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Curso: Biblioteca de Biologia > Unidade 36

Lição 1: Curso intensivo: Biologia

Os Manda-chuvas: O Sistema Muscular

Hank nos fala da história da dança química complicada que permite que nossos músculos esqueléticos contraiam e relaxem. Versão original criada por EcoGeek.

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Transcrição de vídeo

RKA11C E aí, tudo bem? Vocês me pegaram malhando. A última vez em que eu estava malhando durante um episódio, foi também a última vez em que peguei peso, e estávamos falando sobre como tudo isso é possível por meio da respiração celular. O processo que nossas células usam para armazenar a energia da comida que comemos, lembra disso? Bons tempos. Acontece que muito do que aprendemos antes também é útil para entendermos o sistema orgânico que usamos para disparar uma arma, andar, usar garfo e faca, fazer parkour, jogar Assassin's Creed... você sabe, se mover por aí. Estou falando dos músculos, é claro. Você não conseguiria movê-los sem a ajuda da mesma molécula que suas células usam para realizar todas as funções, a boa e velha adenosina trifosfato. Seus músculos podem ser as mais óbvias partes do corpo que se movem, mas, assim como todas as coisas que valem a pena aprender, esse sistema é muito mais complexo e muito mais interessante do que aparenta. Por quê? Por causa da Química! Quando pensamos em músculos, nossa mente normalmente imagina os músculos do braço, mas temos três tipos de músculos no corpo: temos o músculo cardíaco, que é o músculo do coração e é bem diferente de todos os outros. Também temos o músculo liso, que é responsável por realizar a maior parte dos processos involuntários, como empurrar a comida no trato digestivo, empurrar o sangue pelas artérias... enfim, coisas importantes. Existem ainda os músculos que mais conhecemos: os músculos esqueléticos. O glúteo máximo, o masseter, que é importante para mastigar seus lanchinhos. O abdutor do polegar, bem na base do dedão, que também é conhecido como seu músculo do videogame, essencial para o Assassin's Creed. E esses são apenas alguns dos 640 músculos esqueléticos que temos. Esses músculos, como todos os outros, são bons em duas coisas apenas: contrair para ficar menor e relaxar, restaurando o comprimento original. Isso é tudo que os músculos fazem, eles contraem e relaxam. É bem legal que uma bailarina pode ser feita assim. Se você puxar minha pele e olhar um dos meus músculos... por favor não faça isso! Mas, se fizer, verá que ele se engrossa no meio, o que chamamos de ventre do músculo, e que se estreita nas extremidades, formando um tendão. Tendões são feitos de fibras proteicas, principalmente colágeno, que conecta o músculo ao osso. Uma observação: ligamentos são similares a tendões, mas conectam ossos a ossos. Esses tendões musculares percorrem uma ou mais articulações. Por exemplo, este que percorre meu cotovelo permite que um osso possa se mover em relação ao outro. Então, mexi meu braço e agora mexo a boca. Basicamente, consigo mover meu corpo todo. A pergunta é: como faço isso? Como estou movendo tudo desse jeito fluido, fantástico? Como eu posso fazer tudo isso? Infelizmente, é complicado, mas é maravilhoso e incrível. Então, vai valer a pena no final! Primeiro, precisamos entender a anatomia do músculo esquelético, que inclui muitas camadas de filamentos longos e finos. Pense no músculo esquelético como uma corda: ele é feito de cordas menores embrulhadas em conjunto, e essas cordas são feitas de fios, e esses fios são feitos de filamentos muito finos. Essa estrutura é o que torna a carne fibrosa, afinal, carne é músculo. Esse peito de frango é, ou foi, o músculo peitoral maior do frango. Ele conecta o esterno da ave, que é o osso do peito, ao úmero na asa. Algumas vezes, acho que o frango tem mais peitoral que eu. É uma loucura! Quando abrimos esse músculo, vemos que é feito de camadas de finos cordões. Esses são fascículos musculares, cada um deles é composto por muitos fios de dimensões ainda menores. Esses que não podemos ver são chamados de fibras musculares, são as verdadeiras células musculares. Por realizarem tarefas são especializadas, as células musculares são diferentes das demais células somáticas. Primeiramente, cada uma possui múltiplos núcleos. Na verdade, cada célula muscular é formada por muitas células, como se células-tronco chamadas de células progenitoras se fundissem. As células musculares são como feixes de fios de uma cadeia proteica complexa. Lembrando que os núcleos são essenciais para a produção de proteína, células musculares precisam de muitos núcleos para fazer todas as proteínas que precisam. Daqui em diante, você vai notar que muito do que vou falar começa com o prefixo "mio" ou "sarco", palavras gregas para músculo ou carne. Sempre que vir esses termos na Biologia, estará do país dos músculos. Por exemplo, os feixes de proteínas que mencionei, que compõem a célula muscular, são chamadas de miofibrilas e cada uma é dividida longitudinalmente em segmentos chamados de sarcômeros. Aqui a ação acontece! Pois é o sarcômero que vai fazer a contração e o relaxamento para criar o movimento do músculo. Cada célula muscular tem dezenas de milhares desses, e todos contraem juntos para fazer você fazer as coisas. O contrair e relaxar ocorre por meio da interação complexa entre os dois tipos de cadeias de proteínas chamadas de miofilamentos, que são microfios presos a qualquer um dos dois terminais do sarcômero. Um dos miofilamentos é a proteína actina. O outro é a miosina, que é mais espessa e pontilhada, com estruturas em formato de taco de golfe chamadas de cabeças. Dentro do sarcômero, essas proteínas estão em camadas com uma fita espessa de miosina imersa entre vários fios de actina. Quanto aos fios de actina, depende do músculo em questão. Neste caso, digamos que são quatro: dois no topo e dois embaixo. Quando a célula muscular está relaxada, os filamentos não se tocam, mas eles estão desesperadamente querendo isso, são como adolescentes no baile da escola. A miosina, em particular, não quer nada além de acariciar a actina com as suas cabecinhas. A dança química que permite que isso aconteça é uma das coisas mais sexy que acontece no nosso corpo, além do sexo. Ela é conhecida como modelo de deslizamento de filamentos da contração muscular, o que me faz lembrar uma história interessante. Eu falei na aula passada que não tínhamos nenhum entendimento vago do esqueleto humano até 1500, o que parece meio tardio para mim. Mas isso não é nada comparado a isto: nós não descobrimos como os músculos funcionam até 1954. Em 1954, dois times independentes de cientistas descobriram que o modelo de deslizamento do filamento é como o músculo contrai. Por acaso, dois dos quatro cientistas que fizeram essa descoberta chamavam-se Huxley. Já falamos sobre Thomas Henry Huxley, pai da anatomia comparada e buldogue de Darwin. Bem, os netos dele também eram fantásticos em algo, assim como Aldous Huxley, que escreveu o romance "Admirável mundo novo". Eles eram Julian Huxley, que foi central para a construção da teoria da evolução moderna, e Andrew Fielding Huxley. Andrew Huxley era um fisiologista que, junto ao colega Rolf Niedergerke, resolveu o mistério da contração muscular. Até o início da década de 50, tudo que sabíamos era que as miofibrilas eram cheias de filamentos de proteínas. Nesse tempo, a maioria das pessoas pensava que essas fibras simplesmente se encurtavam, como uma mola que recua depois ter sido esticada. Na década de 50, aprendemos quase tudo que podíamos sobre as células musculares usando microscópios convencionais. Foi aí que Andrew e Rolf criaram um novo microscópio: um tipo de microscópio de interferência sofisticado, que utiliza dois feixes separados de luz. Com isso, eles perceberam que durante contrações algumas proteínas mantêm o comprimento, enquanto que outras se contraem. Contudo, ao mesmo tempo, o biofísico britânico Jean Hanson e Hugh Esmor Huxley, um biólogo americano que não tinha relação com o famoso Huxley britânico, usaram outra nova ferramenta mirabolante: o microscópio eletrônico. Com ele, eles observaram que a fibra muscular era feita de filamentos grossos e finos: a miosina e a actina. E esses filamentos eram organizados de maneira que podiam deslizar um sobre o outro, encurtando o sarcômero. Então, em dois artigos separados, publicados no mesmo dia e no mesmo periódico, dois times propuseram que a contração muscular era causada pelo movimento de uma proteína sobre a outra. Uma ideia muito boa, só que não tão simples. Para entender o modelo de deslizamento do filamento, primeiro devemos pensar que, além de mandar muita proteína, células musculares precisam produzir muito ATP. O ATP gera energia para quase tudo que o seu corpo faz. Isso vale para o movimento muscular também. Outra coisa que temos que lembrar é que algumas proteínas podem alterar a forma quando entram em contato com certos íons. Como vimos nas bombas de sódio e potássio, essas bombas são proteínas que podem aceitar íons de sódio de fora da célula e aí mudar de forma para soltá-los dentro da célula ao mesmo tempo em que se tornam capazes de aceitar íons de potássio. As mudanças de forma são a maneira como as células realizam muitas das funções. No sarcômero, são íons de cálcio que mudam a conformação de algumas proteínas, de modo que a miosina pode, finalmente, tocar nos fios de actina ao seu redor. A miosina arrasta os fios de actina sobre si, fazendo com que o sarcômero se contraia. Porém, quando uma célula muscular está em repouso, há algumas coisas que evitam esse contato. A primeira é um conjunto de proteínas presas ao redor da actina, elas são chamadas de tropomiosina e troponina. Juntas, elas agem como um tipo de isolamento. Usando novamente a nossa metáfora estudantil, elas são as "damas de companhia", elas protegem a actina do assédio da miosina. Cada cabeça da cadeia de miosina tem resíduos de uma molécula de ATP gasta presa a ela. Isso é ADP mais fosfato. E a energia do ATP quebrado já está armazenada dentro da cabeça. Sim, a miosina tem um monte de frustração reprimida. Ao passo que a célula muscular está em repouso, ela prepara um arsenal de íons de cálcio que utilizará como gatilho quando precisar. Isso é feito por uma versão especializada do retículo endoplasmático liso, chamado de retículo sarcoplasmático ou RS. Ele envolve cada sarcômero e é cravejado com bombas de cálcio. Essas bombas estão constantemente gastando ATP para criar uma elevada concentração de cálcio dentro do RS. Sempre que se cria um gradiente de concentração, sabemos que será usado. Portanto, estamos prontos para uma contração muscular. Mas como começa? Obviamente que por meio do estímulo de um neurônio. Os músculos são ativados por neurônios motores localizados próximos a cada sarcômero. Quando o sinal desce, o neurônio para a sinapse com uma célula muscular desencadeia uma liberação de neurotransmissores que, por sua vez, desencadeia outro potencial de ação no interior da célula muscular. Esse potencial de ação continua ao longo da membrana de células musculares, e então penetra nas células através de dobras especiais chamadas de túbulos T. Quando o sinal alcança o RS dentro da célula... Bingo! Canais do RS são abertos, deixando os íons de cálcio saírem pelo gradiente de concentração. Os íons de cálcio se ligam a uma das damas de companhia, a troponina, que faz com que essa gire em torno da actina e arraste a tropomiosina para fora do caminho, revelando os quentíssimos sítios de ligação na actina. Com as damas de companhia distraídas, a miosina radicaliza: ela estica todas aquelas pequenas cabeças em todo seu comprimento para se ligar com a actina. A excitação do precioso contato, tão aguardado, finalmente libera a energia que vem da quebra da molécula de ATP. Essa energia faz com que as cabeças se dobrem na direção do centro do sarcômero, puxando a actina e encolhendo o sarcômero em milhões de sarcômeros, em centenas de milhares de células musculares. Isso é o que permite levantar os braços. Você não achou que seria tão complicado, né? Agora, com o objetivo de parar a contração, temos que separar duas proteínas, porque as cabeças de miosina estão bem confortáveis com a amada actina. Para isso, será necessário que outra molécula de ATP se ligue à cabeça para assim romper um dos fosfatos e liberar sua energia logo que eles se tocam. Essa energia quebra a ligação da miosina com a actina e reduz a cabeça, deixando ela sozinha e frustrada mais uma vez. É estranho que a energia proveniente do ATP seja usada para fazer o músculo relaxar, e até por isso que temos o rigor mortis: quando se está morto, não há mais ATP para fazer o músculo relaxar, e todos os íons de cálcio saem do retículo sarcoplasmático, deixando o músculo em estado de repouso, que é contraído. No entanto, você não está morto, então vamos acabar logo com isso. Quando a miosina e actina estão separadas, o retículo sarcoplasmático trabalha bastante, bombeando os íons de cálcio para dentro e os armazenando para a próxima vez. As damas de companhia podem voltar, a troponina e a tropomiosina retomam suas posições em torno da actina, reajustando o sarcômero para o próximo impulso. A Química torna tudo isso possível! Desde disparar armas aos movimentos incríveis de dança.