona encurvada (“charneira”) que se pode dobrar durante a contração; - têm atividade ATPase, ou seja, atividade enzimática que desdobra o ATP, libertando energia durante a contração CICLO DAS PONTES CRUZADAS O ciclo das pontes cruzadas concebe quatro Glossário: etapas: Ciclo das pontes cruzadas = sequência de eventos que ocorre entre o momento em que uma 1) Fixação da ponte cruzada a um filamento fino; ponte 2) Movimento da ponte cruzada, produzindo tensão no filamento filamento fino; 3) Libertação da ponte cruzada do filamento fino; 4) Energização da ponte cruzada e modo a que se cruzada fino, liga-se a um move-se e em seguida, repete o processo Ponte cruzada = estabelecida por duas cabeças globulares de misosina (contendo cadeias leves e possa novamente fixar a um filamento fino e repetir pesadas) que no prolongamento da o ciclo. cauda de cada molécula de miosina se estendem para o lado Cada ponte cruzada realiza o seu próprio ciclo de movimento, independentemente de outras pontes cruzadas. formando as pontes cruzadas. . CICLO DAS PONTES CRUZADAS MOVIMENTO DAS PONTES CRUZADAS DURANTE A CONTRAÇÃO MUSCULAR ATP – FORMAÇÃO DE PONTES CRUZADAS O movimento das pontes cruzadas ocorre através da acção da Miosina Atpase no desdobramento de ATP em ADP + P. Desta forma, concluímos que para que ocorra movimento das pontes é necessária energia – ATP – sendo necessária uma mol de ATP para cada ciclo de formação, movimento e libertação de uma ponte. (1)o fósforo (P) existente na cabeça das moléculas de miosina (resultante da ação de ATPases que aí existem que desdobram o ATP em ADP + P) é libertado; (2)energia armazenada na cabeças da moléculas de miosina (devido ao desdobramento do ATP em ADP + P) é usada para mover a cabeça, o que provoca o deslizamento do miofilamento de actina - isto provoca a libertação do ADP das cabeças de miosina; ATP – FORMAÇÃO DE PONTES CRUZADAS (3) após a ocorrência de movimento, é necessário que uma nova molécula de ATP se ligue à cabeça da molécula de miosina para que se dê a libertação das pontes e o retorno da cabeça de miosina à sua posição original; (4) essa molécula de ATP vai ser desdobrada em ADP + P pelas ATPases existentes nas cabeças de miosina, ficando a energia daí resultante novamente acumulada na cabeça das moléculas de miosina; (5) se o Ca2+ ainda estiver ligado à troponina, dá-se novo ciclo de formação, movimento e libertação das pontes. Este ciclo ocorre muitas vezes durante a contração muscular. RELAXAMENTO MUSCULAR O relaxamento muscular ocorre através do transporte ativo de iões Ca2+ de volta ao retículo sarcoplasmático. Assim que ocorre uma diminuição da concentração de iões Ca2+ no sarcoplasma, o complexo troponina-tropomiosina deixa de estabelecer ligações com os iões Ca2+. RELAXAMENTO MUSCULAR O complexo troponina-tropomiosina restabelece, então, a sua posição, o que bloqueia os locais ativos das moléculas de actina. Consequentemente não se conseguem formar pontes relaxamento muscular. cruzadas, e dá-se o ATP E CONTRAÇÃO/RELAXAMENTO MUSCULAR O ATP assume-se como a moeda de troca energética do nosso organismo, sendo vários os processos Bioquímicos e Fisiológicos que são desencadeados através do seu desdobramento. No mecanismo de excitação-contração, o ATP assume um papel importante na contração muscular mas também, no processo de relaxamento muscular. Assim: O transporte ativo de iões Ca2+ para o interior do retículo sarcoplasmático exige ATP. Os processos de transporte ativo para a manutenção normal das concentrações de iões Na+ e K+ nas membranas também exigem ATP. No entanto, a quantidade de ATP necessária cruzadas necessidades à durante a contração muscular é muito energéticas do músculo esquelético. formação das pontes maior do que as outras Contração Muscular – encurtamento de um músculo em resposta a um estímulo que causa um potencial de ação em uma ou mais fibras musculares. O potencial de ação é um fenómeno elétrico mede-se em milivolts (mV). 3 FASES NA CONTRAÇÃO MUSCULAR: 1. Fase de latência ou de demora – período de tempo entre a aplicação do estímulo ao neurónio motor e o início da contração muscular; 2. Fase de encurtamento – tempo durante o qual ocorre a contração; 3. Fase de relaxamento – tempo durante o qual ocorre o relaxamento. Obrigado pela atenção dispensada Armando Costa (Phd) [email protected]