Miofibrilas: características, estrutura, composição, funções - Ciência - 2023

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As miofibrilas Eles são as unidades estruturais das células musculares, também conhecidas como fibras musculares. Eles são muito abundantes, estão dispostos em paralelo e estão embutidos no citosol dessas células.

As células ou fibras musculares estriadas são células muito longas, medindo até 15 cm de comprimento e 10 a 100 μm de diâmetro. Sua membrana plasmática é conhecida como sarcolema e seu citosol como sarcoplasma.

Dentro dessas células estão, além das miofibrilas, múltiplos núcleos e mitocôndrias que são conhecidos como sarcossomas, bem como um retículo endoplasmático proeminente conhecido como retículo sarcoplasmático.

As miofibrilas são reconhecidas como os "elementos contráteis" dos músculos em animais vertebrados. São compostos por diversos tipos de proteínas que lhes conferem características elásticas e retráteis. Além disso, ocupam uma parte importante do sarcoplasma das fibras musculares.

Diferenças entre as fibras musculares

Existem dois tipos de fibras musculares: fibras estriadas e lisas, cada uma com distribuição anatômica e função específica. As miofibrilas são especialmente importantes e evidentes nas fibras musculares estriadas que constituem o músculo esquelético.

As fibras estriadas apresentam padrão repetitivo de bandas transversais quando vistas ao microscópio e estão associadas aos músculos esqueléticos e parte dos músculos cardíacos.

As fibras lisas, ao contrário, não apresentam o mesmo padrão ao microscópio e são encontradas nos músculos característicos da vasculatura e do sistema digestivo (e em todas as vísceras).

Características gerais

As miofibrilas são compostas por dois tipos de filamentos contráteis (também conhecidos como miofilamentos), que por sua vez são constituídos pelas proteínas filamentosas miosina e actina, que serão descritas mais adiante.

Diferentes pesquisadores determinaram que a meia-vida das proteínas contráteis das miofibrilas varia de 5 dias a 2 semanas, de forma que o músculo é um tecido altamente dinâmico, não só do ponto de vista contrátil, mas também do ponto de vista de síntese e renovação. de seus elementos estruturais.

A unidade funcional de cada miofibrila nas células ou fibras musculares é chamada de sarcômero e é delimitada por uma região conhecida como "banda ou linha Z", de onde se estendem os miofilamentos de actina em ordem paralela.

Como as miofibrilas ocupam parte substancial do sarcoplasma, essas estruturas fibrosas restringem a localização dos núcleos das células às quais pertencem em direção à periferia das células, próximo ao sarcolema.

Algumas patologias humanas estão relacionadas ao deslocamento dos núcleos para o interior dos feixes miofibrilares, sendo conhecidas como miopatias centro-nucleares.

Formação de miofibrilas ou "miofibrilogênese"

As primeiras miofibrilas são montadas durante o desenvolvimento do músculo esquelético embrionário.

As proteínas que compõem os sarcômeros (as unidades funcionais das miofibrilas) são inicialmente alinhadas a partir das extremidades e laterais das "premiofibrilas" que são compostas por filamentos de actina e pequenas porções de miosina II não muscular e actina α-específica de músculo.

À medida que isso ocorre, os genes que codificam as isoformas cardíacas e esqueléticas da α-actina são expressos em diferentes proporções nas fibras musculares. Primeiro a quantidade de isoforma cardíaca que se expressa é maior e depois muda para a esquelética.

Após a formação das premiofibrilas, as miofibrilas nascentes se reúnem atrás da zona de formação das premiofibrilas e nessas a forma muscular de miosina II é detectada.

Nesse ponto, os filamentos de miosina se alinham e se complexam com outras proteínas específicas de ligação à miosina, o que também é o caso com os filamentos de actina.

Estrutura e composição

Conforme discutido há pouco, as miofibrilas são constituídas por miofilamentos de proteínas contráteis: actina e miosina, também conhecidos como miofilamentos finos e grossos, respectivamente. Estes são visíveis ao microscópio óptico.

- Miofilamentos finos

Os finos filamentos das miofibrilas são constituídos pela proteína actina em sua forma filamentosa (actina F), que é um polímero de forma globular (actina G), de menor tamanho.

As fitas filamentosas da G-actina (F-actina) formam uma fita dupla que se torce em uma hélice. Cada um desses monômeros pesa mais ou menos 40 kDa e é capaz de se ligar à miosina em locais específicos.

Esses filamentos têm cerca de 7 nm de diâmetro e correm entre duas áreas conhecidas como banda I e banda A. Na banda A, esses filamentos são dispostos em torno dos filamentos grossos em um arranjo hexagonal secundário.

Especificamente, cada filamento fino é simetricamente separado de três filamentos grossos e cada filamento espesso é cercado por seis filamentos finos.

Os filamentos finos e grossos interagem entre si através de "pontes cruzadas" que se projetam dos filamentos grossos e aparecem na estrutura miofibrilar em intervalos regulares de distâncias próximas a 14 nm.

Os filamentos de actina e outras proteínas associadas se estendem além das "bordas" das linhas Z e se sobrepõem aos filamentos de miosina em direção ao centro de cada sarcômero.

- Miofilamentos espessos

Os filamentos grossos são polímeros da proteína miosina II (510 kDa cada) e são delimitados por regiões conhecidas como "bandas A".

Os miofilamentos de miosina têm aproximadamente 16 nm de comprimento e estão dispostos em arranjos hexagonais (se for observada uma seção transversal de uma miofibrila).

Cada filamento de miosina II é composto de muitas moléculas de miosina empacotadas, cada uma das quais consiste em duas cadeias polipeptídicas que têm uma região em forma de clube ou "cabeça" e que são organizadas em "feixes" para formar os filamentos.

Ambos os feixes são mantidos em suas extremidades no centro de cada sarcômero, de modo que as "cabeças" de cada miosina sejam direcionadas para a linha Z, onde os filamentos finos estão fixados.

As cabeças de miosina cumprem funções muito importantes, pois possuem sítios de ligação para moléculas de ATP e, além disso, durante a contração muscular, são capazes de formar as pontes cruzadas para interagir com os finos filamentos de actina.

- Proteínas associadas

Os filamentos de actina são "ancorados" ou "fixados" na membrana plasmática das fibras musculares (sarcolema) graças à sua interação com outra proteína conhecida como distrofina.

Além disso, existem duas importantes proteínas de ligação à actina conhecidas como troponina e tropomiosina que, juntamente com os filamentos de actina, formam um complexo proteico. Ambas as proteínas são essenciais para a regulação das interações que ocorrem entre filamentos finos e grossos.

A tropomiosina também é uma molécula filamentosa de duas fitas que se associa às hélices de actina especificamente na região dos sulcos entre as duas fitas. A troponina é um complexo de proteínas globulares tripartidas que se organiza em intervalos nos filamentos de actina.

Este último complexo funciona como um "interruptor" dependente do cálcio que regula os processos de contração das fibras musculares, por isso é de extrema importância.

No músculo estriado de animais vertebrados, existem também duas outras proteínas que interagem com os filamentos grossos e finos, conhecidas como titina e nebulina, respectivamente.

A nebulina tem funções importantes na regulação do comprimento dos filamentos de actina, enquanto a titina participa do suporte e ancoragem dos filamentos de miosina em uma região do sarcômero conhecida como linha M.

Outras proteínas

Existem outras proteínas que se associam a miofilamentos espessos, conhecidas como proteína C ligadora de miosina e miosina, responsáveis pela fixação dos filamentos de miosina na linha M.

Características

As miofibrilas têm implicações elementares para a capacidade de movimento dos animais vertebrados.

Por serem constituídos pelos complexos proteicos fibrosos e contráteis do aparelho muscular, estes são essenciais para executar as respostas aos estímulos nervosos que levam ao movimento e deslocamento (nos músculos estriados esqueléticos).

As indiscutíveis propriedades dinâmicas do músculo esquelético, que representam mais de 40% do peso corporal, são conferidas pelas miofibrilas que, ao mesmo tempo, possuem entre 50 e 70% das proteínas do corpo humano.

As miofibrilas, como parte desses músculos, participam de todas as suas funções:

– Mecânico: para converter energia química em energia mecânica para gerar força, manter a postura, produzir movimentos, etc.

– Metabólico: já que o músculo participa do metabolismo energético basal e serve como depósito de substâncias fundamentais como aminoácidos e carboidratos; também contribui para a produção de calor e para o consumo de energia e oxigênio utilizados durante atividades físicas ou exercícios esportivos.

Como as miofibrilas são compostas principalmente por proteínas, elas representam um local de armazenamento e liberação de aminoácidos que contribuem para a manutenção dos níveis de glicose no sangue durante o jejum ou fome.

Além disso, a liberação de aminoácidos dessas estruturas musculares é importante do ponto de vista das necessidades biossintéticas de outros tecidos, como pele, cérebro, coração e outros órgãos.

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