Contracción muscular
Imagínese que está sentado en un bote de remos en un lago en calma . Para cruzar el lago, debes colocar los remos en el agua y tirar hacia atrás. Al final de tu golpe, levantas los remos del agua, los mueves hacia adelante y los sumerges en el lago para el siguiente golpe. Cada movimiento del remo impulsa el bote a través del agua.
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Tus músculos funcionan de manera similar. Los músculos están compuestos por dos filamentos de proteínas principales: un filamento grueso compuesto por la proteína miosina y un filamento delgado compuesto por la proteína actina. La contracción muscular ocurre cuando estos filamentos se deslizan unos sobre otros en una serie de eventos repetitivos. Veamos cómo las moléculas de miosina juegan un papel similar al de los remos de un remero.
Moléculas de miosina y filamentos gruesos
La miosina es una proteína motora que genera la fuerza en una contracción muscular como el golpe de un remo. Consiste en una región de cabeza y cola. Juntas, las colas de aproximadamente trescientas moléculas de miosina forman el eje del filamento grueso. Las cabezas de miosina de estas moléculas se proyectan hacia los delgados filamentos como los remos de un bote de remos.
Moléculas de actina y filamentos delgados
La actina es una proteína esférica que forma, entre otras cosas, el filamento delgado en las células musculares. Los filamentos delgados están compuestos por dos largas cadenas de estas moléculas de actina que se entrelazan entre sí. Cada molécula de actina tiene un sitio de unión a miosina donde se puede unir una cabeza de miosina.
Organización de la miosina y la actina
Consideremos la organización de la miosina y la actina en el músculo esquelético, los músculos responsables de los movimientos voluntarios. El músculo esquelético está compuesto por una estructura repetida de fibras de miosina y actina. Cada filamento grueso de miosina está rodeado por filamentos delgados de actina y cada filamento delgado está rodeado por filamentos gruesos. Varios de estos haces de filamentos forman la parte funcional de una célula muscular. También es importante tener en cuenta que los filamentos delgados están unidos a una placa de proteína muy densa llamada disco Z. Pronto veremos por qué esta es una característica importante de la estructura de la actina.
Mecanismo de contracción muscular
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Entonces, ¿cómo generan los filamentos gruesos y delgados la contracción muscular? La atracción entre la cabeza de miosina y el sitio de unión de la miosina de la actina es lo suficientemente fuerte como para que el enlace se pueda formar espontáneamente. Una vez que las dos proteínas se unen, la proteína miosina sufre un cambio conformacional, o un cambio en la forma de la proteína, que «ladea» la cabeza. Como el golpe de remo de un remero, el movimiento de la cabeza de miosina hace que se mueva el filamento delgado.
Aquí es donde entra en juego el disco Z. Sin el anclaje que proporciona el disco Z, los filamentos gruesos simplemente se deslizarían más allá de los filamentos delgados en direcciones opuestas. Al anclar los filamentos delgados en su lugar, el movimiento generado por las cabezas de miosina hace que la célula muscular se contraiga y, por extensión, hace que nuestro cuerpo se mueva.
Tropomiosina y troponina
La unión entre actina y miosina es tan fuerte que el cuerpo debe utilizar mecanismos de control para evitar contracciones musculares no deseadas. Hay dos proteínas principales que regulan las interacciones de actina y miosina: tropomiosina y troponina. La tropomiosina es una hebra larga que rodea las cadenas de actina en el filamento delgado. Al cubrir los sitios de unión de la miosina de las moléculas de actina, la tropomiosina previene la contracción muscular.
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La troponina es una proteína que ayuda a mantener la tropomiosina en su lugar en el filamento de actina. Para que se produzca una contracción muscular, se deben mover la troponina y la tropomiosina para revelar los sitios de unión a la miosina. El calcio desencadena el movimiento de estas proteínas. Cuando el calcio se une a la troponina, cambia la forma de la molécula de troponina. A medida que se altera la forma de la troponina, aleja la tropomiosina de los sitios de unión a la miosina. Una vez que estos sitios están abiertos, las cabezas de miosina pueden adherirse a los filamentos delgados e iniciar una contracción muscular.
Se requiere ATP para interrumpir la interacción miosina-actina y preparar el sistema para otro «golpe de remo». La repetición de estos golpes de miosina con forma de remo constituye una contracción muscular. Tenga en cuenta que el enlace entre la actina y la miosina es tan fuerte que requiere una entrada de energía a través del ATP para romper el enlace. Esto explica por qué los músculos se ponen rígidos poco después de la muerte. Sin un suministro constante de ATP para romper el enlace actina-miosina, los músculos permanecen contraídos en un proceso conocido como rigor mortis.
Sistema Muscular: Función, órganos y partes
Resumen de la lección
En resumen, la miosina es una proteína motora que participa más notablemente en la contracción muscular. La actina es una proteína esférica que forma filamentos, que participan en la contracción muscular y otros procesos celulares importantes. La tropomiosina es una hebra larga que rodea las cadenas de actina en el filamento delgado. La troponina es una proteína que ayuda a mantener la tropomiosina en su lugar en el filamento de actina.
Una contracción muscular consiste en una serie de eventos repetidos. En primer lugar, el calcio desencadena un cambio en la forma de la troponina y revela los sitios de unión de la miosina de la actina debajo de la tropomiosina. Luego, las cabezas de miosina se unen a la actina y hacen que los filamentos de actina se deslicen. Finalmente, el ATP rompe el enlace actina-miosina y permite que ocurra otro «golpe de remo» de miosina. La repetición de estos eventos hace que un músculo se contraiga.
Los resultados del aprendizaje
Después de esta lección, podrá:
- Identificar la estructura de la miosina y la actina.
- Explicar cómo interactúan la miosina y la actina para crear una contracción muscular.
- Resumir el papel de la troponina y la tropomiosina en la contracción muscular.
- Describir cómo se usa el ATP en la contracción muscular.
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