UNIVERSIDAD AUTONOMA DE CHIAPAS

FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS CAMPUS IV

MATERIA:

BIOQUIMICA

DOCENTE:

M.C. CARLOS VILLATORO DOMINGUEZ

PRACTICA 10:

EL ATP, EL MOVIMIENTO CELULAR Y LA CONTRACCION MUSCULAR

INTEGRANTES DEL EQUIPO :

LILIANA PATRCIA ARCIA PORTILLOMARTHA LIDIA LOPEZ JIMENEZ

JODE ANGEL ALFARO LOPEZ AIDA MINET HIDALGO RENTERIA

OSMAR ALEJANDRO PEREZ HERNANDEZ

SEMESTRE Y GRUPO:

4º “A”

TAPACHULA, CHIAPAS. A 26 DE OCTUBRE DEL 2012

INTRODUCCION

El trifosfato de adenosina fue aislado por primera vez del músculo en 1929 en los Estados Unidos por Cyrus H. Fiske y Yellapragada Subba Row, e independientemente, en Alemania por Karl Lohman. No fue, sin embargo, hasta diez años mas tarde que empezó a reconocerse el papel central del ATP en la transferencia de energía. En 1941, Fritz Lipmann (Premio Nobel,1953) ayudado por las contribuciones de Herman Kalckar, apuntó la hipótesis de la naturaleza cíclica del papel del ATP en los procesos bioenergéticos escribiendo: No se pueden dar respuestas definidas a la pregunta de cómo opera el alto potencial del grupo fosfato como promotor de varios procesos si bien se puede reconocer una interconexión más o menos estrecha con el recambio del fosfato...el ciclo metabólico(es) comparable a una máquina que genera corriente eléctrica. Parece, de hecho, que en la organización celular la<<corriente>> de fosfato juega un papel similar al de corriente eléctrica en la vida de los seres humanos. Es también una forma de energía utilizada para todos los fines.

EL Adenosín Trifosfato es un nucleótido básico en la obtención de energía celular. Está formado por una base nitrogenada (adenina) unida al carbono 1 de un azúcar de tipo pentosa, la ribosa, que en su carbono 5 tiene enlazados tres grupos fosfato. Se encuentra incorporada en los ácidos nucléicos. Se produce durante la fotosíntesis y la respiración celular, y es consumida por muchas enzimas en la catálisis de numerosos procesos químicos. Su fórmula es C10H16N5O13P3. La función que desempeña el ATP es que se almacena en los enlaces de alta energía que unen los grupos fosfato gran cantidad de energía para las funciones biológicas y se liberan cuando uno o dos de los fosfatos se separan de las moléculas de ATP.

También tenemos el movimiento celular que como su nombre indica es el desplazamiento de toda célula, ya sea porque así se requiere para realizar alguna función en específica. El movimiento celular mas importante es el de las células musculares especializadas de los músculos esqueléticos, cardiaco y liso, los cuales constituyen el 50% de toda la masa corporal, y por medio de ellas se da el movimiento de todo el cuerpo.

Existen dos tipos de movimientos celulares

Movimiento ameboide: Supone el desplazamiento de toda una célula respecto a su entorno. Ejemplo: Los leucocitos a través de los tejidos. Ósea , que necesita como un punto fijo (anclaje de seudópodo) para fijar una posición adelantada y luego arrastra el resto del cuerpo celular hacia donde vaya a dirigirse.

Movimiento ciliar: Es el movimiento de los cilios en forma de látigo sobre la superficie de la célula, éstos sólo se producen en superficies internas de vías respiratorias y trompas de Falopio.

Por otro lado se tiene a la contracción celular que es la fibra muscular genera tensión a través de la acción de la actina y la miosina. Mientras está en tensión, el músculo puede alargarse, acortarse, o permanecer igual. Aunque el término contracción implica acortamiento, cuando se hace referencia al sistema muscular, significa fibras musculares generando de tensión con la ayuda de las neuronas motoras. Estas contracciones producen la fuerza motora de casi todos los músculos superiores, como por ejemplo, desplazar el contenido de la cavidad a la que recubren (músculo liso) o mover el organismo u otros objetos a través del medio (músculo estriado).

Las contracciones involuntarias son controladas por el sistema nervioso central, mientras que el cerebro controla las contracciones voluntarias, y la médula espinal controla los reflejos involuntarios.

La contracción muscular se puede explicar como un desplazamiento de los miofilamentos, es decir la cabeza de la miosina se ancla a la actina produciéndose así el dicho desplazamiento. Cabe decir que la contracción muscular está regulada por el calcio, el ATP y el Magnesio, aunque se desconoce porque el Magnesio causa contracción en músculos post mortem y esto está bajo investigación.

1. EL MOVIMIENTO CELULAR DEPENDE DEL CITOESQUELETO, EL CUAL ES MUCHO MAS QUE UN SIMPLE ESQUELETO CELULAR, YA QUE MANTIENE LA FORMA DE LA CÉLULA. MUCHAS PROTEÍNAS COMPONEN EL CITOESQUELETO LAS CUALES COMPRENDEN TÚBULOS Y FILAMENTOS QUE VARÍAN EN TAMAÑO Y COMPOSICIÓN. LAS MAS ESTUDIADAS SON LOS MICROTUBULOS QUE CONTIENEN TÚBULOS Y LOS FILAMENTOS DE ACTINA. INVESTIGUE AMPLIAMENTE SOBRE EL CITOESQUELETO Y SUS PROTEÍNAS Y COMO FUNCIONAN DURANTE EL MOVIMIENTO CELULAR. INVESTIGAR SOBRE LA COMPOSICIÓN BIOQUÍMICA DE LA ACTINA.

El citoesqueleto es una red de proteínas que se extiende por el citoplasma entre el núcleo y

la cara interna de la membrana plasmática, ayudando a definir la forma de la célula, está

compuesto de una variedad de proteínas (particularmente filamentos de actina) usualmente

estas proteínas forman largas hebras retorcidas que tienen similitud a un cable eléctrico, o a

cables que sujetan los puentes, las proteínas que forman el citoesqueleto se caracterizan

por ser fuertes y flexibles.

El cito esqueleto se puede describir como parte importante de la célula, como un complejo

de finos túbulos (microtúbulos) diminutas fibras (microfilamentos) que forman el esqueleto

interno de la célula, unidos entre sí y a otras estructuras, por diversas proteínas accesorias

que ocupa el interior de todas las células.

Funciones del Citoesqueleto en la célula.

una función que resalta en el citoesqueleto es que se define como el esqueleto de la célula,

por ende es el responsable de los muchos movimientos celulares, mantiene la estructura y

forma de la célula, transporta sustancias entre las distintas partes de la célula, genera

protección y estabilidad celular además de la división Celular y la regulación metabólica.

Composición del citoesqueleto

El citoesqueleto está compuesto por diferentes tipos de fibras entre las cuales están los:

MICROTUBULOS : Tienen forma de tubos huecos proteicos (tubulina) son largos y

relativamente rígidos, tienen la capacidad de desensamblarse con agilidad en un sitio y

ensamblarse en otro, se extienden a lo largo de todo el citoplasma llevan a cabo funciones

como: forma celular (cilios y flagelos), transporte intracitoplasmatico, movimiento de la

célula, división celular, también forman las fibras del huso para separar los cromosomas

durante la mitosis y la meiosis. Cuando se disponen en forma geométrica dentro de cilios y

flagelos, son usados para la locomoción o para mover líquido circundante). Las proteínas

relacionadas a los microtúbulos llevan el nombre de proteínas MAP (proteínas asociadas a

los microtúbulos). Los microtúbulos citoplasmáticos son necesarios como vías de transporte

de macromoléculas y organoides (vesículas, mitocondrias, etc.), intervienen dos proteínas

motoras llamadas quinesina y dineína.

Microfilamentos : Son las fibras más delgadas de 3-6 nm (nanómetros=milmillonésimas de

metro= 10-9), están formados por la proteína actina. La actina es una proteína con funciones

contráctiles, es también la proteína celular más abundante. La asociación de estos

microfilamentos de actina con la proteína miosina es la responsable de la contracción

muscular. Los microfilamentos también pueden llevar a cabo los movimientos celulares,

incluyendo desplazamiento, contracción y citiocinesis.

Filamentos Intermedios: Tienen 10 nm de diámetro y proveen fuerza de tensión

(resistencia mecánica) a la célula. Según el tipo celular varían sus proteínas constitutivas.

Podemos decir que existen seis tipos de filamentos intermedios:

1)  Neurofilamentos (en la mayoría de las neuronas).2)   Filamentos de desmina, en el músculo.3)   Filamentos gliales, en las células del mismo nombre, que sirven de soporte en el cerebro, médula espinal y sistema nervioso periférico.4)  Filamentos de vimentina en células del tejido conjuntivo y en los vasos sanguíneos. 5)    Queratinas epiteliales, (o filamentos de queratina o también llamados tonofilamentos), en células epiteliales.6)  Lamino filamentos, forman la lámina nuclear, una delgada malla de filamentos intermedios sobre la superficie interna de la envoltura nuclear. Son los únicos que no se encuentran en el citoplasma

Proteínas Accesorias:

Estos sistemas primarios de filamentos (microfilamentos, filamentos intermedios y

microtúbulos), están asociados a un conjunto de proteínas llamadas proteínas accesorias.

Las proteínas accesorias cumplen distintas funciones y de acuerdo a estos roles se las

clasifican en:

1- Proteínas reguladoras: regulan los procesos de alargamiento (polimerización) y acortamiento (despolimerización) de los filamentos principales.

2-Proteínas ligaduras: conectan los filamentos entre si y con distintas estructuras celulares

3-Proteínas motoras: sirven para la motilidad, contracción y cambios de forma celulares.

ACTINA

La actina es una familia de proteínas globulares que forman los microfilamentos, uno de los tres componentes fundamentales del citoesqueleto de las células de los organismos eucariotas. Pueden encontrarse como monómero en forma libre, denominada actina G, o como parte de polímeros lineales denominados microfilamentos o actina F, que son esenciales para funciones celulares tan importantes como la movilidad y la contracción de la célula durante la división celular.

Formando microfilamentos en un proceso dinámico proporciona un andamiaje que dota a la celula de una forma con posibilidad de remodelarse rápidamente en repuesta a su entorno o a señales del organismo, por ejemplo, aumentando la superficie celular para ala absorción o proporcionando soporte a ala adhesión de las células para formar tejidos. Sobre andamiaje se pueden anclar otras enzimas, orgánulos como el ciclo, dirigir la deformación de la membrana celular externa que permite la ingestión celular o la citocinesis. También puede producir movimiento, bien por ella misma o ayudada de motores moleculares. De ese modo contribuye a procesos como el transporte intracelular de vesículas y orgánulos y la contracción muscular, o la migración celular, importante en el desarrollo embrionario, reparación de heridas o invasividad del cáncer. Por último es importante en la expresión génica.

2. MUCHAS PROTEÍNAS PARTICIPAN EN EL MOVIMIENTO DENTRO DE LAS CELULAS: ENTRE ELLAS ESTAN LAS KINESINA, DINEINA Y MIOSINA. LAS PROTEINAS ENZIMATICAS KINESINA Y DINEINA SE LES DENOMINA “MOTORES MOLECULARES” DEBIDO A QUE ELLAS CONVIERTEN LA ENERGIA ALMACENADA EN EL ATP EN MOVIMIENTO. ESTE MOVIMIENTO ACTIVA EL TRANSPORTE VESICULAR DENTRO DE LAS CÉLULAS. ELABORE UN ENSAYO (QUE INCLUYA DIBUJOS) DONDE SE MUESTRE EL MOVIMIENTO DE TUBULOS Y VESICULAS MEDIADOS POR KINESINA. INVESTIGUE LA BIOQUIMICA DE LA DINEINA Y EXPLIQUE COMO SE INVOLUCRA EN EL MOVIMIENTO DE LAS CELULAS

Los microtúbulos son polímeros de la proteína tubulina, un heterodímero de a y b tubulina de unos 55 kD, de secuencias igualmente muy conservadas. Estas proteínas guardan una homología grande con la proteína bacteriana FtsZ que juega un papel importante en la división celular.Los microtúbulos constituyen también la estructura interna de los cilios y flagelos, apéndices de la membrana de los que se sirven algunos microorganismos para moverse. Los microtúbulos son responsables del movimiento de cilios y flagelos y del movimiento de vesículas intracelularmente. Esto es el resultado de la polimerización y despolimerización de microtúbulos y de la acción de proteínas motoras. En algunos casos los movimientos celulares son debidos a ambos mecanismos. El movimiento de estos filamentos está basado en la acción de proteínas motoras que utilizan energía derivada de la hidrólisis del ATP para producir fuerza y movimiento.Miembros de dos grandes familias de proteínas motoras, las quinesinas y las dineínas, son responsables de estos movimientos en el micro túbulos. Estas proteínas se mueven a lo largo del micro túbulos en direcciones opuestas, la quinesina hacia el extremo más y la dineína hacia el extremo menos Los análisis genómicos muestran que existen varios genes altamente conservados, especialmente, en la región responsable del “motor”.Las proteínas microtubulares asociadas (MAPs) estabilizan a los microtúbulos y a estos con los organelos y membrana. Las proteínas motoras o ATPasas asociadas a microtúbulos (un subtipo de MAPs) movilizan organelos y otros elementos sobre los microtúbulos. * Quinesinas * Dineínas citoplasmáticas * Dineína ciliar / flagelar * Dinamina

La quinesina es una molécula que consiste de dos cadenas pesadas que se enrollan la una sobre la otra y sus extremos amino terminales se encuentran en las cabezas globulares que son los dominios motores de la molécula que se unen tanto a los micro túbulos como al ATP cuya hidrólisis provee la energía para el movimiento. La porción de la cola consiste de dos cadenas ligeras que se asocian a los dominios carboxilo terminal de las cadenas pesadas; esta porción es responsable de la unión a los componentes celulares tales como vesículas y organelas.

La dineína es una molécula compuesta de dos o tres cadenas pesadas (que incluyen el dominio motor) y un número variable de cadenas ligeras e intermedias asociadas. Al igual que la quinesina, las cadenas pesadas forman dominios motores de unión al ATP

responsables de los movimientos; la porción basal que incluye las cadenas pesadas e intermedias se unen a las

estructuras celulares

3. INVESTIGUE EL MECANISMO BIOQUIMICO DE LA CONTRACCION MUSCULAR Y EXPLIQUE LO SIGUIENTE:

a) ¿Cómo se une el atp a los filamentos actina y miosina? (respalde su respuesta con un articulo científico donde se analice este fenómeno)

Además de unirse a la actina, las cabezas de miosina fijan e hidrolizan ATP, el cual proporciona la energía para dirigir el deslizamiento de los filamentos. Esta transformación de energía química en movimiento se realiza mediante cambios en la forma de la miosina debidos a la unión del ATP. El modelo comúnmente aceptado (el modelo de vaivén o balanceo del puente cruzado) es que la hidrólisis de ATP provoca repetidos ciclos de interacción entre las cabezas de miosina y la actina. Durante cada ciclo, los cambios conformacionales en la miosina conducen al movimiento de las cabezas de miosina a lo largo de los filamentos de actina.

Fig. 1. Modelo para la actuación de la miosina. La unión de ATP disocia la miosina de la actina. Entonces la hidrólisis del ATP produce un cambio conformacional que desplaza al grupo de cabeza de la miosina. A esto le sigue la unión de la cabeza de miosina en una nueva posición sobre el filamento de actina y la liberación de ADP y Pi. El regreso de la cabeza a su conformación original dirige el deslizamiento del filamento de actina

b) La actina y la miosina funcionan como una atpasa. Analice la estructura bioquímica de dicha enzima y explique su cinética

La miosina es una ATPasa, es decir, hidroliza el ATP para formar ADP y Pi, reacción que proporciona la contracción muscular.

La miosina está compuesta de 2 cadenas pesadas idénticas, cada una de 230 kDa,1 y 4 cadenas livianas de 20 kDa cada una. La molécula tiene una región globular de doble cabeza unida a una larga cadena helicoidal de doble hebra. Cada cabeza se une a dos diferentes cadenas ligeras. Todas las miosinas tienen la secuencia:

Gly - Glu - Ser - Ala - Gly - Lys - Thr

que es similar a la secuencia encontrada en el sitio activo de otras ATPasas. La lisina se une al alfa fosfato del ATP.

La estructura α-helicoidal ininterrumpida de la cola de la miosina es favorecida por la ausencia de prolina en intervalos de más de 1000 residuos y por la abundancia de leucina, alanina y glutamato.

A.-La porción globular de la miosina tiene actividad ATPásica y se combina con la actina. Dos de las cadenas ligeras son idénticas (una en cada cabeza) y pueden ser removidas sin pérdida de la actividad ATPásica. Las otras dos cadenas ligeras no son idénticas y se ven requeridas para la actividad ATPásica y para la unión de la miosina a la actina.

La miosina puede escindirse con la tripsina en dos fragmentos llamados meromiosina ligera y meromiosina pesada.

La meromiosina ligera forma filamentos, carece de actividad ATPásica y no se combina con la actina; es una cadena de doble hebra alfa helicoidal de 850 Å de longitud. La meromiosina pesada cataliza la hidrólisis del ATP, se une a la actina, pero no forma filamentos y genera la fuerza para la contracción muscular; consta de una barra corta unida a dos dominios globulares que son las cabezas de la miosina. La meromiosina pesada puede escindirse por la papaína en dos subfragmento en forma de bastón llamado S2. Cada fragmento S1 tiene un sitio con actividad ATPásica y un sitio de unión a la actina.

Cada miofibrilla consta de múltiples miofilamentos que son unas hebras delgadas o gruesas compuestas químicamente de dos proteínas especiales, actina y miosina. Los

miofilamentos de una miofibrilla no abarcan toda la extensión de la fibra muscular sino que se dividen en compartimentos llamados sarcómeros.

c) El atp producido en la fosforilacion oxidativa se utiliza preferentemente en el transporte transmembrana e intracelular; sin embargo, parte de el se gasta en la contraccion muscular. Diseñe un experimento donde usted demuestre esto. Ayudese de artículos científicos donde aborden el tema

El mecanismo de la contracción muscular se inicia al llegar el impulso nervioso procedente del nervio motor a la unión neuromuscular o placa motora, a partir de este momento el potencial de acción despolariza toda la membrana de la fibra muscular y los túbulos T. Esta despolarización provoca un aumento en la permeabilidad y la salida masiva de iones Ca++ desde el retículo endoplásmico hacia el interior de la célula, uniéndose a la troponina C. Esta unión provoca un cambio en el resto de componentes del complejo de troponina, es decir en la troponina Ι y troponina T. El cambio en la troponina T provoca un desplazamiento de la tropomiosina que deja al descubierto los lugares de unión entre la actina y la miosina globular S1.En reposo, la miosina globular S1 se encuentra separada del filamento delgado de actina y contiene una molécula de ATP disociada, es decir, ADP y Pi. Al producirse el proceso anteriormente descrito y quedar libres las zonas de unión en la actina, se adhiere la miosina globular S1 a la actina, lo que se denomina “fase de adherencia”. A continuación el Pi se separa del complejo formado, lo que conlleva un cambio en la estructura del fragmento S1, que provoca la tracción del filamento delgado deslizándolo sobre el grueso, a esta fase se le denomina “de tracción”. Al mismo tiempo se produce la salida del ADP, lo que permite que una nueva molécula de ATP se una a la miosina S1, provocando la saparación de ambos filamentos, dando lugar a la “fase de disociación”. A continuación la actividad ATPasa de la miosina S1 hidroliza el ATP en ADP y Pi a la espera de iniciarse de nuevo el proceso (Figura ΙΙΙ).Al cesar el impulso nervioso, disminuye la permeabilidad al calcio en el retículo endoplasmico y se activa la bomba de calcio que transporta estos iones al interior del retículo. La bomba de calcio es un mecanismo activo, dependiente del ATP y por lo tanto, en casos de ejercicio intenso donde se agotan todos los depósitos de ATP pueden producirse episodios de contracturas y calambres musculares.

4. INVESTIGUE EN LA RED LAS TECNICAS DE LABORATORIO QUE SE HAN UTILIZADO PARA ANALIZAR COMO PASA LA ENERGIA ALMACENADA EN EL ATP A LOS FILAMENTOS DE ACTINA Y MIOSINA (ENERGETICA DE LA CONTRACCION MUSCULAR)

Las demandas energéticas de la fibra muscular se atienden por la hidrólisis de enlaces fosfato “de alto nivel energético” contenidos en el ATP. Presenta una base nitrogenada (adenina), una pentosa (ribosa) y tres grupos fosfato, unidos entre sí por enlaces de contenido energético elevado.1 Los enlaces fosfato, al descomponerse por introducción de una molécula de agua, suministran aproximadamente 7.800 calorías por mol (entre 7.500 y 12.000 según las condiciones) por cada enlace. Potencialmente, el ATP puede ser degradado por completo y cada molécula de ATP es teóricamente capaz de proporcionar por hidrólisis de sus enlaces fosfato un rendimiento energético global superior a las 22.000 calorías, pero en la fibra muscular sólo se hidroliza el grupo P terminal. Para obtener energía a partir del ADP se precisa la puesta en marcha de una vía compleja que sólo se utiliza excepcionalmente.

A pesar de su importancia bioquímica, el contenido en ATP de la fibra muscular es muy bajo, estimado en unos 5 μmol · g-1, con lo que el ATP presente como tal en el músculo, únicamente permite asegurar el suministro energético al músculo durante períodos de tiempo cortos (de uno a cuatro segundos en función de la intensidad de la contracción).

Toman dos muestras simultáneas al objeto de efectuar el contra análisis, en el supuesto de que aparezca un positivo. Los laboratorios encargados deben hallarse convenientemente homologados y autorizados por la Comisión Médica del COI. Algunas drogas son difícilmente detectables en la orina o, si lo son, proporcionan valores inferiores a los realmente presentes en la sangre. Por este motivo, y en especial respecto de determinadas drogas, se habla de proceder a valoraciones sanguíneas, aunque tal posibilidad se halla por el momento relativamente limitada.

DISCUSIÓN

El adenosin difosfato es la principal fuente de energía celular, por lo que la celula lo utiliza para despazarse o realizar sus reacciones metabolicas. Por eso se dice que la celula es muy inteligente, porque síntesis o producción de energía metabolica, por lo que en la contracción muscular el ATP se une a los filamentos de actina y miosina que son dos proteínas se encuentra en el sarcomeros y son muy importantes para la contracción muscular. Por lo que el ATP producido en la fosforilacion oxidativa se utiliza en la contracción muscular

Conclusion

En esta practica nos dimos cuenta que el atp la cual es la energía existente acomulada molecularmente, tiene relacion con el movimiento celular el cual requiere de energía molecular (atp) para que se lleve a cabo al igual que la contraccion muscular que es originado por el esfuerzo conciente originado por el cerebro.por lo que estos conceptos son importantes para la celula.

BIBLIOGRAFÍA

C. Solís Reyes, P. López Fajardo*, E. Rodríguez Carrasco, J. S. León, Unidad de

Cuidados Intensivos Pediátricos del Hospital Nuestra Señora de Candelaria.* Médico

Adjunto de Medicina Intensiva, Sección de Neurointensivos. Hospital Universitario

Nuestra Señora de Candelaria, Santa Cruz de Tenerife, fecha de consulta: 12-03-

2011, disponible en: http://www.scptfe.com/inic/download.phpidfichero=490

Departament of biochemistry and molecular biophysics,University Arizona fecha de

consulta 15-03 2011, disponible en: www.biologia.arizona.edu/cell/tutor/cytol.htm

El Proyecto Biológico, Universidad de Arizona, fecha de consulta 10-03-2011,

disponible en: http://www.biologia.arizona.edu/cell/tutor/cyto/cyto.html

Emory University, Cancerquest, Estructura de la célula, División celular, Biologìa del

tumor, fecha de consulta 10-03-2011, disponible en:

http://www.cancerquest.org/index.cfmpage=5822&lang=spanish

León, M. “Bioquímica Bases para la Actividad Física”, Editorial“Deportes”, La Habana, 2004.

ASTRAND P.O. RODAHL K. Fisiología del trabajo físico. Bases fisiológicas del ejercicio. Buenos Aires: Editorial Médica Panamericana, 1986. pp 31-100.

LINDEMANN J.P. Alteraciones de las proteínas contráctiles en la insuficiencia cardíaca. Hospital Practice 1992; 6: 5-14.

COOPER G. M.: La célula (2ª edición−2002) – Editorial Marban

FISIOLOGÍA DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR. Dr. Miguel Pagán Albaladejo Doctor en Medicina y Cirugía.

Especialista en Medicina de la Educación Física y el Deporte. Director del Centro de Medicina del Deporte. Universidad de Murcia.