Miosina: estructura, síntesis, clasificación y funciones

La contracción del músculo esquelético es fundamental para todo tipo de movimientos en los animales, desde la simple locomoción hasta manipulaciones complejas. Esta contracción es impulsada por proteínas contráctiles en las células musculares, particularmente actina y miosina, que están organizadas en miofibrillas. Las miofibrillas se dividen a su vez en sarcómeros, las unidades funcionales de contracción muscular. Mientras que la actina forma los filamentos delgados, la miosina constituye los filamentos gruesos y desempeña un papel central en el patrón de filamentos deslizantes de la contracción muscular. La miosina no se limita al tejido muscular; también contribuye a diversas funciones celulares en células no musculares, como la adhesión y migración celular.

En este artículo, exploraremos la estructura, síntesis, clasificación y diversas funciones de la miosina, centrándonos en sus funciones cruciales en la contracción muscular y los procesos intracelulares.

Estructura de miosina

La miosina es una proteína filamentosa clasificada como proteína motora debido a su capacidad para convertir la energía química de la hidrólisis del ATP en trabajo mecánico. Una molécula de miosina consta de seis subunidades: dos cadenas pesadas y cuatro cadenas ligeras. La organización estructural de estas cadenas es fundamental para su función.

• cadenas pesadas: Las dos cadenas pesadas están enrolladas entre sí para formar una doble hélice, que constituye la cola de la molécula de miosina. Esta cola forma la mayor parte de la estructura de miosina.
• cabeza de miosina: En un extremo de las cadenas pesadas, divergen y forman estructuras globulares conocidas como cabezas de miosina o puentes cruzados. Cada cabeza contiene un sitio ATPasa y sitios de unión de actina.
• Cadenas ligeras: Las cabezas globulares están asociadas con dos cadenas ligeras cada una, que estabilizan la estructura de las cabezas.

En general, la molécula de miosina consta de dos cabezas y una cola, que forman una estructura distintiva necesaria para su función.

Dominios de miosina

Para comprender la función de la miosina, resulta útil considerar sus tres dominios principales:

1. Jefe de dominio: Este dominio es globular y está formado por el extremo de la cadena pesada y dos cadenas ligeras. Es responsable de unirse a los filamentos de actina y tiene actividad ATPasa crucial para la contracción muscular.
2. Dominio del cuello: Al servir como conector entre la cabeza y la cola, el dominio del cuello es esencial para la transducción de la fuerza generada desde la cabeza a la cola. También se fija a cadenas ligeras.
3. dominio de la cola: Formado por la estructura en espiral de las cadenas pesadas, el dominio de la cola une moléculas de miosina dentro de un filamento e interactúa con moléculas de carga en células no musculares.

Síntesis de miosina

La síntesis de miosina es un proceso complejo que involucra múltiples pasos de expresión genética.

Transcripción

El proceso comienza con la transcripción, donde la secuencia de ADN de un gen de miosina se copia en ARN mensajero (ARNm). Esto ocurre en el núcleo de las células musculares y no musculares. Cada gen corresponde a una isoforma de miosina específica y solo se transcribe un gen a la vez.

Modificaciones postranscripcionales

Para preparar el ARNm para la traducción, se producen varias modificaciones:

• Tapa de 5′: Se agrega una tapa de trifosfato de guanosina (GTP) al extremo 5 ‘del ARNm para protegerlo de la degradación y ayudar en el inicio de la traducción.
• Cola poli-A: Se agrega una cola poliadenilada al extremo 3 ‘, protegiendo aún más el ARNm y ayudando a su exportación al citoplasma.

Traducción

Una vez en el citoplasma, el ARNm se traduce en proteína miosina. Los ribosomas se reúnen alrededor del ARNm y las moléculas de ARN de transferencia (ARNt) llevan aminoácidos al ribosoma de acuerdo con la secuencia del ARNm. Este proceso continúa hasta que se alcanza un codón de parada, que señala el final de la traducción. La proteína miosina recién sintetizada sufre modificaciones postraduccionales en el retículo endoplásmico.

Modificaciones posteriores a la traducción

Las modificaciones postraduccionales son críticas para la maduración funcional de la miosina:

• Fosforilación: La adición de grupos fosfato a residuos de serina, treonina o tirosina, catalizada por quinasas de cadena ligera de miosina, puede activar o desactivar la función de la miosina.
• Nitración y Nitrosilación: La adición de grupos nitrato o nitro puede ocurrir en condiciones patológicas, afectando la función de la miosina y potencialmente provocando una disfunción contráctil.

Clases de miosina

La miosina se clasifica en varios tipos según su estructura, ubicación y función. Las clases principales incluyen:

1. Miosina I: Proteína monomérica implicada en el transporte intracelular y en las interacciones de membrana.
2. Miosina II: La clásica miosina muscular responsable de la contracción muscular, presente en los músculos esqueléticos, lisos y cardíacos.
3. Miosina III: Se encuentra en los ojos de Drosophila y participa en la transducción dependiente de la luz.
4. Miosina V: Una proteína dimérica que «camina» a lo largo de los filamentos de actina, cruciales para el transporte intracelular.
5. Miosina VI: Responsable del transporte de vesículas endocíticas dentro de las células.
6. Miosina VII: Implicado en la fagocitosis y la espermatogénesis, y encontrado en algunas estructuras sensoriales.
7. Miosina VIII: Presente en células vegetales, regulando la división celular y el flujo citoplasmático.
8. Miosina XI: Proteína dimérica implicada en el movimiento de orgánulos dentro de las células vegetales.

La miosina juega un papel central en la contracción muscular a través de interacciones con los filamentos de actina. El mecanismo varía ligeramente entre los músculos esqueléticos, lisos y cardíacos.

Músculo esquelético

En el músculo esquelético, los filamentos de miosina se encuentran en el centro de los sarcómeros y los filamentos de actina se extienden desde cada extremo. Las cabezas de miosina se unen a los filamentos de actina cuando los sitios de unión quedan expuestos debido a la liberación de iones de calcio. La hidrólisis de ATP impulsa el cambio conformacional en las cabezas de miosina, lo que resulta en un golpe de energía que tira de los filamentos de actina hacia el centro del sarcómero. Este mecanismo de filamento deslizante provoca la contracción muscular.

musculo liso

La contracción del músculo liso se regula de manera diferente. Los filamentos de miosina están intercalados con filamentos de actina adheridos a cuerpos densos. A diferencia de los músculos esqueléticos, los músculos lisos carecen de troponina y tropomiosina. En cambio, la contracción está regulada por la fosforilación de las cadenas ligeras de miosina por la quinasa de cadena ligera de miosina, activada por iones de calcio. Este proceso permite que las cabezas de miosina se unan a la actina y faciliten la contracción.

Músculo cardíaco

La contracción del músculo cardíaco sigue un mecanismo similar al del músculo esquelético, con filamentos de miosina dispuestos en sarcómeros. Aquí también se aplica el modelo de filamento deslizante, en el que los iones de calcio desencadenan el proceso de contracción.

Resumen

La miosina es una proteína fundamental en la contracción muscular y diversos procesos celulares. Su estructura, que incluye dos cadenas pesadas y cuatro cadenas ligeras, es fundamental para su función. La síntesis de miosina implica transcripción, traducción y modificaciones postraduccionales. La miosina se clasifica en diferentes tipos según su función y ubicación, incluidas las formas musculares y no musculares.

En la contracción muscular, la miosina interactúa con los filamentos de actina a través de un mecanismo de filamento deslizante. Si bien el proceso fundamental es similar entre los tipos de músculos, los mecanismos reguladores difieren entre los músculos esqueléticos, lisos y cardíacos. Comprender la estructura y función de la miosina proporciona información sobre sus diversas funciones tanto en la fisiología muscular como en los procesos celulares.

Actina: estructura, función y dinámica – Notas científicas