miniatura|Fibra muscular esquelética, co túbulo T sinalado na parte da imaxe ampliada. miniatura|Estrutura do túbulo T e relacións co retículo sarcoplásmico no músculo esquelético. Os túbulos T (túbulos transversos) son extensións da membrana celular que penetra polo centro das fibras musculares esqueléticas e cardíacas. Os túbulos T, coas súas membranas que conteñen grandes concentracións de canles iónicas, transportadores e bombas, permiten a transmisión rápida do potencial de acción na célula, e tamén exercen unha función importante na regulación da concentración de calcio celular.
Por medio deses mecanismos, os túbulos T permiten que as células musculares cardíacas (cardiomiocitos) se contraian máis vigorosamente ao sincronizaren a liberación de calcio do retículo sarcoplásmico na célula. A estrutura e función do túbulo T son afectadas latexo a latexo pola contracción do cardiomiocito, así como por enfermidades, contribuíndo potencialmente á insuficiencia cardíaca e as arritmias. Aínda que estas estruturas se descubriron en 1897, seguen sendo un importante campo de investigación hoxe.
Estrutura
Os túbulos T son túbulos formados a partir da mesma bicapa fosfolipídica da membrana da superfice ou sarcolema das células musculares esqueléticas ou cardíacas. Conectan directamente co sarcolema nun dos extremos e despois introdúcense profundamente dentro da célula, formando unha rede de túbulos con seccións que discorren tanto perpendicularmente (transversas) coma en paralelo (axiais) ao sarcolema. Debido a esta complexa orientación, algúns autores refírense aos túbulos T como o sistema tubular transverso-axial. O interior do lume do túbulo T está aberto na superficie celular, o que significa que o túbuloT está cheo de líquido que contén os mesmos constituíntes que a solución que rodea a célula (o fluído extracelular). En vez de ser simplemente un tubo pasivo de conexión, a membrana que forma os túbulos T é moi activa, e está inzada de proteínas como as canles de calcio tipo L, os intercambiadores de sodio-calcio, ATPases de calcio e beta-adrenoceptores.
Aínda que os túbulos T non se forman ata despois do nacemento en cardiomiocitos de ratos, ratas, coellos e gatos (por exemplo, aos 4-9 días despois do nacemento das ratas), están xa presentes durante a etapa fetal en especies como vacas, coellos de Indias, ovellas e humanos. Encóntranse en células musculares ventriculares na maioría das especies, e tanto nas células cardíacas das aurículas coma nas dos ventrículos nos mamíferos grandes. En células musculares cardíacas, en diferentes especies, os túbulos T teñen un diámetro entre 20 e 450 nanómetros e adoitan estar situados en rexións chamadas discos Z onde os miofilamentos de actina se ancoran na célula. Os túbulos T das células do corazón están estreitamente asociados co almacén de calcio intracelular, que é o retículo sarcoplásmico, en rexións específicas denominadas cisternas terminais. A asociación dos túbulos T coas cisternas terminais chámase díade.
Nas células musculares esqueléticas, os túbulos T son tres ou catro veces máis estreitos que os das células musculares cardíacas, e teñen un diámetro de entre 20 e 40 nm. Están normalmente localizados a ambos os lados da banda de miosina, na unión de solapamento (unión A-I) entre as bandas A e I do sarcómero. Os túbulos T do músculo esquelético están asociadas con dúas cisternas terminais, o que se coñece como tríade.
Reguladores
A forma do sistema de túbulos T orixínase e mantense pola acción de diversas proteínas. A proteína anfifisina-2 codificada polo xene BIN1 é a responsable da formación da estrutura do túbulo T e asegura que se localicen as proteínas apropiadas (en especial as canles de calcio tipo L) na membrana dos túbulos T. A xunctofilina-2 está codificada polo xene JPH2 e contribúe á formación dunha unión entre a membrana do túbulo T e o retículo sarcoplásmico, vital para o acoplamento excitación-contracción. A proteína tipo titina que cobre os extremos coñecida como teletonina está codificada no xene TCAP e axuda ao desenvolvemento do túbulo T e é potencialmente responsable do incremento do número de túbulos T que se observa cando crece o músculo.
Función
Acoplamento excitación-contracción Os túbulos T son un elo importante na cadea que vai desde a excitación eléctrica dunha célula ata a súa conseguinte contracción (acoplamento excitación-contracción). Cando é necesaria a contracción dun músculo, a estimulación desde un nervio a unha célula muscular adxacente causa un característico fluxo de ións a través da membrana celular coñecido como potencial de acción. En repouso, hai menos partículas cargadas positivamente (catións) no lado interno da membrana que no lado externo, e a membrana dise que está polarizada. Durante o potencial de acción, as partículas cargadas positivamente (maiormente ións sodio e calcio) flúen a través da membrana desde o exterior ao interior. Isto inverte o desequilibrio normal de ións e denomínase despolarización. Unha rexión da membrana despolariza as rexións contiguas, e a onda resultante de despolarización espállase despois ao longo da membrana celular. A polarización da membrana restáurase a medida que os ións potasio flúen de regreso a través da membrana desde o exterior ao interior da célula.
En células musculares cardíacas, a medida que o potencial de acción pasa polos túbulos T, vai activando as canles de calcio tipo L da membrana do túbulo T. A activación de ditas canles permite que o calcio pase ao interior da célula. Os túbulos T conteñen unha maior concentación de canles de calcio de tipo L que o resto do sarcolema e, por tanto, a maioría do calcio que entra na célula faino a través dos túbulos T. Este calcio únese e activa un receptor, coñecido como receptor de ryanodina, localizado no propio almacén interno de calcio da célula, o retículo sarcoplásmico. A activación do receptor de ryanodina causa que o calcio se libere do retículo sarcoplásmico, orixinando a contracción da célula muscular. Porén, en células do músculo esquelético, a canle de calcio tipo L está directamente unida ao receptor de ryanodina do retículo sarcoplásmico permitndo a activación do recptor de ryanodina directamente sen necesidade dun influxo de calcio.
A importancia dos túbulos T non é só debida á concentración que teñen de canles de calcio tipo L, senón que depende tamén da súa capacidade de sincronizar a liberación de calcio dentro da célula. O rápido espallamento do potencial de acción ao longo da rede de túbulos T activa todas as canles de calcio tipo L case simultaneamente. Como os túbulos T fan que a membrana do sarcolema chegue moi preto do retículo sarcoplásmico en todas as rexións da célula, o calcio pode despois liberarse do retículo sarcoplásmico por toda a célula ao mesmo tempo. Esta sincronización da liberación de calcio posibilita que as células musculares se contraian máis vigorosamente. En células que carecen de túbulos T como células do músculo liso, os cardiomiocitos alterados por unha doenza, ou as células musculares nas cales os túbulos T foron eliminados artificialmente, o calcio que entra polo sarcolema ten que difundirse gradualmente a través da célula, activando os receptores de ryanodina moito máis lentamente como unha onda de calcio que dará lugar a unha contracción menos vigorosa.
Como os túbulos T son a localización primaria do acoplamento excitación-contracción, as canles iónicas e proteínas implicadas neste proceso están concentradas alí (hai o triplo de canles de calcio tipo L localizados dentro da membrana dos túbulos T comparados co resto do sarcolema. Ademais, os beta-adrenoceptores están tamén moi concentrados na membrana do túbulo T, e a súa estimulación incrementa a liberación de calcio do retículo sarcoplásmico.
Control do calcio Como o espazo do lume do túbulo T é continua co espazo que rodea a célula (o espazo extracelular), as concentracións de ións en ambos son moi similares. Con todo, debido á importancia dos ións dentro dos túbulos T (especialmente do calcio no músculo cardíaco), é moi importante que estas concentracións permanezan relativamente constantes. Como os túbulos T son moi delgados, esencilamente atrapan os ións. Isto é importante porque, independentemente das concentracións de ións noutras partes da célula, os túbulos T aínda teñen ións calcio dabondo para permitir a contracción muscular. Por tanto, mesmo no caso de que baixe a concentración de calcio fóra da célula (hipocalcemia), a concentración de calcio dentro do túbulo T permanece relativamente constante, permitindo que a contracción cardíaca continúe.
Igual que os túbulos T son un sitio de entrada de calcio na célula, son tamén un sitio para a retirada do calcio. Isto é importante xa que significa que os niveis de calcio dentro da célula poden ser estreitamente controlados nunha pequena área (é dicir, entre o túbulo T e o retículo sarcoplásmico, o que se coñece como control local).Hinch, R., Greenstein, J.L., Tanskanen, A.J., Xu, L. and Winslow, R.L. (2004) ‘A simplified local control model of calcium-induced calcium release in cardiac ventricular Myocytes’, 87(6). Proteínas como o intecambiador de sodio-calcio e a ATPase do sarcolema están localizadas principalmente na membrana do túbulo T. O intercambiador de sodio-calcio retira pasivamente un ión calcio da célula intercambiándoo por tres ións sodio. Como é un proceso pasivo, pode permitr ao calcio fluír cara a dentro ou fóra da célula dependendo da combinación de concentracións relativas destes ións e a voltaxe a través da membrana celular (o gradiente electroquímico). A ATPase de calcio retira calcio da célula activamente, usando enerxía derivada do adenosín trifosfato (ATP).
Destubulación Para estudar a función dos túbulos T, estes túbulos poden desacoplarse artificialmente da membrana superficial usando unha técnica chamada destubulación ou detubulación. Compostos químicos como o glicerol ou a formamida (para o músculo e esquelético e o cardíaco, respectivamente) poden engadirse á solución extracelular que rodea as células. Estes axentes incrementan a osmolaridade da solución extracelular, causando que as células se encollan (por perda de líquidos). Cando se retiran estes axentes, as células expándense rapidamente e tornan ao seu tamaño normal. Este encollemento e reexpansión da célula causa que os túbulos T se desconecten da membrana superficial. Alternativamente, pode facerse que diminúa a osmolaridade da solución extracelular, usando para iso, por exemplo, unha solución salina hipotónica, o que causa que a célula inche transitoriamente. Ao facer volver a solución extracelular a unha osmolaridade normal, as células tornan ao seu tamaño previo, o que causa outra vez a destubulación.
Historia