Definición de sarcómero

Un sarcómero es la unidad funcional del músculo estriado. Esto significa que es la unidad más básica que compone nuestro músculo esquelético. El músculo esquelético es el tipo de músculo que inicia todo nuestro movimiento voluntario. Aquí yace el propósito principal del sarcómero. Los sarcómeros son capaces de iniciar un gran movimiento de barrido contrayéndose al unísono. Su estructura única permite que estas pequeñas unidades coordinen las contracciones de nuestros músculos.

La imagen muestra la fibra del músculo esquelético.

De hecho, las propiedades contráctiles del músculo son una característica definitoria de los animales. El movimiento de los animales es notablemente suave y complejo. El movimiento diestro requiere un cambio en la longitud muscular a medida que el músculo se flexiona. Esto requiere una estructura molecular que pueda acortarse junto con el músculo acortador. Tales requisitos se encuentran en el sarcómero.

Tras una inspección más cercana, el tejido muscular esquelético emite una apariencia rayada, llamada estriación. Estas «rayas» se desprenden por un patrón de bandas claras y oscuras alternadas correspondientes a diferentes filamentos de proteínas. Estas rayas están formadas por las fibras entrelazadas que componen cada sarcómero. Las fibras tubulares llamadas miofibrillas son los componentes básicos que forman el tejido muscular. Sin embargo, las miofibrillas en sí mismas son esencialmente polímeros, o unidades repetitivas, de sarcómero. Las miofibrillas son fibrosas y largas, y están hechas de dos tipos de filamentos proteicos que se apilan uno encima del otro. La miosina es una fibra gruesa con una cabeza globular, y la actina es un filamento más delgado que interactúa con la miosina cuando nos flexionamos.

Representado es una ilustración básica de los componentes subyacentes del músculo esquelético, hasta el sarcómero.

Estructura de sarcómeros

Cuando se observan bajo un microscopio, las fibras musculares de longitudes variadas se organizan en un patrón apilado. Las hebras de miofibrillas, por lo tanto actina y miosina, forman haces de filamentos dispuestos paralelos entre sí. Cuando un músculo de nuestro cuerpo se contrae, se entiende que la forma en que esto sucede sigue la teoría del filamento deslizante. Esta teoría predice que un músculo se contrae cuando se permite que los filamentos se deslicen unos contra otros. Esta interacción, entonces, es capaz de producir fuerza contráctil. Sin embargo, la razón por la que la estructura del sarcómero es tan crucial en esta teoría es que un músculo necesita acortarse físicamente. Por lo tanto, se necesita una unidad que sea capaz de compensar el alargamiento o acortamiento de un músculo flexionado.

La teoría del filamento deslizante fue planteada por primera vez por científicos que habían utilizado microscopía de alta resolución y manchas de filamentos para observar filamentos de miosina y actina en acción en varias etapas de contracción. Pudieron visualizar el alargamiento físico del sarcómero en su estado relajado, y el acortamiento en su estado contraído. Sus observaciones condujeron al descubrimiento de zonas de sarcómeros.

La figura representa la estructura de un Sarcómero. (Cada zona está etiquetada).

Primero observaron que los cambios dinámicos que estaban ocurriendo siempre ocurrían en los mismos lugares o zonas. Notaron que una zona de sarcómeros repetidos, más tarde llamada la «banda A», mantenía una longitud constante durante la contracción. La banda A tiene un mayor contenido de filamento de miosina grueso, como se espera por la rigidez del área. La banda A es el área en el centro del sarcómero donde los filamentos gruesos y delgados se superponen. Esto dio a los investigadores una idea de la ubicación central de la miosina. Dentro de la banda A está la zona H, que es el área compuesta solo de miosina gruesa. Esencialmente, se puede pensar que la banda A incluye «toda» la miosina, incluida la miosina entrelazada con actina en su cabeza bulbosa. En cada extremo de la longitud del sarcómero se encuentra la banda I. Las bandas I son las dos regiones que contienen exclusivamente filamentos finos. Una forma rápida de recordar esto es que la banda I tiene filamentos «finos de actina». Los filamentos gruesos se encuentran no muy lejos del sitio de la banda I; pero a ambos lados, sus márgenes delinean dónde terminan los filamentos gruesos. Del mismo modo, las líneas Z o discos que dan a los sarcómeros una apariencia rayada bajo un microscopio de luz en realidad delinean las regiones entre los sarcómeros adyacentes. La línea M, o división media, se encuentra justo en el centro de las líneas Z y contiene un tercer filamento menos importante llamado miomesina.

Atajo mental de filamento:

Como se mencionó anteriormente, la contracción ocurre cuando los filamentos gruesos se deslizan a lo largo de los filamentos finos en rápida sucesión para acortar las miofibrillas. Sin embargo, una distinción crucial a recordar es que los miofilamentos en sí no se contraen. Es la acción deslizante la que les da su poder para acortar o alargar.

Función de sarcómero

El deslizamiento del filamento genera tensión muscular, que es sin duda la principal contribución del sarcómero. Esta acción le da a los músculos su fuerza física. Una analogía rápida de esto es la forma en que una escalera larga se puede extender o plegar dependiendo de nuestras necesidades, sin acortar físicamente sus partes metálicas.

Afortunadamente, una investigación reciente nos da una buena idea de cómo funciona este deslizamiento. La teoría del filamento deslizante se ha modificado para incluir cómo la miosina es capaz de tirar de la actina para acortar la longitud del sarcómero. En esta teoría, la cabeza globular de la miosina se encuentra cerca de la actina en un área llamada región S1. Esta región es rica en segmentos con bisagras que pueden doblarse y, por lo tanto, facilitar la contracción. La flexión de S1 puede ser la clave para comprender cómo la miosina puede «caminar» a lo largo de la longitud de los filamentos de actina. Esto se logra mediante el ciclo de miosina-actina. Esta es la unión del fragmento de miosina S1, su contracción y su eventual liberación.

Cuando la miosina y la actina se unen, forman extensiones llamados «puentes cruzados.»Estos puentes cruzados pueden formarse y romperse con la presencia (o ausencia) de ATP. El ATP hace posible la contracción de S1. Cuando el ATP se une al filamento de actina, lo mueve a una posición que expone su sitio de unión a la miosina. Esto permite que la cabeza globular de la miosina se una a este sitio para formar el puente transversal. Esta unión hace que el grupo fosfato del ATP se disocie, y por lo tanto la miosina inicia su carrera de potencia. Por lo tanto, la miosina entra en un estado de menor energía donde el sarcómero puede acortarse. Además, el ATP debe unirse a la miosina para romper el puente transversal, y permitir que la miosina se vuelva a unir a la actina e inicie el siguiente espasmo.

Cuestionario

1. ¿Qué zona del sarcómero mantiene una longitud constante durante la contracción?
Líneas A. Z
Banda B. A
Banda C. I
D. Zona S

2. ¿Cuál de los siguientes contiene solo filamento de actina?
A. A band
B. H band
C. I band
Línea D. Z

3. ¿Cuál de los siguientes contiene solo filamento de miosina?
A. A band
B. H band
C. I band
Línea D. Z

• Krans, Jacob et al. (2010). «The sliding filament theory of muscle contraction.»Educación sobre la naturaleza 3. 3(9):66.
• MH Education (2017). «Animation: Sarcomere Contraction.»Human Anatomy: Mckinley O’Loughlin.»Recuperado el 16-6-2017 de http://www.macroevolution.net/sarcomere.html
• Boundless (2017). «ATP y contracción muscular.»Boundless: The Musculoskeletal System. Recuperado el 2017-6-15 de https://www.boundless.com/biology/textbooks/boundless-biology-textbook/the-musculoskeletal-system-38/muscle-contraction-and-locomotion-218/atp-and-muscle-contraction-826-12069/