AULA 5 Músculo Liso Biofísica Molecular 2012 - Moodle

Cadeira de Biofísica Molecular
Capítulo 3
O músculo liso
Paula Tavares, FCUL (2012-2013)
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Músculo Liso
O músculo liso encontra-se nas paredes de vários órgãos e tubos do organismo,
incluindo vasos sanguíneos, tracto gastrointestinal, bexiga, vias respiratórias, útero,
e os seios dos corpos cavernosos do pénis e do clitóris.
Quando as células musculares lisas contraem, encolhem o tecido onde se
encontram. Isto permite: (1) propulsionar o conteúdo luminal do órgão; (2)
controlar o fluxo por alteração do diâmetro do tubo (Webb, 2003, Adv Physiol Educ, 27: 201-206).
http://education.vetmed.vt.edu/Curriculum/VM8054/Labs/Lab10/lab10.htm
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Músculo Liso
O músculo liso é composto por fibras musculares (cada fibra é uma célula
individual) com cerca de 1 a 5 µm de diâmetro e de 20 a 500 µm de comprimento (as
fibras musculares esqueléticas são 30× mais largas e centenas de × mais compridas
que as fibras musculares lisas). As fibras musculares lisas são longas, fusiformes
(com espessura progressivamente maior em direcção ao centro), possuem núcleo
único, central e alongado, em forma de charuto. No citoplasma da célula
concentram-se ainda algumas mitocôndrias, os ribossomas, o retículo
endoplasmático rugoso e o aparelho de Golgi.
As células musculares
lisas não possuem
túbulos T e seu
retículo
sarcoplasmático
(retículo
endoplasmático liso)
é reduzido.
http://www.nsbri.org/HumanPhysSpace/focus5/f5-190.jpg
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Tipos de Músculo Liso
Músculo liso multiunitário
Este tipo de músculo liso é composto por
fibras musculares lisas discretas. Cada
fibra opera (e portanto contraí)
independentemente das outras e é muitas
vezes inervada por uma única terminação
nervosa. A superfície externa deste tipo
de músculo está coberta por uma
membrana basal de colagéneo e de
glicoproteínas que ajudam a isolar as
fibras umas das outras. Está presente nas
fibras musculares lisas do músculo ciliar
do olho, a íris do olho, nos músculos
erectores dos pêlos, entre outros.
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Tipos de Músculo Liso
Músculo liso unitário
É constituído por centenas a milhares de
fibras musculares lisas que contraem como
uma unidade única. As fibras estão
agregadas em folhas ou fascículos. As
membranas celulares são aderentes umas à
outras em inúmeros pontos, o que lhes
permite transmitir a força gerada às fibras
circundantes. Para além disso, as fibras
estão ligada por inúmeras junções de hiato,
que transmitem a corrente despolarizante
entre as várias células, permitindo a
contracção coordenada de todo o músculo.
Este tipo de músculo é encontrado nas
paredes da maioria das vísceras do
organismo (ex: intestino, ductos biliares,
ureteres, útero, vasos sanguíneos), por isso é
também conhecido como músculo liso
visceral.
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Músculo Liso
Os filamentos contrácteis encontram-se no
interior do citoplasma, não se organizam em
sarcómeros, como na musculatura estriada,
mas em feixes que cruzam a célula em
diversas direcções.
Os filamentos contrácteis (mais
especificamente a actina) ancoram a
estruturas proteicas que existem no interior
do citoplasma (corpos densos) e na
membrana plasmática (placas densas).
Devido a esta disposição, a célula inteira
diminui de tamanho durante a contracção
(Gunst et al, 2000, Eur Respir J, 15: 600-616).
http://www.colorado.edu/intphys/
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Componentes proteicos dos filamentos contrácteis
Os principais componentes proteicos dos filamentos contrácteis são a miosina, a
actina, o caldesmon, a calponina e a tropomiosina.
A miosina dos músculos lisos é
semelhante à encontrada nos músculos
esqueléticos (12-15 nm de diâmetro). É
constituída por 6 proteínas: duas cadeias
pesadas (~205 kDa cada), dois pares de
cadeias leves regulatórias (de ~20 kDa) e
duas cadeias leves essenciais (de ~17
kDa) (Gunst et al, 2000, Eur Respir J,15: 600-616).
A actina é uma
proteína globular
monomérica (~42
kDa cada) que se
encontra
polimerizada na
forma de um
filamento helicoidal
duplo (~7 nm de
diâmetro).
Estrutura da actina. Hodgkinson, 2000, J Muscle Res
Cell Motil, 21: 115-130.
Estrutura 3-D da miosina no músculo liso. Li et al, 2000,
Biochemistry, 39: 2254-2260.
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Componentes proteicos dos filamentos contrácteis
A tropomiosina, o caldesmon (150 kDa) e a
calponina (34 kDa) ligam-se à actina (Gunst et al,
2000, Eur Respir J,15: 600-616).
Duas moléculas de tropomiosina percorrem
a dupla hélice de actina preenchendo as
suas ranhuras. A tropomiosina altera de
posição sobre a actina durante a activação
do músculo liso, pensa-se que expondo os
locais de interacção actomiosínica. Este
processo faz-se na ausência de troponina (a
molécula que interage com o Ca2+ no
músculo estriado) (Word et al, 2005, in Cellular Aspects of
Smooth Muscle Function, Cambridge University Press).
O caldesmon e a calponina inibem a interacção
actomiosínica. A afinidade do caldesmon
Hatch et al., 2001, J. Cell Biol. 154, 611-617.
pela actina diminui na presença de
Ca2+-calmodulina. Pensa-se que o caldesmon terá, no músculo liso, acção equivalente
à da troponina no músculo esquelético Alayan et al, 2006, The Journal of Biological Chemistry, Vol. 281, Nº. 28:
8
19433–19448.
Músculo Liso – Disposição dos filamentos contrácteis
Entre cada par de
filamentos de actina,
encontram-se os
filamentos de miosina.
As pontes cruzadas (dos
filamentos de miosina) na
musculatura lisa possuem
“polaridade lateral”. No
filamento de miosina do
Herrera et al, 2005, Journal of Cell Science 118: 2381-2392.
músculo liso, as moléculas
individuais de miosina dispõem-se de tal maneira
que se formam duas faixas de cabeças de
miosina ao longo de todo o comprimento do
filamento. Em cada faixa as cabeças de miosina
tem a mesma polaridade, mas as duas faixas tem
polaridades opostas. Essa estrutura faz com que
as células musculares lisas se contraiam até 80%
de seu comprimento – em contraste com os 30%
do músculo esquelético.
Xu et al, 1996, J Cell Biol, 134: 53-66.
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Mecanismo de contracção do Músculo Liso
A contracção muscular é activada
pelo aumento da concentração
sarcoplasmática de Ca2+, através da
abertura de canais de Ca2+ na
membrana plasmática e na membrana
do retículo sarcoplasmático.
O Ca2+ combina-se com a
calmodulina. Este complexo
calmodulina - Ca2+ activa a
cinase da cadeia leve da
miosina (MLCK).
Uma das cadeias leves da
cabeça de miosina (unidade
regulatória), fica fosforilada
sob acção da cinase MLCK.
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Mecanismo de contracção do Músculo Liso
A cabeça de
miosina tornase então capaz
de se ligar ao
filamento de
actina.
A energia
libertada pela
hidrólise do
ATP, mediada
pela actividade
ATPásica da
miosina,
promove o
ciclo das pontes
cruzadas entre a
miosina e a
actina.
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Mecanismo de contracção do Músculo Liso
No músculo liso são necessários dois ATP:
1) Para iniciar a contracção, é necessário 1
ATP para fosforilar a cabeça de miosina e
torná-la capaz de interagir com a actina
(passo adicional por comparação com
músculo esquelético);
2) Durante a contracção, é necessário 1
ATP por ciclo de contracção, para
promover o desacoplamento da cabeça de
miosina da actina durante o ciclo das
cabeças cruzadas.
O estado de fosforilação da miosina é
também regulado pela acção da miosina
fosfatase (MLCF), que remove o fosfato da
cadeia leve de miosina.
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Relaxação Muscular
A relaxação muscular requer a diminuição
das concentrações intracelulares de Ca2+.
Existem vários mecanismos implicados na
remoção de Ca2+ do sarcoplasma:
(1) Reincorporação do Ca2+ no retículo
sarcoplasmático, dependente da hidrólise de
ATP. A bomba de Ca2+, designada MgATPase, quando fosforilada liga dois iões
Ca2+, que são transportados do sarcoplasma
para o interior do retículo sarcoplasmático;
(2) Transporte do Ca2+ para o exterior da
célula através de bombas Mg-ATPases e de
trocadores de Na+/Ca2+ (Webb, 2003, Adv Physiol Educ,
27: 201-206).
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O Ca2+ no Músculo Liso
No músculo liso a maioria dos
iões Ca2+ utilizados na
contracção provém do meio
extracelular (só uma pequena
porção é que provém do retículo
sarcoplasmático). Existe uma
concentração relativamente
elevada de iões Ca2+ no fluído
extracelular, cerca de 10-3 M em
comparação com 10-7 M do
sarcoplasma.
As células musculares lisas contêm um retículo sarcoplasmático moderadamente
desenvolvido. Os pequenos túbulos do retículo encontram-se próximo da membrana
celular. Pequenas invaginações na membrana celular, as cavéolas (caveoli), tocam a
superfície destes túbulos. As cavéolas parecem representar um análogo rudimentar do
sistema de túbulos transversos do músculo esquelético. Quando um potencial de acção é
transmitido às cavéolas, pensa-se que estimula a libertação de Ca2+ por parte do retículo,
da mesma forma que acontece no músculo esquelético. No geral, quanto maior for o
retículo sarcoplasmático da fibra muscular lisa, mais rapidamente esta se contrai.14