Proteine muscolari e contrazione

Le proteine muscolari

Le proteine muscolari sono organizzate in filamenti, riescono ad operare movimenti meccanici: la contrazione è l’accorciamento di unità morfo-funzionali e biochimiche del muscolo, i sarcomeri.

Le cellule del tessuto muscolare sono cellule allungate, contrattili ed elettricamente eccitabili. Il tessuto muscolare è vascolarizzato e innervato. Ed esistono 3 tipi di tessuto muscolare:

• Tessuto muscolare striato scheletrico: costituito da tante fibre (o fibrocellule) muscolari disposte in parallelo. Ciascuna fibra muscolare costituisce una unità cellulare e ciascuna fibra è innervata da un motoneurone. La giunzione neuromuscolare (placca motrice) è il punto di contatto, tra un motoneurone e una fibra muscolare. E la placca motrice è caratterizzata da più sinapsi, cioè da più eventi di contatto tra il motoneurone e la fibrocellula, e tutte insieme vanno a costituire un’unità motrice. Ogni fibra muscolare riceve una sola placca motrice e ciascun motoneurone ramifica e contatta molte fibre muscolari (unità motrice). La fibrocellula muscolare è formata da un insieme di miofibrille disposte in parallelo, che si uniscono a formare un sincizio. Inoltre, a loro volta, le miofibrille sono costituite da filamenti intracellulari di actina e miosina. Muscolo -> fibrocellula -> miofibrilla -> filamenti.
• Tessuto muscolare cardiaco: tessuto muscolare involontario e fortemente specializzato, presenta le cosiddette strie intercalari (porzioni di contatto tra membrane plasmatiche adiacenti organizzatissime in sistemi di giunzione di membrana che garantiscono la propagazione dell’impulso elettrico: infatti il cuore va incontro a contrazione ritmica spontanea).
• Tessuto muscolare liscio: non presenta l’organizzazione delle miofibrille sistematicamente perfette ed è un muscolo involontario.

Il sarcoplasma

Il sarcoplasma, cioè il citoplasma racchiuso dal sarcolemma (la membrana plasmatica della fibrocellula), è prevalentemente occupato da:

• Miofibrille e mitocondri (strutture contrattili);
• Gocce lipidiche e granuli di glicogeno (riserva energetica);
• Mioglobina (riserva di ossigeno);
• Reticolo sarcoplasmatico (accumulo di ioni calcio).

A loro volta le miofibrille sono organizzate in maniera modulare: i sarcomeri, costituiti da miofilamenti di actina e miosina.

Muscolo -> fibrocellula -> miofibrilla -> filamenti -> sarcomero: actina e miosina.

Il sarcomero è l’unità funzionale e fondamentale di un muscolo scheletrico.

La miosina

La miosina è una proteina abbastanza pesante: è un esamero costituito da 2 catene pesanti e 4 catene leggere, uguali a due a due. Sono disposte in modo estremamente simmetrico. La tipica struttura della miosina consiste essenzialmente in due domini, definiti testa e coda:

• La testa è una regione globulare deputata al legame con i filamenti di actina, oltre che al sito di idrolisi dell’ATP. Questa reazione chimica permette l’avvicinamento dell’estremità + del filamento.

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di actina verso la linea M, tramite cambiamenti conformazionali dovuti alla diversa affinità della proteina per le molecole che può legare (ATP, actina, ADP in ordine decrescente di affinità).

• La coda è un dominio di struttura allungata che generalmente media le interazioni con molecole trasportatrici e subunità di miosina.

La porzione biochimicamente funzionale è la testa della miosina.

La tripsina riesce a scindere la miosina in 2 parti: la meromiosina leggera e la meromiosina pesante (che è quella che contiene teste con ATPasica e siti d’aggancio con l’actina). Un secondo enzima idrolizza la meromiosina pesante in una piccola parte bastoncellare priva di attività catalitica.

Tra la parte fibrillare (la coda) e quella globulare (la testa) vi è una regione (regione a cerniera) che riesce a svolgere il movimento di scivolamento dei filamenti di actina sulla miosina a seguito dell’impulso neuromuscolare -> dato dall’idrolisi dell’ATP che trasforma l’energia chimica in energia meccanica, sufficiente per generare questo movimento.

ATP -> ADP + Pi

L’actina

L’actina è una proteina globulare. I monomeri sono indicati come g-actina e sono capaci di polimerizzare formando una struttura simile ad una collana di perle della f-actina. Sono due filamenti polimerizzati si intrecciano a due a due a spirale formando i microfilamenti raggruppati in fasci. L’attività biologica dell’actina è quella di interagire con le teste di miosina e di stimolare l’attività ATPasica delle teste di miosina.

La g-actina utilizza il calcio per polimerizzare: l’actina ha sedi di legame di riconoscimento dell’ATP e dell’ADP, quindi lungo il filamento di actina ci sono delle porzioni che legano questo nucleo dette e al momento della polimerizzazione n monomeri di g-actina legano ATP e ioni Ca e si forma un grande complesso: n g-actina-ATP-Ca. In un secondo momento l’idrolisi dell’ATP garantirà l’energia necessaria per la costruzione del filamento di g-actina: l’ATP sarà idrolizzata in ADP + Pi e il Ca sarà rilasciato; quindi il prodotto finale della reazione sarà il dimero di actina legato all’ADP. Invece, l’actina globulare è un’actina che lega l’ATP. L’idrolisi dell’ATP serve solo alla costruzione del filamento e non a fornire energia per la contrazione muscolare.

Il Ca²⁺ ha la funzione di consentire:

• Il legame dell’actina all’ATP.
• L’idrolisi dell’ATP in ADP.

La tropomiosina

La tropomiosina è una proteina fibrosa molto sottile e filamentosa. È costituita da 2 catene alfa e 2 catene beta avvolte ad elica. I filamenti di tropomiosina sono alloggiati in solchi di f-actina ed è a contatto con 7 monomeri di g-actina.

Ha un’azione regolatrice sull’interazione dell’f-actina con la miosina: inibisce l’associazione acto-miosinica proprio perché si interpone tra i filamenti di f-actina.

Le troponine

Le troponine hanno un’importantissima funzione meccanica e una funzione biochimica nella contrazione. Esistono diverse isoforme delle troponine, a livello muscolare abbiamo le troponine del muscolo striato, che sono 3 isoforme di un’unica proteina (il complesso della troponina):

fi fi ffi ti ti tt ti fi fi ti ti fi ti ti ti tti ttti ti ti fi fi fiti ti fi titi ti fi ti ti ti titi titi tittiti ti ti ti ti titi ti ti ti tti fi tti ti tt ti ti ti ti ffi ffi ti tt ti fi ti ti

• Troponina C: lega selettivamente lo ione Ca²⁺.
• Troponina T: lega la tropomiosina.
• Troponina I: inibisce totalmente il motore acto-miosinico, quindi il momento della contrazione in cui avviene il legame fra i due filamenti (miosina e actina).

La troponina C avrà contatti sia con la troponina T che con la troponina I, perché si trova al centro tra queste due e vedremo che nel momento in cui la troponina C legherà il Ca andrà a condizionare i meccanismi della troponina T e il meccanismo inibente della troponina I. Quindi, quello che si verifica all’atto della contrazione è un evento meramente chimico perché tutto viene innescato dalla liberazione di un’elevata concentrazione di ioni Ca da parte del reticolo endoplasmatico. Quindi nell’innesco della contrazione le concentrazioni di Ca all’interno del sarcoplasma si elevano notevolmente e questo causa il cambio di conformazione della troponina C, che a sua volta provoca:

• A livello della troponina T -> provoca lo spostamento della troponina T, che a sua volta causa lo