Estrutura do aparelho contrátil
A base da fibra muscular é composta por miofibrilhas, divididas em unidades contráteis chamadas sarcômeros. Os limites do sarcômero são os discos Z, aos quais se fixam os filamentos finos da proteína actina.
Ao longo da actina encontram-se proteínas reguladoras:
- Filamentos finos de tropomiosina.
- A proteína troponina, que completa os filamentos de tropomiosina e, em repouso, bloqueia os locais de contato com a miosina.
No centro do sarcômero estão os filamentos grossos de miosina. Eles possuem projeções especiais com cabeças que, durante a contração, entram em contato com a troponina no filamento de actina. Nas cabeças de miosina também está presente a enzima ATPase.
O papel do cálcio e o início da contração
O sinal para a contração é uma onda de excitação que se propaga ao longo da membrana celular e penetra profundamente através do sistema de túbulos T transversos.
Em resposta à excitação, a permeabilidade das membranas se altera. Os íons $Ca^{2+}$ saem em avalanche para o interior dos sarcômeros. Nos músculos esqueléticos, a única fonte de cálcio é o retículo sarcoplasmático, enquanto no miocárdio os íons vêm tanto do retículo quanto do sistema T.
É o cálcio que desencadeia o processo: os íons ligam-se à troponina. Essa interação eletrostática faz com que a troponina se desloque para o lado, expondo os locais de ligação com a miosina na actina.
Ciclo das pontes cruzadas (curso ativo)
Após a abertura dos centros ativos, inicia-se diretamente a contração, que pode ser dividida em etapas claras:
- Formação da ponte. A cabeça de miosina, que já contém uma molécula de ATP, liga-se firmemente à actina. A enzima ATPase entra em estado ativo.
- Hidrólise do ATP. A ATPase cliva o ATP em ADP e fosfato, liberando energia. O ADP é liberado no citoplasma.
- Golpe de força. Devido à energia liberada, a estrutura espacial (quaternária) da cabeça de miosina se altera. Ela realiza um movimento de inclinação (golpe de força), puxando o filamento de actina em direção ao centro do sarcômero.
- Desacoplamento. Para que a miosina se descole da actina, uma nova molécula de ATP deve se ligar à cabeça (fornecida pelas mitocôndrias por meio de fosforilação oxidativa).
- Retorno. Após a ruptura da ponte cruzada, a cabeça de miosina é «armada» de volta à sua posição original sem gasto de energia e fica pronta para um novo ciclo.
Teoria dos filamentos deslizantes
Com a repetição múltipla do ciclo das pontes cruzadas, os filamentos de miosina permanecem imóveis, enquanto os filamentos de actina deslizam ao longo deles, de forma semelhante a remos empurrando um barco.
Como resultado, os discos Z se aproximam, e cada sarcômero encurta ligeiramente. O efeito combinado do encurtamento de milhares de sarcômeros em todas as miofibrilas leva à contração de toda a fibra muscular e do músculo como um todo. A força dessa contração depende da quantidade de pontes cruzadas formadas e do número de ciclos de deslizamento.
Resumo: perguntas e respostas sobre o tema
Através de qual mecanismo ocorre a remoção dos íons de cálcio de volta para o retículo sarcoplasmático durante o relaxamento?
A remoção dos íons de cálcio para o retículo sarcoplasmático durante o relaxamento é realizada por transporte primário ativo contra o gradiente de concentração. Esse processo ocorre com a ajuda da $Ca^{2+}$-ATPase (transportador dependente de ATP), que utiliza a energia da hidrólise do ATP para bombear os íons para o interior do depósito. Dentro do retículo, o cálcio acumulado liga-se à proteína calsequestrina.
Como mudam as dimensões dos discos A, dos discos I e da zona H durante a contração do sarcômero?
Durante a contração do sarcômero, a alteração nas dimensões das zonas ocorre devido ao deslizamento dos filamentos de actina entre os de miosina.
- Discos I — estreitam-se (diminuem).
- Zona H — estreita-se (diminui).
- Discos A — a largura total permanece inalterada, uma vez que o comprimento dos filamentos grossos de miosina não muda.
Ao mesmo tempo, as partes escuras do disco A, que representam a zona de sobreposição de actina e miosina, expandem-se.
Para quais processos específicos no músculo são necessários os gastos de energia do ATP (incluindo contração e relaxamento)?
A energia do ATP é necessária para garantir três processos fundamentais durante a contração e o relaxamento muscular:
- Movimento da ponte cruzada — a energia da hidrólise do ATP é gasta para alterar a estrutura quaternária das cabeças de miosina e realizar o golpe de força.
- Ruptura da ligação entre actina e miosina — a ligação de uma nova molécula de ATP à miosina é acompanhada pelo descolamento das pontes cruzadas, o que permite que o ciclo seja repetido.
- Transporte de cálcio — a energia da hidrólise do ATP é utilizada pela ATPase de cálcio para bombear ativamente os íons $Ca^{2+}$ de volta para o retículo sarcoplasmático, garantindo o relaxamento.
Questões de aulas e exames
O que acontece com o sarcômero durante o relaxamento?
Em repouso, os discos Z estão afastados uns dos outros, e os filamentos de actina e miosina se sobrepõem apenas minimamente. A troponina bloqueia os centros ativos.
Qual é o papel do ATP na contração muscular?
A energia da hidrólise do ATP é utilizada para o golpe de força (inclinação) da cabeça de miosina. Além disso, a fixação de uma nova molécula de ATP é necessária para romper a ligação entre actina e miosina.
De onde vem a energia (ATP) para a contração?
O ATP é sintetizado nas mitocôndrias da célula muscular através do processo de fosforilação oxidativa.
O que mais estudar sobre o tema
- Características da condução da excitação através dos túbulos T
- Diferenças nas fontes de cálcio para o miocárdio e os músculos esqueléticos
- Fatores que determinam a força da contração muscular
- O processo de fosforilação oxidativa nas mitocôndrias
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