De la señal nerviosa al puente cruzado

Cada golpe de fuerza de una cabeza de miosina desplaza el filamento delgado unos 10 nanómetros, y cada ciclo usa ATP.

Llega la señal

La decisión de moverse empieza en el encéfalo, pero la orden que llega a una fibra muscular esquelética viene de una neurona motora. La mayoría de estas neuronas tienen el cuerpo celular en la médula espinal, y sus axones pueden recorrer hasta unos 90 cm para llegar al músculo. El punto de encuentro entre la terminal del axón y la fibra es la unión neuromuscular. Allí la terminal libera un mensajero químico, la acetilcolina (ACh). Esta cruza un espacio diminuto, la hendidura sináptica, y se une a receptores de la membrana de la fibra en la placa motora. Los receptores son canales: cuando la ACh se une, se abren y entran iones con carga positiva, lo que hace que el interior de la fibra sea menos negativo.

Ese cambio abre canales de sodio dependientes de voltaje, el sodio entra en tropel y un potencial de acción recorre toda la membrana. Mientras tanto, una enzima, la acetilcolinesterasa, descompone la ACh que queda en la hendidura para que no siga activando la fibra una y otra vez.

De la membrana al calcio

Una fibra muscular puede tener 100 micrómetros de grosor, demasiado para que una señal en la superficie llegue rápido al centro. Por eso la membrana se hunde en la célula formando tubos estrechos llamados túbulos T (T de transversal), que llevan el potencial de acción hasta lo más profundo. Cada túbulo T pasa entre dos sacos ensanchados del retículo sarcoplásmico, el depósito de calcio; los tres juntos forman una tríada. Cuando pasa el potencial de acción, se abren canales del retículo sarcoplásmico y los iones de calcio (Ca2+) inundan el sarcoplasma. Este vínculo entre una señal eléctrica y una tracción mecánica se llama acoplamiento excitación-contracción.

Los cinco pasos del ciclo de los puentes cruzados

En reposo, una hebra de tropomiosina recorre la actina y cubre los sitios donde podría unirse la miosina, y la troponina la mantiene allí. Paso 1: el Ca2+ se une a la troponina, que aparta la tropomiosina de los sitios de unión. Paso 2: una cabeza de miosina, ya preparada y que aún conserva el ADP y el fosfato del ciclo anterior, se une a la actina. Esta unión es un puente cruzado. Paso 3, el golpe de fuerza: se libera el fosfato, la cabeza se sujeta con más fuerza y gira hacia la línea M, tirando del filamento delgado unos 10 nanómetros. Luego se libera el ADP, pero la cabeza sigue unida. Paso 4: una nueva molécula de ATP se une a la cabeza y hace que se suelte de la actina. Paso 5: la cabeza descompone el ATP en ADP y fosfato y usa la energía para volver a la posición preparada, lista para unirse de nuevo un poco más adelante.

Elige cada paso en la lista Paso del modelo y observa la cabeza naranja. Luego presiona Reproducir. Muchas cabezas hacen su ciclo en momentos distintos, así que siempre hay algunas sujetas mientras otras se estiran hacia adelante, un poco como un equipo que jala una cuerda mano sobre mano.

Por qué el ATP importa dos veces

El ATP se necesita en dos puntos del ciclo. Es lo que hace que la cabeza suelte la actina, y la energía de su descomposición vuelve a preparar la cabeza. El ATP también impulsa las bombas que devuelven el calcio al retículo sarcoplásmico. Sin ATP, las cabezas de miosina quedan trabadas en la actina. Esa es la causa del rigor mortis, la rigidez de los músculos poco después de la muerte: no se puede fabricar ATP nuevo, así que los puentes cruzados nunca se sueltan. Desactiva el ATP en el modelo y cada cabeza que alcanza la actina se queda unida.

El apagado

La contracción se detiene cuando la neurona motora deja de liberar ACh. La membrana vuelve al reposo, los canales de calcio se cierran y las bombas devuelven el Ca2+ al retículo sarcoplásmico. La troponina suelta su calcio, la tropomiosina vuelve a cubrir los sitios de unión y, como no se forman nuevos puentes cruzados, la fibra se relaja. El músculo liso también usa calcio, pero de otra manera. No tiene troponina, así que el calcio se une a una proteína llamada calmodulina, que activa una enzima que a su vez activa las cabezas de miosina.

Una señal, una sacudida

Un solo potencial de acción produce una sola contracción breve llamada sacudida, que dura desde unos pocos milisegundos hasta unos 100 milisegundos según el músculo. Las señales que llegan antes de que la fibra se haya relajado se suman en una tracción más fuerte, y con una frecuencia lo bastante alta las sacudidas se funden en una contracción suave y sostenida llamada tétanos. El sistema nervioso también regula la fuerza según cuántas unidades motoras usa. Una unidad motora es una neurona motora con todas las fibras que inerva. En los músculos que mueven el ojo, una neurona inerva solo unas seis fibras, lo que permite un control muy fino. En los grandes músculos del muslo y la espalda, una neurona puede inervar miles.

Este es material educativo sobre cómo está formado el cuerpo y cómo funciona. No es consejo médico y no sirve para diagnosticar ni tratar a nadie.