Appunti di Fisiologia generale

Meccanismo molecolare della contrazione: ciclo dei ponti trasversi

Questo ciclo è la fonte elementare della tensione muscolare. Con una molecola di ATP si compie un ciclo:

1. Quando il muscolo è a riposo, la testa della miosina si trova in una condizione ad alta energia in cui il sito dell'ATP è occupato dall'ADP perché l'ATP è già stata idrolizzata (il dominio della testa ha immagazzinato energia potenziale pronta ad essere trasdotta) e sono rimasti attaccati i prodotti di idrolisi. Serve lavoro esterno per caricare questa "molla" e quando si scarica rilascerà energia meccanica, sotto forma di movimento. Quando c'è il calcio disponibile
2. nel sarcoplasma, questo va a legarsi alla troponina-C, il legame actina-miosina è ora permesso e scatta il meccanismo della contrazione. Il ponte trasverso "carico" si può quindi legare all'actina e si forma il complesso actina-miosina.

Questo legame funge da innesco per la tappa successiva. Viene rilasciato ADP e Pi e questa è la condizione che determina il "colpo di forza": (da 90° rispetto all'asse del filamento passa a 45°) con un movimento a cerniera. Essendo questa struttura ancorata all'actina, il ponte si piega e con esso anche il filamento sottile, che viene spinto verso il centro (stria M). Per "ricaricare la molla" bisogna staccare la miosina, che si trova ora in una condizione di bassa energia. Se c'è nuova ATP: questa si lega alla miosina e permette il distacco del ponte trasverso. Questo è possibile dall'actina. L'idrolisi di ATP riporta il ponte trasverso nello stato ad alta energia, pronto per un altro scatto. Si parla di "rigor mortis" quando l'ATP non è più disponibile per staccare la miosina dall'actina e le due restano attaccate. ACCOPPIAMENTO

ECCITAZIONE-CONTRAZIONE

Cosa fa il Ca per innescare questo tipo di reazione? Il Ca va a modificare lo stato delle proteine accessorie che dei filamenti.

Dobbiamo analizzare l'accoppiamento vincolano il comportamento eccitazione-contrazione: il reticolo deve essere attivato da uno stimolo nervoso (ovvero una scarica di PA) e un meccanismo molecolare determinerà il rilascio di Ca, che determinerà la contrazione.

Bisogna tener presente questa stretta vicinanza tra le membrane plasmatiche della cellula muscolare e le membrane del REL. Nessun punto dell'apparato contrattile dista più di 1,5 μm fino a raggiungere l'apparato contrattile: se la distanza fosse eccessiva potrebbe limitare il tempo di risposta.

Quando si verifica la depolarizzazione della membrana plasmatica, questa si propaga fino ad investire tutta la membrana, tubuli T compresi. Come è possibile trasdurre

unfenomeno elettrico in uno chimico? Ci serve un elemento voltaggio-dipendente, ovvero un sensore di voltaggio che si modifichi in risposta della modificazione del Vm, sul versante del sarcolemma. Sul versante della membrana del reticolo endoplasmatico ci servirà un canale ionico Ca-specifico, per liberare il calcio dal deposito intracellulare. Tutte queste strutture sono presenti a livello delle triadi. La presenza di proteine sulle cisterne terminali del reticolo sarcoplasmatico e sul tubulo T mette in evidenza lo stretto rapporto tra queste strutture; l'accoppiamento eccitazione-contrazione è di tipo elettromeccanico e avviene tra:

• RECETTORE SENSIBILE ALLA DIIDROPIRIDINA (DHPR), che è localizzato sulla membrana dei tubuli T del sarcolemma ed è formato da una tetrade di proteine voltaggio-sensibili; di fatto è un canale voltaggio-dipendente per il Ca2+, ma nel muscolo la sua funzione è quella di proteina sensore del voltaggio (la DHPR)

è una tossina antagonista che blocca questa proteina);

• RECETTORI SENSIBILI ALLA RIANODINA (RyR), che si trovano sulla faccia interna della membrana del reticolo sarcoplasmatico e sono formati da tetrameri di proteine (detti tetradi di proteine a piede o“junctional perché hanno un dominio che sporge nel lato citosolico) e hanno funzione di 2+feet” canali Ca calcio-dipendenti, cioè sensibili al Calcio stesso, quindi si innesca un meccanismo a feedback positivo che provoca la fuoriuscita di calcio dal RS.
• La rianodina è una tossina agonista prodotta da alcune piante che può legarsi a queste proteine, attivando la proteina e inducendo l’apertura dei canali). Questi canali a riposo sono chiusi e si aprono per trasmissione elettromeccanica dovuta a un cambiamento conformazionale nel recettore voltaggio-sensibile localizzato sul sarcolemma.

RECETTORE PER LA RIANODINA RYR1

Ciascuna subunità del tetramero “junctional funziona da

canale.feet” 2+ACCOPPIAMENTO ECCITAZIONE-RILASCIO DI CaC’è da 2+accoppiare un fenomeno elettrico (depolarizzazione) e la liberazione degli ioni Ca . Questo può essere fatto se il sensore del voltaggio (recettore per la rianodina) è carico. In condizione di riposo la membrana delle cellule muscolari è polarizzata. Arriva un segnale, il Vm cambia fino ad invertirsi (PA). Avviene un cambio conformazionale nella proteina. La proteina canale trasduce il cambiamento tramite l’elica S4. La struttura secondaria2+e si apre il deposito di Calineare è quella che tipicamente hanno i canali voltaggio dipendenti.148L’accoppiamento è elettro-meccanico: ad una variazione elettrica della membrana della cellula corrisponde unamodificazione meccanica diretta delle strutture a contatto con la porzione sensibile della proteina.I canali V-dipendenti permettono il passaggio degli ioni attraverso la membrana solitamente. In questo caso

(nelle cellule muscolari scheletriche), queste proteine non svolgono la loro funzione nativa: funzionano solo come sensori di ma non hanno importanza per l'ingresso del Ca²⁺. Il reticolo sarcoplasmatico è l'unica fonte di queste cellule di Ca²⁺. Queste proteine sarebbero quindi inadeguate se funzionassero da canali (il calcio proviene dall'RS) ma è ottimo come sensore. Se blocchiamo il Vm del sarcolemma, andiamo a calcolare la concentrazione interna di calcio. È possibile stabilire una relazione minima tra disponibilità di calcio e tensione muscolare: più calcio c'è e più ponti a livello molecolare si possono formare. Si arriva ad un plateau. Anche per il calcio è possibile determinare la concentrazione all'interno e all'esterno della cellula. Se il calcio venisse da fuori, sarebbe governato dagli stessi vincoli che governano le altre correnti (sodio, potassio, ecc.).

ovvero dalelettrochimico. Per il calcio, il potenziale d'equilibrio è circa 130 mV: se si imponesse questo valore, lagradientecorrente di calcio si dovrebbe annullare. Man mano che i canali si aprono, la conduttanza aumenta. Se si bloccasse il potenziale del sarcolemma, si dovrebbeosservare un calo della concentrazione di calcio interno. Questo non avviene ed è segno del fatto che tutto il calciomuscolare deriva dal reticolo sarcoplasmatico e non dall'esterno, per questo non risente del blocco del voltaggio. Il calcio da inizio al ciclo molecolare della contrazione. Questo viene fatto grazie al fatto cheche funziona da "interruttore"sui filamenti sottili vi è il complesso troponina-tropomiosina,attivato dal calcio. Una delle tre subunità della troponina, la C, è il bersaglio del calcio. Invirtù di questo legame, si generano delle modificazioni che inibiscono il legame con lamiosina. A riposo non vi è interazionecon il ponte trasverso, con il calcio si ha la liberazione di questi siti e si possono legare miosina ed actina. Hanno un'estremità globulare N-t. C'è un tratto di elica tra le due subunità. Nell'altra estremità C-t c'è il sito di legame per il Ca. La troponina C è espressa solo nel muscolo. La calmodulina crea un complesso per il calcio e può andare ad attivare cose. È ubiquitaria. Il calcio legando la recoverina inibisce e, quindi, controlla la rodopsina chinasi. È espressa solo nell'occhio. Tutte queste proteine hanno lo stesso ruolo: reagire alle variazioni di calcio e attuare delle risposte. Nella troponina, vi sono due siti nella C-t ad alta affinità: questo significa che vengono occupati dal calcio anche quando Ca è a bassa concentrazione. Vi sono altri due siti di legame per il calcio nella N-t che verranno quindi legati solo.

quando il calcio sarà molto concentrato. A sinistra è rappresentata la condizione di rilassamento del muscolo mentre a destra la condizione di contrazione. Nel primo caso abbiamo solo due ioni calcio legati alla troponina, gli altri due siti N-t sono liberi: il muscolo è rilasciato. Se arriva l'eccitazione elettrica che determina l'aumento della concentrazione di calcio, avremo il legame di altre due molecole alla troponina. Questo determina l'attivazione della troponina T e il filamento della tropomiosina si sposta da dove si trovava e permette l'attacco di miosina ed actina, che daranno luogo alla contrazione.

Tutto questo viene meno quando il calcio verrà rimosso dal citosol: la riduzione di Ca determinerà il distacco dai siti della troponina che si disporrà nuovamente in modo tale da oscurare il sito di legame.

ATPasi: una è la PMCA e l'altra è la SERCA. La prima

Vi sono due pompe

Capermette l'uscita del calcio dalla cellula mentre quest'ultima ha il ruolo diall'interno del reticolo sarcoplasmatico. Entrambi questi2+riconcentrare il Cacanali sono ATPasi che effettuano trasporto attivo primario: consumano ATP, la2+idrolizzano per trasportare uno ione contro gradiente dal momento che il Ca èall'interno del reticolo mentre è poco concentrato nel citosol.molto concentratoNel muscolo cardiaco, il sodio aiuta ad espellere ulteriormente il calcio.

IL CARO VECCHIO MIOGRAFOÈ un apparecchio che permette di registrare in funzione del tempo una determinatavariabile (tensione, ecc.). Abbiamo un cilindro affumicato che ruotava e su questo era presente un ago che raschiava viauna traccia. Si potevano calcolare più variabili e visualizzarle tutte insieme sullo stesso "foglio".

Sono state isolate delle fibre muscolari (si è arrivati a studiare anche un singolo sarcomero), sono state collegate al