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EA – 997 Introdução à Engenharia Biomédica( ceb.unicamp.br/~bassani)
(Todo o material do site é para uso na disciplina. Não compartilhe e não reproduza sem autorização)
Prof. Dr. José Wilson Magalhães Bassani
Depto. Engenharia BiomédicaFEEC – UNICAMP
1S-2018
Acoplamento excitação - contração no músculo estriadono músculo estriado
Excitação CelularExcitação Celular
Contração Muscular
Excitação Celular
Muscle
Muscle FiberH
BandZ
Disc
Z Z Myofibril
ABand
IBand
Sarcoreme
Muscle Fasciculus
ZZ
Myofilaments
G-Actin Molecules
F-Actin Filament
Myosin Filament
Myosin Molecule
LightMeromyasin
HeavyMeromyasin
H
Bloom & Fawcett, 1968
}} Filamento Fino
Filamento Grosso
TríadeSarcolema Túbulo - T
RetículoSarcoplasmático
CisternaTerminal
Mitocondria Túbulo - TCisterna
Subsarcolemática
Principais estruturas envolvidas no processo de
Acoplamento Excitação - Contração
Esquelético Cardíaco
Banda - I Banda - A Tríade RetículoSarcoplasmático
Bers, 1991Bers, 2001
Sarcômero
Banda I Banda A
Linha ZZona H
Linha M
Banda I A e M Linha M Zona H
Linha M
Filamento
GrossoFilamento
Fino
Regulatory LC
Essential LC
P
P
ActinBinding Domain
ATPBinding Pocket
S2 (50 nm)
S1 (20 nm)
LMM (100 nm)
Miosina
S1 (20 nm)
MEROMIOSINA PESADA
MEROMIOSINA LEVE
Filamento Grosso
RepousoActina
Miosina
TnT
TnC
TnI
Tm
~ 40nm
Filamento fino
Ativação Cooperativa
CaAtividade
Z-line
A + M ADP Pi
A - M ADP Pi
Crossbridge
Cycle stops herein absence of Ca2+
A + M ATP
1
2
A - M
3
Rigor link
ADP
Pi
Strong bindingWeak binding
ATP
4
Sperelakis & Banks, 1993
Excitação CelularContração Muscular
Ca2+ e contração muscular muscular
40
60
80
100
A Tm TnT
TnlTnl
TnCM
P
Repouso
Actin
Tm
Tm
Tm
Tm
P
TnC
TnI
TnC
TnTTnI
TnT
Actin
+Ca
+S1
MM
M
M
Ativado
P
Actin
Tm
Tm
Tm
P
TnC
Ca
MyosinS1
TnT
TnI
TnT
Actin
M
M
Fo
rça
ou
ativid
ad
e A
TP
ásic
a (
%m
ax)
[Ca ] i (M)2+
0
20
10-8
10-5
10-4
10-6
10-7
ATmTnT
TnlTnlTnC
MM M
Sperelakis & Banks, 1993
Myosin blocked
Actin
Tm
Tm
TnI
TnC
TnT
MyosinS1
M
M
Ca
Fo
rça
ou
ativid
ad
e A
TP
ásic
a (
%m
ax)
Transporte e regulação do Ca2+
Excitação CelularContração MuscularCálcio e contração muscular
regulação do Ca2+
TríadeSarcolema Túbulo - T
RetículoSarcoplasmático
CisternaTerminal
Mitocondria Túbulo - TCisterna
Subsarcolemática
Principais estruturas envolvidas no processo de
Acoplamento Excitação - Contração
Esquelético Cardíaco
Banda - I Banda - A Tríade RetículoSarcoplasmático
Bers, 1991Bers, 2001
Sarcoplasmicreticulum
Calsequestrin
Ca pumps+2
Dihydropyridinereceptors
T tubule
CALSEQUESTRINA: liga Ca2+
CANAL DE Ca2+ DO SARCOLEMA
(RECEPTOR DE DIHIDROPIRIDINA):medeia entrada de Ca2+ extracelular
CANAL DE Ca2+ DO RS (RECEPTORDE RIANODINA): permite liberação deCa2+ do RS
BOMBA DE Ca2+ DO RS: transporta
Block et al., 1988
Feet, orryanodinereceptors
Sarcoplasmicreticulum
BOMBA DE Ca DO RS: transporta Ca2+ do citosol de volta ao RS
Entrada de Ca2+
na célula cardíaca
Fora
Ca2+
Canal de Ca2+
Tipo L
1 mM
Dentro
100 nM
Ca2+
Fosfolamban
CaMKII
P P
β-estimulação
PKA
PP
P
PP
P
+ ++
-ext
Captação de Ca2+
ATP ADP+Pi
desinibe
ATPase DE Ca2+ DO RETÍCULO SARCOPLASMÁTICO
Ca2+-ATPase
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+
--
--
--
RS
-
int
desinibe
Calsequestrina
(Opie, 1998)
Ju
nc
tin
N
Tri
ad
in
NCa
RyR
SR membrane
Cytosol
Canal de liberação de Ca2+ do RS
CSQ
C
C
+++
CSQJ
un
cti
n
Tri
ad
in
Ca
Ca
Ca
C
CCa
Ca
N
CaCa
CaCa
Ca
Ca
CaCa
CaCondensed
Can-CSQ
+ ++
N
Bers, 2001
Troca Na/Ca
Saída de Ca2+
da célula
NCX
Fora
Ca2+
ENCX = 3ENa - 2ECa
NCX
DentroNa+
Acoplamento Excitação - Contração
Excitação CelularContração MuscularCálcio e contração muscularTransporte e regulação de Ca2+
Acoplamento Excitação - Contração(AEC)
3Na
Ca
[Ca] i
AP
Sarcolema
CaCa
Ca
CaCa
SRCa
Na-CaXATP
PL
B ATPICa
RyR
Miofilamentos
Ca
Miócito Cardíaco Ventricular
3Na
Ca
Tú
bu
lo -
T
Na-CaX
CaNa
H2Na
H
Cyt
Mito.
Bers, 2001
CaCa
50
75C
a f
lux (
µm
ol/lit
er
cyto
so
l) A. Rabbit 100%
70%
Total
SR
Participação relativa dos transportadores de Ca2+ no relaxamento celular
NOVO !!
0.0 0.5 1.0 1.5 2.00
25
50
Ca f
lux (
µm
ol/lit
er
cyto
so
l)
70%
28%
2%
SR
Na/CaX
Slow (SL Ca-ATPase & Mito)
time (s)Bassani et al., 1994
NOVO !!
3Na
Ca
CaNa
H2NaCyt
Mito.
Sarcolema
CaCa
Ca
Ca
SRCa
Na-CaXATP
PL
B ATP H
Pvb
+
RyR
Ca
Miofilamentos
Músculo Esquelético
3Na
Tú
bu
lo -
T
Mito.
Mod. Bers,2001
Ca
Na-CaX
Pvb
Ca
ADULTO
Total
SR97
80
40
Músculo Esquelético
?
Bassani & Bassani, 2001
00.0 0.5 1.0
NCX
Slow
Time (s)
40
Tempo (s)
?
A. Esquelético - VDCR B. Cardíaco - CICR
++
Ca
Sarcolemma
DHPR
CICR
+ +
CICR
VDCR
Ca
DHPR
+ +++
?
SR
RyR
Ca CaCa
SR
Ca
RyR
Ca
Bers, 2001
0
40
100 n
M [C
a]
2%
cell le
ngth
[Ca] im
(mV
)
Excitation (Excitação)
Contraction (Contração)
Transiente de Ca2+
0 200 400 600 800
-80
-40
100 n
M [C
a]
2%
cell le
ngth
AP
time (ms)
Em
Bers, 2001
Excitação CelularContração MuscularCálcio e contração muscularTransporte e regulação de Ca2+
AEC
Teste o seu Teste o seu entendimento
10 sec
A. Isolated RatVentricular Myocyte
Shortening
1[Ca]o (mM)
Papel do Ca2+ externo na contração muscular
CaCa
Ca
SRCa
PLB ATPICa
Ry
R
Rich et al., 1988
1/1
10 sec0
B. SingleFrog
SkeletalFiber
0 5 10 20 25 30 35
Time (min) in 0Ca+EGTA solution
Ringer 0Ca+EGTA Ringer
Tension1kg/cm2
CaCa
Ca
SRCa
PLB ATP
Pvb
+
RyR
Armstrong et al., 1972
80
100
Myofilament overlap
Ten
sio
n (
% M
ax)
Regulação intrínseca 1/1
1.0 1.4 1.8 2.2 2.6 3.0 3.4 3.80
20
40
60
Cardiac Muscle(Starling)
Sarcomere Length (µµµµm)
Ten
sio
n (
% M
ax)
PKA
SarcolemaGi
Adrenalina / NoradrenalinaAtivação ββββ-Adrenérgica
cAMP
β
γα
β-Rec
GTP
α
GTP
ACα
GTP
-
M2-Rec
Gs
β2
P PAKAP
Reg
AC
h
1Regulação autonômica 1/2
PKA
ICa
CaCa
Ca Miofilamentos
RS
RR
ATP
PKA
Troponina-I
RegATP
cAMPGTP GTP
PKA
PLB
Ca
PP
PP
PKA
Bers, 2001
Phenylephrine (αααα)
Isoproterenol (ββββ), 30 µM
1 µM 10 µM
[Ca]i
αααα- vs. ββββ-adrenergic inotropy
2Regulação autonômica 2/2
Control
1 µM 10 µM50
nA
10
0 n
A
200 ms
20
mN
/mm
2 [Ca]i
ForceForce
Endoh & Blinks, 1988
8
10
12
14 15 ms
40
50
Possível novo mecanismo!
Liberação Fracional - Trigger Ca2+ 1/2
0
2
4
6
8
0,5 2 4 6 8 10
[Ca2+]o (mM)
2 mM [Ca2+]o
8 mM [Ca2+]o
10
29
32
40
FR (%)
Bassani et al. Am. J. Physiol., 268:C13313-C1329, 1995
40
50
60
70
2+
rele
ase
(%
)Liberação Fracional - Carga de Ca2+ do RS
Possível novo mecanismo!
2/2
0
10
20
30
30 40 50 55 60 70 80 90 95 100
SR Ca2+ Content (µµµµmol/ l cell H2O)
Fra
ctio
nal
SR
Ca
2+
Bassani et al. Am. J. Physiol., 268:C13313-C1329, 1995
FIM Transportadores de Ca2+
Excitação CelularContração MuscularCálcio e contração muscularTransporte e regulação de Ca2+
AECTeste seu entendimento
FIM Transportadores de Ca
Troca Na/Ca
ATPase de Ca2+ do sarcolema
Retículo Sarcoplasmático
ATPase de Ca2+ do retículo
Transiente de Ca2+
Acoplamento Excitação - Contração