Biologia del muscolo scheletrico

Struttura delle proteine filamentose delle fibre muscolari

F-actina: 2 catene di avvolte ad elica

Tropomiosina: molecole di proteina lineare che, in condizioni di riposo, maschera il sito attivo di legame per la miosina presente sull'actina

Troponina: una molecola di proteina globulare formata da tre unità: TnT - lega la Ca, Tropomiosina, TnC - lega il Tnl - lega l'actina

Le proteine filamentose delle fibre muscolari mantengono un'organizzazione ben precisa. L'actina è orientata in modo tale che l'estremità positiva (sfrangiata o estremità +) sia ancorata alla linea Z. La miosina II si muove verso il terminale positivo dell'actina F, garantendo che i filamenti spessi si muovano verso le linee Z.

In generale, vi sono diverse proteine accessorie che stabilizzano la struttura del sarcomero. Le proteine strutturali hanno un ruolo fondamentale:

Actinina: l'alfa mantiene i filamenti di actina associati in fasci paralleli alla linea Z

CapZ:

La proteina cappuccio garantisce l'attacco delle estremità frangiate dei filamenti di actina alle linee Z e contemporaneamente incappuccia l'actina nel filamento sottile.

La tropomodulina contribuisce al mantenimento della lunghezza e della stabilità dei filamenti sottili, legandosi alle estremità negative (appuntite) della miomesina.

La titina tiene insieme le molecole di miosina a livello della linea M, collegando la linea Z alla linea M e mantenendo in sede i filamenti sottili e spessi.

La nebulina stabilizza l'organizzazione dei filamenti sottili.

Il modello dello scorrimento dei filamenti spiega la contrazione muscolare sottile.

La contrazione muscolare è dovuta allo scorrimento (NON all'accorciamento) dei filamenti sottili.

La quantità di forza generata dal muscolo durante la contrazione dipende dal numero di domini globulari leganti l'actina del filamento spesso.

• All'interno della miofibrilla, sarcomeri adiacenti sono collegati l'uno all'altro attraverso le linee Z.proteine strutturali
• Numerose connettono tra loro le miofibrille e le ancorano al sarcolemma della fibra muscolare.
• Di conseguenza, tutti i sarcomeri si contrarranno in maniera simultanea portando all'accorciamento sincrono delle miofibrille e alla contrazione dell'intera fibra muscolare
• Poiché un muscolo contiene decine di fibre organizzate in fasci, si assiste ad un fenomeno di amplificazione che condurrà alla contrazione di un intero muscolo permettendo anche il movimento delle strutture ossee ad esso collegate

Unità motoria

Per unità motoria si intende l'insieme di un motoneurone e delle fibre muscolari da esso innervate. Il numero di fibre muscolari che un motoneurone innerva dipende dalla "finezza del movimento". Movimenti più grossolani sono

controllati da unità motorie più complesse. Movimenti fini, ossia di precisione, sono invece controllati da unità motorie molto semplici. Dunque minore è la quantità di fibre muscolari che il motoneurone innerva e maggiore sarà la precisione di quel movimento.

CONTRAZIONE DEL MUSCOLO SCHELETRICO- MODELLO DI SCORRIMENTO DEI FILAMENTI (1954) - modello di scorrimento dei filamenti.

Secondo questo modello, durante la contrazione muscolare i filamenti sottili di actina scorrono sui filamenti spessi di miosina, spostandosi verso il centro del sarcomero, trascinando le linee Z, la cui distanza si riduce.

Con quale meccanismo i filamenti vengono tirati o spinti negli spazi tra i filamenti spessi per causare la contrazione? ⚡️ Come viene utilizzata l'energia (ATP) per attuare questo processo?

Ogni filamento è formato da centinaia di molecole di miosina Il. La miosina Il è una proteina motrice formata da:

• 2 catene pesanti
• 4 catene leggere

caratterizzata da una coda, un collo e una testa globulare in grado di legare ATP e actina

• 2 essenziali, formate da proteine regolatrici

Ogni filamento spesso è formato dall'interazione di centinaia di molecole di miosina disposte in maniera regolare ma leggermente sfalsata, con le code rivolte verso la linea M e le teste globulari verso i filamenti di actina.

Ponti trasversali actina miosina ponte trasversale

Il legame fra filamenti di actina e miosina forma una struttura chiamata interazione domini di legame

I ponti trasversali si formano transitoriamente per l'interazione tra i domini della miosina e dell'actina F. spesso sottili.

Ogni filamento è in grado di legare 6 filamenti

Per la contrazione, i ponti trasversali si devono formare e dissociare ripetutamente, in modo che ad ogni ciclo di formazione dei ponti corrisponda una sempre maggiore interazione tra filamenti sottili e spessi; ciò determina l'accorciamento dei singoli sarcomeri e quindi della fibra muscolare.

La contrazione muscolare è quindi il risultato netto di cicli successivi di formazione e rottura di ponti trasversali. La forza che attiva la formazione dei ponti trasversali è l'idrolisi di ATP, catalizzata dalla catena pesante della miosina.

Affinché possano legarsi tra loro, i siti di legame sul filamento devono essere esposti e le teste di miosina devono andare incontro a cambiamenti conformazionali ATP-dipendenti (caricamento della miosina).

Ciascuna testa della miosina può legare una molecola di ATP e assumere un'angolazione di 45° a bassa energia rispetto ai filamenti sottili.

Quando l'ATP viene idrolizzato, le teste della miosina assumono un'angolazione di 90 gradi ad alta energia, tipica dello stato di riposo della fibra.

La formazione del ponte trasversale causa il rilascio di ADP e Pi, l'energia liberata determina la flessione delle teste di miosina, generando potenza o colpo di forza.

(colpo che sposterà i filamenti verso il centro del sarcomero permettendone la contrazione. È Riprendendo un attimo questa slide ... regolazione della contrazione muscolare ioni calcio. La dipende dalla presenza di liberi e dalla capacità della cellula muscolare di aumentare e abbassare rapidamente i livelli di ioni calcio nel sarcoplasma. Perché accade questo? Perché tropomiosina e troponina sono proprio quelle che regolano la disponibilità di siti di legame miosina actina calcio della sui filamenti di con modalità dipendente. ioni Il reticolo sarcoplasmatico ha come funzione principale quella di funzionare come serbatoio di Ca2+. Nel momento in cui all'interno della cellula, ossia del sarcoplasma, vi è una grande quantità di ioni TnC troponina. calcio liberi e disponibili, ecco questi ultimi si legano alla subunità della Ciò induce un cambiamento conformazionale che viene in qualche modo trasferito

allatropomiosina.Ca2+Gli ioni quando vi è necessità possono rientrare immediatamente al reticolo sarcoplasmatico,luogo in cui si accumulano, contro gradiente di concentrazione, e quindi servendosi di particolaricalcio.pompe di membrana specifiche per ilLA CONTRAZIONE MUSCOLARE ioni calcioè regolata dalla concentrazione di nel sarcoplasmaCome sono controllati i livelli di ioni calcio all'interno del sarcoplasma?IMPULSO NERVOSO1) Un si genera nel cervello e viene trasmesso lungo la colonna spinale sinoai motoneuroni che controllano il muscolo2) Il motoneurone trasmette alla fibra muscolare il comando per la contrazione rilasciando nellafessura sinaptica acetilcolina3) L'acetilcolina si lega ai recettori (recettori nicotinici) presenti sul sarcolemma4) I recettori sono canali del sodio (voltaggio-dipendenti) che permettono l'ingresso di Na+ nellafibra muscolare innescando un potenziale d'azione che si propaga e giunge in profondità grazie

aitubuli T.5) Viene rilasciato Ca2+ dal reticolo sarcoplasmatico

6) Le cellule del muscolo appropriato si contraggono e si rilassano nel giro di 100 ms

7) Quando cessa l'impulso nervoso, i livelli di Ca2+ scendono rapidamente e il muscolo si rilassa

Ma come fa l'impulso nervoso a provocare l'innalzamento e la diminuzione dei livelli di calcio nel sarcoplasma?

Per capirlo ripartiamo dalla giunzione neuromuscolare

neurone motorio

Un è un neurone che collega il sistema nervoso centrale ai muscoli e ne controlla il movimento. giunzione neuromuscolare.

Nel punto di contatto con una fibra muscolare forma una Unità motoria: insieme dell'assone di un singolo neurone motorio e di tutte le fibre muscolari innervate.

Riassumendo quello visto sino ad ora ...

Il segnale per la contrazione di una cellula muscolare è traportato attraverso una cellulapotenziale d'azione nervosa sotto forma di impulso elettrico - giunzione

Il sito in cui la cellula nervosa prende

Il contatto con la cellula muscolare si chiama giunzione neuromuscolare. In questa posizione, l'assone si ramifica, formando i terminali dell'assone contenenti acetilcolina (neurotrasmettitore) che viene secreta in risposta a un potenziale d'azione.

La regione del sarcolemma che si trova sotto i terminali degli assoni si chiama placca motrice. Qui si localizzano i recettori dell'acetilcolina (canali del sodio) che, quando legano l'acetilcolina, consentono al sodio di fluire nella cellula. L'ingresso di sodio fa in modo che la depolarizzazione della membrana che ne deriva venga trasmessa lontano dalla placca motrice.

La depolarizzazione viene propagata attraverso il sarcolemma per mezzo dei tubuli trasversi (tubuli T), introflessioni della membrana plasmatica che penetrano all'interno della cellula e prendono contatto con il reticolo sarcoplasmatico (RS). L'RS può essere diviso in 2 componenti: cisterne terminali e elementi mediali.

Le cisterne terminali contengono...

un' elevata concentrazione di pompe del calcio ATP-dipendenti, che pompano continuamente calcio nel lume dell'RS; quando necessario, questo calcio viene rilasciato dalle cisterne terminali. Le cisterne sono localizzate vicino all'apparato contrattile di ogni miofibrilla, alle giunzioni tra le bande A e I. Le cisterne terminali si trovano proprio in prossimità di un tubulo T formando una triade. La fibra muscolare è una cellula (sincizio) lunga (fino a molti centimetri) e sottile, altamente specializzata nella funzione contrattile. La fibra muscolare deriva dalla fusione di mioblasti (cellule embrionali), durante il differenziamento del muscolo.