Biochimica - parte 1

Analisi delle isoforme di MHC di biopsie muscolari scheletriche

Per capire la differenza delle varie isoforme sono state effettuate dibiopsie muscolo scheletrico. I campioni vengono eseguiti su volontari soggetti a particolari programmi di prelievi biopticiallenamento, dopo anestesia locale e sterilizzazione, utilizzando aghi PRECISANeedle 1410 e una cannula di inserzione lunga 100 mm.

Il campione bioptico è un cilindro con diametro di 0,8 mm, lunghezza di circa 8mm e peso medio di 2,8 mg. I campioni prelevati vengono sciolti in una soluzione denaturante in presenza di SDS, bolliti per alcuni minuti e caricati nei pozzetti di un gel di poliacrilamide.

Elettroforesi su gel di poliacrilamide: le proteine, sottoposte ad un campo elettrico, migrano nel gel e si separano in bande in base alle dimensioni (le più piccole si spostano più rapidamente, al contrario le più grandi ci mettono più tempo).

Mediante colorazione del gel è possibile identificare le isoforme di MHC.

Proteine che erano presenti nel muscolo sono presenti di MHC:

1. MHC IIx
2. MHC IIa
3. MHC I

Se analizzo una singola fibra muscolare, è presente solo un tipo di isoforma MHC, importante perché è il tipo di MHC che la caratterizza dal punto di vista funzionale (definisce la sua capacità contrattile).

Le MHC sono differenti a seconda del tipo di fibra. Le diverse isoforme di MHC differiscono per alcuni amminoacidi e riguardano:

• Una regione COOH-terminale
• Una regione ad alfa-elica del collo
• Una regione della testa, in prossimità del sito di legame con l'ATP e con l'actina

Queste differenze permettono di ottenere modifiche nella regione della testa delle isoforme e con differente attività ATPasica e differente velocità di accorciamento. In realtà, il tipo di MHC presente all'interno di una fibra dipende dal neurone che la innerva.

INNERVAZIONE DELLE FIBRE

MUSCOLARI

Il tipo di innervazione stabilisce il destino della fibra muscolare. Ciascuna fibra è innervata da un solo tipo di motoneurone:

• Le fibre lente sono innervate dal motoneurone di tipo I
• Le fibre rapide sono innervate dal motoneurone di tipo II

Il motoneurone di innervazione stabilisce se la fibra innervata sarà di tipo lento o veloce (esperimenti di innervazione crociata). Gli esperimenti di innervazione crociata (nei quali si scambia l'innervazione delle fibre muscolari lente si può convertire a fibre diverse) hanno dimostrato che la fibra veloce o viceversa in funzione del motoneurone che la stimola. Questi studi hanno quindi chiarito che è il tipo di nervo a determinare la tipologia della fibra.

Esistono solo 2 tipi di motoneuroni, ma grazie alla biochimica riusciamo a distinguere 3 tipi di fibre:

1. Fibre di tipo I, innervate dal motoneurone di tipo I - esprimono la MHC I (non affaticabile)
2. Fibre di tipo IIa, innervate dal motoneurone di tipo II - esprimono la MHC IIa (intermedie)

motoneurone di tipo II MHC IIa(non affaticabile)3- , innervate dal – esprimono la

Fibre di tipo IIx motoneurone di tipo II MHC IIx(affaticabile)

Queste 3 fibre differiscono per le capacità di contrarsi, per il tipo di metabolismo che utilizzano per ricaricare l’ATP consumato, e per la capacità di compiere la contrazione nel tempo.

PROPRIETA’ CONTRATTILI DELLE DIFFERENTI FIBRE

= unità motrice lenta resistente alla fatica; non è affaticabile

Fibra di tipo 1 quindi può contrarsi per lungo tempo

= unità motrice rapida resistente alla fatica; non è affaticabile

Fibra di tipo 2a = unità motrice rapida e suscettibile alla fatica; è affaticabile

Fibra di tipo 2x quindi può contrarsi tempi brevissimi

L’affaticamento della fibra che è nella fibradipende dal metabolismo attivo muscolare.

* 04 RIPRISTINO DELLE MOLECOLE ENERGETICHE

È il metabolismo che consente di ripristinare le molecole

energetiche durature) eresistenti alla fatica come la corsa della maratona osono attive durante gli esercizi di resistenza,le gare ciclistiche.

FIBRE DI TIPO 2xHa un e .metabolismo RAPIDO GLICOLITICOè presente la ->isoforma veloce della miosina-ATPasi idrolizza l’ATP a ;velocità elevatale avvengono ad una frequenzacontrazioni elevata e la forza massimale è massima; sostenuta dal (fosfocreatina eproduzione di ATP metabolismo anaerobico glicolisi); hanno , quasi privi di creste (non necessitano dipochissimi mitocondri ossigeno);sono di colore bianco poiché prive di mioglobina e ricche in depositi di (sono bianche in quanto contengono granelli di zucchero);glicogenosono le tra tutte le fibre e sonopoco resistenti alla fatica attive durante gli , comeesercizi che richiedono la massima velocità di produzione di forzasprint e nel sollevamento pesi;nello (cioè diventano più grandi) durantequeste fibre diventano

ipertrofiche

l'esecuzione di programmi di allenamento intensi, grazie all'aumento del numero di miofibrille in seguito all'attivazione delle cellule satellite.

FIBRE DI TIPO 2a

Ha un metabolismo RAPIDO OSSIDATIVO GLICOLITICO; è presente la isoforma a velocità intermedia dell'enzima miosina-ATPasi (3-5 volte maggiore a quella delle fibre di tipo 1, ma un po' meno veloce delle 2X); sostenuta da produzione di ATP metabolismo aerobico e anaerobico.

sono di colore rosso pallido poiché contengono mioglobina;

sono moderatamente resistenti alla fatica poiché contengono mitocondri (anche se in quantità minore rispetto alle fibre di tipo 1);

Comportamento ibrido: essendo capaci di idrolizzare l'ATP velocemente; ma producono una forza maggiore di quella generata dalle fibre di tipo 1 sono. Ciò le rende particolarmente utili durante

stabilito alla nascita e non può essere modificato (in aumento)IPERTROFIA: , dovuto all’aumentoaumento del diametro delle fibre di tipo 2

nel numero di miofibrille (in seguito alla proliferazione delle cellule satellite)PLASTICITA’: converte un tipo di fibra 2 in un’altra attraverso allenamenti

(2x si converte a 2a)specificiatleti con maggior di fibre alla nascita tipo 2X saranno naturalmenteNB: NUMERO predisposti per sport di velocità/forza; quelli con maggior numero di fibre 1 saranno predisposti per sport di resistenza (genetica).

MECCANISMO DI PLASTICITA’ MUSCOLAREA livello molecolare:

• Nelle fibre veloci la stimolazione del motoneurone 2 avviene ad alta frequenzaed (stimolazione intermittente, fasica o clonica);ha breve durata
• Nelle fibre lente la stimolazione del motoneurone 1 avviene a bassa frequenzaed è (stimolazione prolungata o tonica).più duratura

La modalità di scarica influenza anche il rilascio di

calcio a livello della fibraa seconda del tipo di motoneurone coinvolto, la stimolazione comportamuscolare:un diverso rilascio di Ca2+ intracellulare nelle fibre muscolari lente e veloci.vengono rilasciate rispettoNella fibra lenta maggiori quantità di Ca intracellulare2+alla fibra veloce.durante l’esercizio lento,Nel muscolo, le vengono ‘fibre veloci (2X) educate’ afibre di tipo 1come le .contrarsi a lentamenteIl e nellamotoneurone 2 adegua la sua frequenza di scarica fibra muscolareè l’aumento del Ca intracellulare nelle2+:aumenta il rilascio di Calcio intracellularefibre 2X che le trasforma in fibre 2A !IN CHE MODO?nelle fibre veloci 2X… (in seguito all’esercizio lento)l’aumento della quantità di Ca2+ intracellulare attivache permettono di utilizzare il -l’espressione dei geni metabolismo ossidativo.trasformandole in fibre 2aL’aumento di calcio va a stimolare l’espressione di quali geni? , quindi