Muscles – Smooth

Capítulos

Lodish 4a edición: Capítulo 18
Lodish 5a edición: Capítulo 5
Moyes y Schulte: Capítulo 6 páginas 239-243
Moyes y Schulte: Capítulo 9 páginas 380-381

Células musculares lisas


Figura 22-40, Biología Molecular de la Célula, 4a edición. Las cuatro clases de células musculares de un mamífero. A) Dibujos esquemáticos (a escala). (B-E) Micrografías electrónicas de barrido, que muestran (B) músculo esquelético del cuello de un hámster, (C) músculo cardíaco de una rata, (D) músculo liso de la vejiga urinaria de un conejillo de indias, y (E) células mioepiteliales en un alvéolo secretor de una glándula mamaria de rata lactante. Las flechas en (C) apuntan a discos intercalados: uniones de extremo a extremo entre las células del músculo cardíaco; las células del músculo esquelético en los músculos largos se unen de extremo a extremo de una manera similar. Tenga en cuenta que el músculo liso se muestra con un aumento más bajo que los demás.

Los músculos lisos rodean los órganos internos, como los intestinos grueso y delgado, el útero y los vasos sanguíneos grandes. La contracción y relajación de los músculos lisos controla el diámetro de los vasos sanguíneos e impulsa los alimentos a lo largo del tracto gastrointestinal.

Las células musculares lisas son muy heterogéneas, es decir, múltiples tipos diferentes. Se caracterizan por un conjunto de células cortas y estrechas con propiedades diferentes. En comparación con los músculos esqueléticos, las células musculares lisas se contraen y relajan lentamente, y pueden crear y mantener la tensión durante largos períodos de tiempo.


Figura 22-22. Biología Molecular de la célula. Diagrama de una pequeña arteria en sección transversal.

Un músculo liso se compone de células en forma de huso alargadas, cada una con un solo núcleo. Aunque las células musculares lisas están llenas de filamentos gruesos y delgados, estos filamentos no están organizados en sarcómeros bien ordenados y, por lo tanto, el músculo liso no está estriado. En cambio, los filamentos en el músculo liso se reúnen en haces sueltos, que se unen a cuerpos densos en el citosol. Los cuerpos densos aparentemente cumplen la misma función que los discos Z en el músculo esquelético. El otro extremo de los filamentos delgados en muchas células musculares lisas está conectado a placas de unión, que son similares a los cuerpos densos, pero se encuentran en la membrana plasmática de una célula muscular. Al igual que un disco Z, una placa de unión es rica en la proteína de unión a actina alfa-actinina; también contiene una segunda proteína, la vinculina, que se une a una proteína de membrana integral en la placa y a la alfa-actinina, uniendo así los filamentos de actina a los sitios de adhesión de la membrana.


Figura 18-26, 4a edición de Lodish. Estructura general del músculo esquelético y liso. (b) El músculo liso está compuesto de células en forma de huso poco organizadas que contienen un solo núcleo. Haces sueltos de filamentos de actina y miosina empaquetan el citoplasma de las células musculares lisas. Estos haces están conectados a cuerpos densos en el citosol y a la membrana en las placas de fijación.


De Cell Physiology, Sperelakis, 2a edición.

El modelo de filamento deslizante todavía se utiliza en la contracción del músculo liso. Sin embargo, en las células musculares lisas, la contracción es mucho más lenta que en las células musculares esqueléticas. Las células musculares lisas se acortarán debido a la contracción y, por lo tanto, generarán tensión.


De Cell Physiology, Sperelakis, 2a edición.

En las células musculares lisas, la red reticulim sarcoplásmica es escasa, y la mayor parte del aumento de Ca2+ citosólico necesario para la contracción muscular ingresa a la célula a través del canal Ca2+ de la membrana plasmática. Esto es similar a lo que ocurre en invertebrados, vertebrados pequeños, células cardíacas. Esto significa que los cambios en el nivel citosólico de Ca2 + ocurren mucho más lentamente en el músculo liso (de segundos a minutos). Esto tiene la ventaja de permitir la respuesta lenta y constante en la tensión contráctil que requiere el músculo liso de los vertebrados.

Activación de las células musculares lisas

Las células musculares lisas tienen múltiples receptores y mecanismos de activación. Las células musculares lisas pueden ser activadas por neurotransmisores, hormonas, células vecinas. Por ejemplo, el acoplamiento eléctrico a través de uniones de separación sincroniza las contracciones de las células musculares lisas responsables de los movimientos peristálticos del intestino. Sin embargo, el objetivo general es siempre el mismo….cambie los niveles de Ca + 2 citosólico para cambiar el grado de contracción.

Dentro de un solo órgano y, a veces, dentro de una pequeña parte de un órgano, las células de los músculos lisos pueden contraerse, relajarse y liberar señales para llevar a cabo funciones. Por ejemplo, en un vaso sanguíneo hay células marcapasos espontáneamente activas que se pueden conducir a través de unas pocas o muchas células.

Algunas células musculares lisas tienen contracciones rápidas, mientras que otras son más lentas o mantienen el tono muscular o contracciones sostenidas durante largos períodos de tiempo. Como esto es un bajo costo de energía, debe haber mecanismos para permitir el mantenimiento de la tensión a través de la célula que se especializan en las células musculares esqueléticas.


De Cell Physiology, Sperelakis, 2a edición.

La contracción en algunas células musculares lisas está controlada por cambios en el potencial de membrana y algunas son puramente a través de procesos químicos/hormonales. La inervación nerviosa de las células musculares lisas proviene del sistema nervioso autónomo y, al igual que las células musculares cardíacas, funciona en una amplia área de liberación general de neurotransmisores. La función de los neurotransmisores suele ser modular la contracción en lugar de iniciar la contracción (muchas células musculares lisas, como se indicó anteriormente, tienen la capacidad de activarse espontáneamente). Las contracciones pueden ocurrir en minutos en lugar de milisegundos como se vio con el esqueleto y cientos de milisegundos como se vio con las células cardíacas.

Contracción de células musculares lisas

La contracción muscular lisa no se controla mediante la unión de Ca+2 al complejo de troponina, como ocurre en los músculos cardíacos y esqueléticos. Más bien, Ca+2 controla la unión de la miosina a la actina a través de un paso intermedio de Ca+2/calmodulina y es esto lo que controla la contracción en las células musculares lisas. La troponina no se encuentra en las células musculares lisas (tropomiosina es).

Caldemon y Ca+2/calmodulina


Figura 18-33, 4a edición de Lodish. Mecanismos dependientes de Ca2 + para regular la contracción del músculo liso.b) Regulación de la contracción del músculo liso por caldesmon. A concentraciones bajas de Ca2+ (10-6 M), el caldesmon se une a la TM y a la actina, reduciendo la unión de la miosina a la actina y manteniendo el músculo en estado relajado. A concentraciones más altas de Ca2+, un complejo de Ca2 + – calmodulina se une al caldesmon, liberándolo de la actina; por lo tanto, la miosina puede interactuar con la actina y el músculo puede contraerse. La fosforilación por varias quinasas, incluida la quinasa MAP, y la desfosforilación por fosfatasas también regulan la actividad de unión a actina de caldesmon.

La activación de la miosina del músculo liso puede ser regulada por caldesmon, que en niveles bajos de Ca+2 se une a la tropomiosina y la actina y bloquea la unión de la miosina a la actina. A medida que los niveles de Ca+2 aumentan, la calmodulina activada por Ca+2 se une al caldesmon, que lo libera del complejo tropomiosina/actina. Ahora la miosina es libre de unirse y moverse a lo largo de los filamentos finos para contraer la célula.

Cinasa de cadena ligera de Miosina y Ca+2/calmodulina

Otro mecanismo de contracción del músculo liso requiere la regulación de las cadenas ligeras asociadas a la cadena pesada de miosina

Figura 18-20, Lodish 4a edición.


Figura 18-34, 4a edición de Lodish. b) En el músculo liso de los vertebrados, la fosforilación de las cadenas ligeras reguladoras de la miosina en el sitio X por la cinasa LC de miosina dependiente de Ca2 + activa la contracción. A concentraciones de Ca2 + «> » 10-6 M, la quinasa LC de miosina está inactiva, y una fosfatasa LC de miosina, que no depende de la actividad de Ca2+, desfosforila la miosina LC, causando relajación muscular.

La activación de la miosina de músculo liso requiere la fosforilación de la cadena ligera de miosina. Hay dos enzimas que controlan este proceso, la cinasa de cadena ligera de miosina (MLCK) y la fosfotasa de cadena ligera de miosina. Uno de los dos pares de cadenas ligeras de miosina asociados con la miosina en el músculo liso inhibe la estimulación de la actina de la actividad de la ATPasa de miosina a bajas concentraciones de Ca2+. La fosforilación de la cadena ligera de miosina por MLCK elimina esta inhibición y el músculo liso se contrae. La MLCK se activa por Ca2 + a través de la calmodulina. El calcio se une a la calmodulina, y el complejo Ca2+-calmodulina se une a la quinasa LC de miosina y la activa. Debido a que este modo de regulación se basa en la difusión de Ca2+ y la acción de las proteínas quinasas, la contracción muscular es mucho más lenta en el músculo liso que en el músculo esquelético. Cuanto mayor es la cantidad de Ca + 2 intracelular, mayor es la MLCK activada y mayor es el grado de contracción

El papel de la MLCK activada se demostró mediante la inyección de un inhibidor de la cinasa en las células musculares lisas. El inhibidor no bloqueó el aumento en el nivel citosólico de Ca2+ asociado con la despolarización de la membrana (medida por Fura-2), pero las células inyectadas no pueden contraerse. El efecto del inhibidor de la cinasa se superó inyectando un fragmento de MLCK que siempre está activo (constitutivamente activo) incluso en ausencia de Ca2+-calmodulina (este tratamiento tampoco afecta a los niveles de Ca2+).

Regulación de la contracción del músculo liso

Dada la amplia diversidad de las células musculares lisas hay muchos medios para modular la contracción del músculo liso. Para este curso se utilizarán ejemplos de control de vasos sanguíneos y arteriolas.

El principal medio para controlar la contracción del músculo liso es a través de cambios en el potencial de membrana de resinado.La despolarización causa un mayor aumento de Ca + 2 citosólico y, por lo tanto, una mayor contracción.La hiperpolarización causa una cantidad reducida de Ca + 2 citosólico y, por lo tanto, relaja la célula muscular.Sin embargo, es importante tener en cuenta que la liberación de Ca+2 de los almacenes internos también puede conducir a una mayor contracción a través de cascadas mediadas por proteínas G que no tienen nada que ver con cambios en la despolarización de la membrana.

Norepinefrina y epinefrina


De Cell Physiology, 2a edición.

Dependiendo del tipo de receptor, la norepinefrina y la epinefrina pueden tener diferentes resultados en la célula muscular lisa. La epinefrina unida a los receptores beta-adrenérgicos en las células musculares lisas del intestino hace que se relajen. Piense en una respuesta biológica habitual a los momentos de estrés intenso, p. ej. justo antes de una presentación oral pública, la epinefrina también se une al receptor alfa2-adrenérgico que se encuentra en las células musculares lisas que recubren los vasos sanguíneos del tracto intestinal, la piel y los riñones. La epinefrina unida a los receptores alfa2 hace que las arterias se contraigan (se contraigan), reduciendo la circulación a estos órganos. Esta respuesta suministra la cantidad máxima de energía a los músculos locomotores principales en respuesta al estrés corporal.

Acetilcolina y óxido nítrico

La acetilcolina es liberada por los nervios autónomos en las paredes de un vaso sanguíneo, y hace que las células musculares lisas en la pared del vaso se relajen. La acetilcolina actúa indirectamente induciendo a las células endoteliales cercanas a producir y liberar NO, que luego indica a las células musculares lisas subyacentes que se relajen.


Figura 20-42, Lodish 4ª edición. El GMPc media la señalización local mediante óxido nítrico. a) Diagrama esquemático de la estructura de la guanilato ciclasa soluble. La unión del óxido nítrico al grupo heme estimula la actividad catalítica de la enzima, lo que lleva a la formación de GMPc a partir del GTP. b) Regulación de la contractilidad del músculo liso arterial por NO y GMPc. El óxido nítrico sintetizado en las células endoteliales se difunde localmente a través del tejido y activa la guanilato ciclasa en las células musculares lisas cercanas. El aumento resultante de GMPc conduce a la relajación del músculo y a la vasodilatación.

El gas NO es catalizado por la enzima NO sintasa de arginina. Pasa fácilmente a través de las membranas y se difunde rápidamente fuera de la célula hacia las células vecinas. El NO tiene una vida media muy corta (5-10 segundos), por lo que actúa solo localmente. En muchas células diana, el NO se une al hierro en el sitio activo de la enzima guanilil ciclasa, estimulando a esta enzima para producir GMP cíclico. Los efectos del NO pueden ocurrir en cuestión de segundos, porque la tasa normal de rotación de GMP cíclico es alta. El GMPc se degrada rápidamente a GMP por una fosfodiesterasa.

El aumento de GMPc activa una quinasa que posteriormente conduce a la inhibición de la afluencia de calcio a la célula muscular lisa, y disminuye la estimulación de cal-calmodulina de la cinasa de cadena ligera de miosina (MLCK). Esto a su vez disminuye la fosforilación de las cadenas ligeras de miosina, disminuyendo así el desarrollo de tensión muscular lisa y causando vasodilatación.
Otra evidencia sugiere que el GMPc funciona a través de una quinasa (PKG de proteína quinasa dependiente del GMPc) que a su vez fosforila un canal K+ para activar y, por lo tanto, hiperpolarizar la célula muscular

nitroglicerina

Nitroglicerina, que se ha utilizado durante aproximadamente 100 años para tratar a pacientes con angina de pecho (dolor resultante de un flujo sanguíneo inadecuado al músculo cardíaco). La nitroglicerina se convierte en NO, lo que relaja los vasos sanguíneos. Esto reduce la carga de trabajo en el corazón y reduce los niveles de oxígeno que necesita el músculo cardíaco.

Viagra

El medicamento sildenafil inhibe esta fosfodiesterasa cíclica GMP y aumenta la cantidad de tiempo que los niveles cíclicos de GMP permanecen elevados. El GMP cíclico mantiene los vasos sanguíneos relajados y en ciertas partes de la anatomía masculina las piscinas de sangre y el efecto resultante hace que las ventas de Viagra se disparen. Sin embargo, es interesante notar que Viagra no es específico para el pene, afectará los niveles de GMPc en todo el cuerpo y puede tener algunos efectos secundarios interesantes.

Cuadro 11-2. Effects of Acetylcholine Stimulation on Peripheral Tissues

Tissue Effects of ACh
Vasculature (endothelial cells) Release of endothelium-derived relaxing factor (nitric oxide) and vasodilation
Eye iris (pupillae sphincter muscle) Contraction and miosis
Ciliary muscle Contraction and accommodation of lens to near vision
Salivary glands and lacrimal glands Secretion—thin and watery
Bronchi Constriction, increased secretions
Heart Bradycardia, decreased conduction (atrioventricular block at high doses), small negative inotropic action
Gastrointestinal tract Increased tone, increased gastrointestinal secretions, relaxation at sphincters
Urinary bladder Contraction of detrusor muscle, relaxation of the sphincter
Sweat glands Diaphoresis
Reproductive tract, male Erection
Uterus Variable, dependent on hormone influence

Putting it all together: From receptor to control of muscle cell contraction


Figure 21.7, From Molecular Biology of the Cell. Autonomic control of cardiovascular function.

El sistema cardiovascular está altamente regulado para que siempre haya un suministro adecuado de sangre oxigenada a los tejidos corporales en una amplia gama de circunstancias.
Hay receptores que responden al grado de presión arterial y proporcionan información mecánica (barosensorial) sobre la presión en el sistema arterial
Hay receptores que proporcionan información sobre el nivel de oxígeno y dióxido de carbono en la sangre. Estos sistemas sensoriales proporcionan información a los centros de control respiratorio del cerebro que a su vez controlan los nervios parasimpáticos y simpáticos que controlarán el corazón, los vasos sanguíneos y los músculos del diafragma para respirar.

Nos concentraremos solo en los quimiorreceptores que se encuentran principalmente en los cuerpos carotídeos. Estos son órganos pequeños y especializados ubicados en la bifurcación de las arterias carótidas comunes (algunos tejidos quimiosensoriales también se encuentran en la aorta). Los quimiorreceptores de los cuerpos carotídeos y la aorta proporcionan información sobre la presión parcial de oxígeno (pO2) y dióxido de carbono (pCO2) en la sangre.
Esta información es transmitida por neuronas de segundo orden al hipotálamo y otras regiones del tronco encefálico. Esta información sobre los niveles de gas en la sangre funciona en un reflejo para modular el sistema nervioso autónomo para controlar los músculos lisos y cardíacos. Es un equilibrio entre la regulación del sistema simpático versus el parasimpático para regular hacia arriba o hacia abajo la contracción cardíaca o del músculo liso.


De Cell Physiology, 2a edición.

Las células quimiosensoriales carotídeas detectan los niveles de pO2 en la sangre simplemente despolarizándose en respuesta a la disminución de los niveles de oxígeno. El mecanismo parece ser un canal K + sensible al O2, que en presencia de niveles normales de pO2 está abierto. Por lo tanto, la máquina virtual está cerca de EK+. Sin embargo, los niveles de oxígeno caen, el canal K+ se cierra y la máquina virtual se despolariza, lo que permite que el canal Ca+2 activado por voltaje se abra y active la fusión de vesículas y la liberación de neurotransmisores. Se cree que una forma de que esto pueda ocurrir es que el O2 active el canal K+ al unirse a una proteína hemo que está unida al canal K+.


De Cell Physiology, 2a edición.

Por el contrario, cambiar el grado de apertura del canal K + permitirá que las células que disparen potenciales de acción espontáneos aumenten su velocidad y, por lo tanto, señalen un cambio en los niveles de pO2

De Cell Physiology, 2a edición.

Los niveles de pO2 pueden tener un efecto directo en los músculos lisos alrededor de los vasos sanguíneos. Muchas de estas células tienen canal K+ que es inhibido por el ATP. A medida que el pO2 disminuye, también lo hace la respiración y la producción de ATP. Esta reducción del ATP provoca la apertura de los canales K+ y la inhibición de la contracción del músculo liso. Esto resulta en la relajación de los músculos lisos, la relajación de los vasos sanguíneos y el aumento del flujo sanguíneo hacia el tejido que está experimentando una reducción de pO2.
Por el contrario, un aumento de pO2 da lugar a una mayor inhibición de los canales K+ sensibles al ATP y, por lo tanto, a un mayor grado de despolarización. Más canales de Ca + 2 están abiertos y, por lo tanto, hay mayores niveles de Ca+2 citosólico, mayor grado de contracción del músculo liso. Esto hace que el vaso sanguíneo se contraiga (vasoconstricción) y se transfiera menos pO2 a los tejidos circundantes.

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