Biologia cellulare - contrazione muscolare

Interazioni tra filamenti di actina e miosina

I filamenti di actina e miosina scivolano uno sull'altro. Le teste di miosina guardano in direzione opposta su ciascun lato della regione centrale nuda di un filamento di miosina II. Le interazioni hanno la stessa polarità relativa su entrambi i lati della linea di mezzo. Le teste di miosina camminano verso l'estremità + di un filamento di actina. La quantità della forza generata dal muscolo durante la contrazione dipende dal numero di teste della miosina che fuoriescono dal filamento spesso e prendono contatto con il filamento sottile. Quando il sarcomero è disteso, c'è relativamente poca sovrapposizione tra i filamenti sottili e spessi, per cui la forza generata è di piccola entità. Man mano che il sarcomero si accorcia, la regione di sovrapposizione aumenta e la forza di contrazione aumenta in corrispondenza. Si raggiunge quindi un punto in cui l'accorciamento non provoca un ulteriore sovrapposizione tra filamenti sottili.

E spessi e la forza di contrazione rimane quindi costante.

Ponti trasversi. I ponti sono formati da legami tra l'actina F dei filamenti sottili e le teste di miosina dei filamenti spessi.

Ogni testa della miosina presente sul filamento va incontro a ripetuti cicli di legame alle subunità di actina sul filamento sottile, subisce un cambiamento conformazionale che richiede energia e che tira i filamenti sottili, quindi rompe la sua associazione con il filamento sottile e si associa con un altro sito più avanti sul filamento sottile verso la linea Z.

La forza che guida la formazione dei ponti trasversi è ATPasi attivata dall'idrolisi dell'ATP, catalizzata da un'actina, localizzata nella testa della miosina.

Attacco: una testa di miosina non legata ad ATP si ancora saldamente all'actina (rigor): stadio breve a cui segue legame dell'ATP.

Rilascio: l'ATP si lega alla miosina e provoca un cambiamento conformazionale della miosina nei siti che legano l'actina.

Si riduce l'affinità della testa per l'actina e la miosina si può muovere lungo il filamento.

Trazione: la fessura si chiude a conchiglia intorno alla molecola di ATP, provocando un grosso cambiamento di conformazione che fa spostare la testa lungo il filamento di circa 5 nm. Si ha idrolisi dell'ATP, ma ADP e Pi restano legati alla miosina.

Generazione della forza: l'actina si associa debolmente all'actina e si ha rilascio di Pi: si rinforza il legame della testa all'actina.

Colpo di potenza: la testa torna nella sua configurazione iniziale ed il filamento sottile si muove rispetto al filamento spesso.

Fine del ciclo: si stacca l'ADP e la testa di miosina si ancora di nuovo saldamente all'actina (rigor) in una posizione diversa sul filamento di actina.

Ogni filamento spesso contiene circa 350 teste della miosina, ed ogni testa si attacca e si stacca circa 5 volte per secondo durante la contrazione rapida, in modo che in ogni momento ci sono sempre

molti ponti intatti.

I tubuli T e il reticolo sarcoplasmatico: i tubuli T trasmettono il potenziale d'azione in arrivo tramite proteine che aprono i canali del Ca2+ sul reticolo sarcoplasmatico in pochi millisecondi.

Regolazione della contrazione da parte degli ioni calcio. Il sito di legame della miosina sul filamento di actina è normalmente mascherato dalla tropomiosina, che deve essere rimossa per permettere l'attacco della miosina.

La dipendenza dal calcio è regolata dalla troponina C (TnC), che si associa agli ioni calcio ed, una volta legata, va incontro ad un cambiamento conformazionale che si trasmette alla tropomiosina, inducendola a muoversi verso il centro dell'elica del filamento sottile.

In questo modo i siti di legame sull'actina si rendono disponibili al legame con la testa della miosina, permettendo la contrazione.

Proteine accessorie mantengono l'architettura della miofibrilla e la rendono elastica.

Alfa-actinina

Titina

Nebulina

Titina: molle

che mantengono i filamenti spessi di miosina centrati nel sarcomero.

Nebulina: regolo molecolare per regolare la lunghezza del corretto filamento di actina.

Muscolo cardiaco: non ci sono sincizi, ma giunzioni specializzate tra le cellule distinte.