Cadeira de Biofísica Molecular. Capítulo 3. O músculo liso. Paula Tavares, FCUL ( ) 1

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1 Cadeira de Biofísica Molecular Capítulo 3 O músculo liso Paula Tavares, FCUL ( ) 1

2 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: ). 2

3 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. 3

4 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. 4

5 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. 5

6 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: ). 6

7 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: ). 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: Estrutura 3-D da miosina no músculo liso. Li et al, 2000, Biochemistry, 39:

8 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: ). 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 Ca 2+ 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, pela actina diminui na presença de Ca 2+ -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:

9 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 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. Herrera et al, 2005, Journal of Cell Science 118: Xu et al, 1996, J Cell Biol, 134:

10 Mecanismo de contracção do Músculo Liso A contracção muscular é activada pelo aumento da concentração sarcoplasmática de Ca 2+, através da abertura de canais de Ca 2+ na membrana plasmática e na membrana do retículo sarcoplasmático. O Ca 2+ combina-se com a calmodulina. Este complexo calmodulina - Ca 2+ 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. 10

11 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. 11

12 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. 12

13 Relaxação Muscular A relaxação muscular requer a diminuição das concentrações intracelulares de Ca 2+. Existem vários mecanismos implicados na remoção de Ca 2+ do sarcoplasma: (1) Reincorporação do Ca 2+ no retículo sarcoplasmático, dependente da hidrólise de ATP. A bomba de Ca 2+, designada Mg- ATPase, quando fosforilada liga dois iões Ca 2+, que são transportados do sarcoplasma para o interior do retículo sarcoplasmático; (2) Transporte do Ca 2+ para o exterior da célula através de bombas Mg-ATPases e de trocadores de Na + /Ca 2+ (Webb, 2003, Adv Physiol Educ, 27: ). 13

14 O Ca 2+ no Músculo Liso No músculo liso a maioria dos iões Ca 2+ utilizados na contracção provém do meio extracelular (só uma pequena porção é que provém do retículo sarcoplasmático). Existe uma concentração relativamente elevada de iões Ca 2+ 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 Ca 2+ 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