Fisiologia muscolare

MIOSINA

Una molecola di miosina è costituita da due filamenti che si autoavvolgono tra di loro, (due catene

pesanti e quattro catene leggere) al termine di un filamento abbiamo una testa di miosina (catene

pesanti di miosina)

Cosa contiene la testa? due parti specifiche, dominio catalitico e dominio motore. La regione della

testa della miosina dove si osservano un sito di legame per l’adenosin-trifosfato e uno per l’actina è

definita dominio motore, perché produce il movimento e consente il legame tra la testa della

miosina e il filamento di actina, o dominio catalitico, perché qui si verifica l’idrolisi α-elica

dell’adenosin-trifosfato (da ATP a ADP+ P+ E). Il dominio catalitico continua in una lunga di

circa 10 nm stabilizzata dalle catene leggere della miosina e per questo motivo prende il nome di

dominio delle catene leggere; questa regione costituisce il braccio di leva.

FILAMENTO SPESSO

L’aggregazione di circa trecento molecole di miosina porta alla formazione di un filamento spesso. In

pratica le porzioni di meromiosina leggera di queste molecole vanno a costituire l’asse del filamento

dal quale emergono due teste per ogni molecola di miosina. Il filamento spesso è bipolare; infatti, a

partire dal centro le code della miosina si aggregano in direzione antiparallela nelle due metà del

filamento. Di conseguenza le teste di una metà sono orientate in direzione opposta a quelle dell’altra

metà e al centro del filamento c’è la zona nuda dovuta alla giustapposizione delle code nel punto di

origine dei due emifilamenti spessi e caratterizzata dall’assenza delle teste.

ACTINA E FILAMENTO SOTTILE

I monomeri di G-actina (globulare) si aggregano spontaneamente in filamenti di F-actina,si

dispongono come in una collana, la G-actina prende rapporto con due proteine (regolatorie, perché

controlla l’interazione tra le proteine contrattili actina e miosina) tropomiosina e troponina.La

tropomiosina è una molecola a forma di bastoncello lunga circa 40 nm. Le molecole di tropomiosina

si uniscono in sequenza a formare un filamento di tropomiosina e due filamenti di tropomiosina sono

avvolti a formare una superelica,(in condizioni di riposo) va a inserirsi lungo filamento e impedisce il

legame della testa della miosina con l’actina. La troponina, o complesso troponinico, è una proteina

globulare formata da tre subunità: la troponina C, così denominata perché lega il calcio,(quando lo

lega,si modifica la struttura, e sposta la tropomiosina e la testa della miosina si attacca).La troponina

I, o inibitoria che, se legata all’actina, inibisce la ATPasi actomiosinica, e la troponina T, che lega il

complesso della troponina alla tropomiosina. La nebulina è invece una proteina strutturale

filamentosa gigante che si estende per la lunghezza del filamento sottile e svolge un ruolo nel

processo di polimerizzazione della G-actina in F-actina.

In generale, le proteine strutturali hanno il compito di mantenere ordinatamente organizzati gli

elementi contrattili e di trasmettere la forza prodotta dalla contrazione all’esterno.

PROTEINE STRUTTURALI

Per esempio, la distrofina àncora il sistema contrattile alla membrana sarcoplasmatica ed evita che

questa si danneggi durante la contrazione.

La distrofina è funzionalmente compromessa in alcune patologie come la distrofia muscolare di

Duchenne dove si osserva la lesione della membrana sarcoplasmatica e la successiva degenerazione

delle fibre muscolari

Un’altra proteina strutturale è la titina che ha un decorso longitudinale e si estende dalla linea Z fino

alla linea M. Nella banda A la titina prende contatto con la miosina, mentre nella banda I funziona da

connessione elastica e contribuisce a determinare le proprietà elastiche del muscolo in toto.

A livello della linea M esistono strutture non vincolanti composte principalmente da miosina che

mantengono allineati i filamenti spessi.

A livello delle linee Z gli elementi trasversali che connettono tra loro i filamenti di actina sono

strutture filamentose, costituite essenzialmente da alfa-actinina, che formano un reticolo

tetragonale in modo che ogni filamento di actina di un sarcomero sia unito a quattro filamenti di

actina del sarcomero successivo.

CONTRAZIONE MUSCOLARE

Scorrimento dei filamenti spessi sui filamenti sottili.

La lunghezza dei singoli sarcomeri diminuisce e si evidenzia una riduzione sia delle bande I sia della

zona H, cioè di quelle porzioni di fibra dove non si ha sovrapposizione tra filamenti spessi e filamenti

sottili; al contrario, la lunghezza della banda A, caratterizzata dalla presenza dei filamenti spessi,

rimane invariata.

CICLO CHEMOMECCANICO O DEI PONTI TRASVERSALI

Nella miosina ci sono due siti di legame: uno per l’actina (dominio motore) e uno per l’idrolisi dell’ATP

(dominio catalitico)

Condizione di riposo

In condizioni di riposo la tropomiosina impedisce alla testa di miosina di legarsi al filamento di actina.

Fibra a riposo= bassa concentrazione di calcio, la testa non può legarsi al filamento di actina.Il trigger

che dà il via alla contrazione muscolare è l’aumento della concentrazione di calcio. Se aumenta, il

calcio si lega alla troponina C, che sposta la troponina T e di conseguenza sposta la tropomiosina.Se

sposto la tropomiosina, avrò liberi sulla testa della miosina, i siti di legame per legarsi all’actina

Sulla testa della miosina, si lega l’atp, che viene idrolizzato subito in ADP + P+ E (l’energia viene usata

per modifica conformazionale). Essendoci alta concentrazione di calcio, la testa di miosina può legarsi

all’actina, aumenta affinità tra di loro e si legano. Viene a formarsi un complesso ad actina,

miosina,adp+ P. (testa energizzata attaccata alla miosina)

Una volta legata all’actina perde l’affinità. Il P se ne va, e di conseguenza, la testa ritorna alla

posizione di partenza (ancora legata l’actina), ho quindi un colpo di forza (power stroke). Non ha più

P ma è legato l’adp. In questa configurazione il legame tra la testa di miosina ha con il filamento di

actina ha un legame fortissimo .Quando la testa ritorna nella posizione di partenza, la testa di

miosina perde l’affinità con l’adp, e rimane senza niente attaccato (adp e P).Aggiungo atp,va via il

legame tra miosina e adp, e diminuisce legame di miosina e actina (stato di rigor)

quando non ho più atp? Quando si muore, rigor mortis, stato immobilizzato.

Working o power stroke

Con il rilascio del P, avviene una modificazione conformazionale della miosina che dà origine a una

forza che determina lo scorrimento dell’actina

Working stroke (modello di rotazione del braccio di leva)*

Come se il collo fosse in un leva, e il fulcro, resistenza

Esempio di un remo: caricare la leva, con idrolisi atp, rimane in quella posizione fin quando se ne va il

P, e ho ritorno posizione di partenza. Lo spostamento dipende dalla lunghezza del “remo” e quindi

del collo della miosina

Nel dominio motore l’azione della molla produce uno spostamento di 1nm che viene amplificato

dalla leva e mi determina uno spostamento reciproco di 10nm

(modellizzare modello filamento miosina e actina, e scorrimento)

Motoneurone, assone

Assone del motoneurone è generalmente mielinizzato, e una volta che arriva vicino al muscolo,

perde la guaina mielinica e si sfiocchettta in pochi rami e va sulle fibre muscolari, per formare la

sinapsi della giunzione muscolare

Qual è il trigger? L’aumento della concentrazione del calcio

Muscolo con nervo, stimolo il nervo le fibre motorie, il muscolo si contrae (stimolazione indiretta)

oppure posso mettere due elettrodi e do stimolazione diretta

Se immergo il muscolo in una soluzione con zero calcio, stimolo o dirett o indirett il muscolo. Se

prendo il cuore e lo metto nella stessa soluzione, smette di battere.

Per quanto riguarda il cuore, il calcio deve arrivare dall’esterno

Chi dà l'input al muscolo di contrarsi? il motoneurone.

ACCOPPIAMENTO ECCITAZIONE-CONTRAZIONE

Arriva potenziale d’azione e c’è una depolarizzazione, entra il Ca, si lega la sinaptotagmina, fusione

delle vescicole e rilascio di Ach. Quest’ultima si lega al recettore del versante postsinaptico.(recettori

nicotinici,corrente cationica mista Na-K). Se supero la soglia, parte il potenziale d’azione muscolare,

propaga in tutte e due le direzioni. Quindi depolarizza tutta la fibra. Appena incontra un tubulo T,

scende e si propaga. Perché scende all’interno della fibra?. La depolarizzazione attiva struttura DHPR

(recettore per le diidropiridine, canale al calcio). Essendo questo canale voltaggio dipendente, il

potenziale d’azione lo apre e fa entrare il calcio. Questa subunità è accoppiata meccanicamente a un

altro recettore RYR (per le rianodine). Ho una modifica conformazionale del recettore DHPR e di

conseguenza anche del recettore RYR. All’interno del reticolo sarcoplasmatico è accumulato il calcio.

Quest’ultimo è in parte libero e in parte legato ad una proteina calsequestrina. Successivamente il

calcio che è molto concentrato all'interno del reticolo, fuoriesce e va a finire nel sarcoplasma e

aumenta di concentrazione. Cosa succede se il calcio aumenta di concentrazione? Si lega alla

troponina C, modifica conformazionale, sposta attraverso la troponina T la tropomiosina, lascia liberi

legami e actina miosina si legano attraverso colpo di forza. Una volta avvenuta la contrazione devo

avere la fase di rilasciamento muscolare. A cosa è dovuto? Quando la concentrazione di calcio ritorna

ai livelli basali. Gran parte del calcio che è presente nel citoplasma, viene recuperato attraverso la

proteina SERCA, (sarcoplasmatic endoplasmatic reticulum calcium atpasi, ovvero una pompa al

calcio)

Scossa semplice

Relazione temporale tra potenziale d’azione (PA) del motoneurone e della fibra muscolare, aumento

della concentrazione intracellulare di calcio e sviluppo di forza. Il ritardo sinaptico è dovuto

principalmente alla cinetica dei canali al calcio presenti sulla membrana presinaptica. Per liberare le

vescicole devo aumentare la concentrazione di calcio attraverso i canali al calcio di tipo N, che si

trovano sulla membrana presinaptica in corrispondenza delle zone attive.

Si definisce scossa semplice la risposta contrattile che segue un potenziale d’azione muscolare . Un

singolo potenziale d’azione generato dalla fibra muscolare genera una contrazione e questa

contrazione si chiama scossa semplice

Una volta che il potenziale è generato ho un aumento del calcio, poi con un certo ritardo ho lo

sviluppo di una tensione muscolare. Come aumento la forza? devo aumentare la frequenza e il

numero

Perché è necessario ATP in una fibra muscolare? per idrolisi testa mios