Bioquímica do Músculo Cardíaco: Estrutura das Proteínas Contráteis.

Prof. Mário – IBqM - UFRJ

Esquelético Cardíaco Liso

Músculo: Tipos e Controle de Contração

Visão Geral da Contração Cardíaca

Músculo: Estrutura Muscular

Músculo Esquelético em Detalhe.

Estímulo Nervoso da Contração do Músculo Esquelético em Detalhe.

Acomplamento Excitação-Contraçãono Musculo Esquelético

Dinâmica da Contração Muscular

Estrutura da Unidade Contrátil: O Sarcômero

Interação Proteína-Proteína: Contração Muscular

Miosina • O Homohexâmero possui massa molecular total de 540 kDa. • Consiste de • 4 cadeias leves (4 x 20 kDa) • 2 cadeias pesadas (2 x 220 kDa), • Cabeça globular na porção N-terminal, contendo as unidades

menores• Cauda com 150 nm de comprimento que se entrelaçam para

formar uma super hélice

220 kDa

20 kDa

Trypsin

Papain

Cadeias leves em azul, 20 KDa; cadeias pesadas em rosa, 200 KDa.

• S1 = subfragmento 1 onde se dá a hidrólise da ATP. • 2 pontos de mobilidade, braço e cabeça.

Miosina – Fragmento S1

• O domínio catalítico é o responsável pela hidrólise de ATP.• Ligante químico: ATP e Ca2+

RLC

ELC

Actin-Binding Site

ATP-Binding Site

Catalytic Domain

Filamento Grosso de Miosina

• O conjunto formado por 200 moléculas de miosinas formam um filamento espesso que representa 65% do total de proteínas da fibra muscular.

• Uma mutação genética da miosina está associado com aproximadamente 40% dos casos de Cardiomiopatia Hipertrófica (HCM).

Visão Geral da Miosina

Tropomiosina • O monômero possui 64 kDa.

• Se extende ao longo do filamento de Actina, numa sobreposição de moléculas do tipo Head-to-Tail.

• É composta de 2 -hélices antiparalelas, que se entrelaçam para formar complexo homodimérico.

NH2 -

NH2 -

- COO-

1 30 190 284

1 30 190 284

- COO-

Tropomiosina

Tropomiosina

PDB: 1C1G

NH2

NH2

COO–

COO–

NH2

COO–

NH2

COO–

Tropomiosina

• Existem 4 genes que codificam para a tropomiosina,

• TPM1: Tropomiosina 1 (alpha) • TPM2: Tropomiosina 2 (beta)• TPM3: Tropomiosina 3• TPM4: Tropomiosina 4

• Os genes mais estudados são:

• TPM1: Mutação nesse gene está associado com uma cardiomiopatia hipertrófica familiar do tipo 3.

• TPM2: Troca de aminoácidos resulta em fraqueza muscular e deformidades no membro distal.

• TPM3: Mutação nesse gene resulta em miopatia autossomal dominante e câncer.

Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol (March 18, 2004)

Troponina

Troponina

• A detecção da Troponina T e I no sangue são indicadores de injúria no cardiomiócito !!!!

– Infarte do miocárdio - – Vasoespasmo coronariano - – Taquicardia severa - taquicardia supraventricular devido ao aumento na

demanda de oxigênio ou suprimento inadequado do músculo coração.– Falha cardíaca - morte ou anomalias do ritmo ventricular.– Cardiomiopatias dilatadas ou hipertróficas.– E muitas outras doenças ( Troponina T no sangue = indicativo falência

renal) confirmar

Troponina• Complexo heterotrimérico formado por três proteínas regulatórias com 78 kDa:

• Troponina T – Forma o complexo troponina-tropomiosina. • Troponina C – Liga íons de Ca2+ para produzir a troca conformacional da Troponina I. • Troponina I – Liga o complexo troponina-tropomiosina ao miofilamento de actina.

Troponina C

• No músculo esquelético a Troponina C, possui 4 sítios de ligação ao Cálcio

• No músculo cardíaco a Troponina C, possui 3 sítios de ligação ao Cálcio

Troponina CCa2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Actina

• Proteína mais abundante nas células eucarióticas.

• Importante papel na motilidade, regulação e forma da célula.

• Defeitos neste gene tem sido associado com com cardiomiopatia dilatada idiopática (IDC) e cardiomiopatia hipertrofica familiar (FHC).

ATP

Mg2+

Mg2+

Mg2+

Actina • O Monômero, a G-Actina, possui 42 kDa de massa molecular.• A F-Actina, o polímero, representa de 20-25% da estrutura muscular.• Exerce sua função pela polimerização em filamento de F-actina. • Ligantes químicos: ATP e Mg2+

Increase [Mg2+]

Decrease [Mg2+]

Hydrolysis of ATP occurs yielding ADP/Pi/G-Actin Subunits in filament

ATP ATP

ATP/G-Actin subunits added

5-10X faster

Mecanismo de Ação do Complexo Troponina-Tropomiosina-Actina

Arranjo Estrutural do Complexo Troponina-Tropomiosina-Actina

Arranjo Estrutural do Complexo Troponina-Tropomiosina-Actina-Miosina

Efeito bloqueador da interação Actina-Miosina

ATP e a Contração Muscular: Fases 1 e 2 • Fase 1:

• Em repouso a cabeça de miosina está ligada a uma molécula de ATP em configuração de baixa energia e incapaz de acessar a actina.

• Neste estado a miosina pode hidrolizar o ATP em ADP + Pi.

• A energia liberada modifica a estrutura da miosina e promove uma configuração de alta energia.

• Fase 2:

• Quando a miosina se liga a actina, libera o ADP + Pi.

• A liberação do ADP + Pi, altera a configuração da miosina para uma de baixa energia.

• A nova conformação da cabeça da miosina,a faz caminhar sobre o filamento de actina, aproximando as duas bandas Z e encurtando o sarcomêro.

ATPADP

PiFase 1

ADP

Pi

ADP

Pi Fase 2

Fase 3:

A miosina se mantém ligada a actina num estado conhecido como rigor até que uma nova molécula de ATP se ligue a miosina.

Fase 4:

A ligação com o ATP desliga a miosina da actina.

O ATP associado está pronto para um novo ciclo de hidrólise.

ATP

ATP

Fase 3

ATP ATPFase 4

ATP e a Contração Muscular:Fases 2 e 3.

Interação Proteína-Proteína: Contração Muscular

Titina

4 MDa

Função Integradora

“Scaffold” Molecular

Teleotonina

• A mutação neste gene está associada com:– Cardiomiopatia Hipertrófica Familiar,– Distrofia Múscular Tibial.

Titina• Titina interage com muitas proteinas sarcoméricas incluíndo:

– Região Linha Z : Teletonina e Alfa-Actina – Região Banda I: Calpaina-3 e Obscurina – Região Linha M: Proteina C ligada à Myosin, Calmodulina 1, CAPN3, e MURF1

Contração do Músculo Cardíaco

SEMELHANÇA PRINCIPAL

Força contrátil é gerado por miofilamentos sarcoméricos controladas por Ca + + por meio de um s istema de troponina-tropomiosina.

DIFERENÇAS MAIS IMPORTANTES

Celulas Uninucleares

Neurogênico x Miogênico Isolamento Elétrico x Acoplamento Elétrico

Potencial de ação de miócitos cardíacos é maior !

Acomplamento Excitação-Contração

Cardiomiopatias Hipertróficas Familiares:Genes Afetados

Cardiomiopatias Hipertróficas Familiares: Proteínas Afetadas

220 kDa

β-MyHc MLCs TMTnI TnT

Hipertrofia do Ventrículo Esquerdo

α-Tropomyosin Mutation D175N in Familial Hypertrophic Cardiomyopathy

B, area with myocyte disarray of the ventricular septum.

20 μm

A, area of normal histological structure of the left ventricular free wall.

20 μm

Cardiomiopatia Hipertrófica

Figure 2. Effect of specific sports training on LV cavity dimension or wall thickness in elite athletes, representing 27 different sporting disciplines.

Maron B J , Pelliccia A Circulation 2006;114:1633-1644

Copyright © American Heart Association

• O QUE LEVA À FADIGA MUSCULAR?

• Deficiência de ATP

• incapacidade de propagação do estímulo nervoso através da membrana celular

• acúmulo de ácido lático

Rigor mortis• O que é?

Sinal reconhecível de morte o qual causa um endurecimento (“rigor”) aos membros do cadáver

• Quando ocorre?Na média, começa entre 3 e 4 horas post mortem, com total efeito do rigor em + ou – 12 horas e finalmente, relaxamento em + ou – 36 horas

Mecanismo de Ação das Toxinas Botulínica e Tetânica.

• O lado bom da toxina:Em pequenas doses, a toxina vem sendo usada para tratar doenças relacionadas a contrações musculares indesejadas