Fisiologia - Tessuto Muscolare

TESSUTO MUSCOLARE

Il tessuto muscolare è un tipo di tessuto responsabile dei movimenti volontari ed involontari del

corpo. Si distinguono il tessuto muscolare striato, a sua volta suddiviso in cardiaco e scheletrico,

e il tessuto muscolare liscio. Il tessuto muscolare cardiaco si attiva autonomamente per la

presenza di cellule pacemaker (tipico del muscolo involontario). Il tessuto muscolare scheletrico

si attiva per effetto dell'attività dei motoneuroni somatici (tipico dei muscoli volontari). Il

tessuto muscolare liscio (ovvero il tessuto muscolare degli organi interni) si attiva per effetto

del sistema nervoso vegetativo (può essere quindi considerato anch'esso facente parte dei

muscoli involontari); alcuni tipi di muscolo liscio si attivano autonomamente per la presenza di

cellule pacemaker.

Il tessuto muscolare scheletrico è costituito da elementi cellulari plurinucleati e da non cellule.

Gli elementi plurinucleati possono essere distinti in plasmodi (cellule originariamente uniche,

avente il nucleo in fase di mitosi in cui non avviene la citodieresi) e sincizi (derivanti dalla

fusione di più cellule). I plasmodi sono fibre muscolari che si estendono per tutta la lunghezza

del muscolo, di 10-100 µm di diametro. Ogni fibra è rivestita da tessuto connettivo, detto

endomisio; a sua volte le fibre sono riunite in piccoli fasci separati tra di loro dal perimisio; i

piccoli fasci si riuniscono a formare fasci più grandi; infine tutto il muscolo è avvolto

dall'epimisio che è in continuità col tendine. Ogni fibra ha il proprio sarcolemma, ovvero una

membrana cellulare che presenta profonde invaginazioni che passano da una parte all'altra di

una fibra. In ogni fibra è presente, inoltre, il sarcoplasma, contenente molecole di ATP,

creatinfosfato, mioglobina, e numerosi mitocondri. In ogni fibra sono presenti anche alcune

centinaia di miofibrille, di diametro di 1 nm.

Al microscopio ottico, il tessuto muscolare liscio presenta un'alternanza di zone più chiare

(monorifrangenti o isotrope) e zone più scure (birifrangenti o anisotrope, striature). L'actina e

la miosina sono 2 proteine presenti nelle miofibrille. Mescolando in vitro queste 2 proteine, si

2+

ottiene un complesso che, in presenza di ATP e Ca , modifica il proprio stato di dispersione,

trasformandosi in un coagulo compatto (superprecipitazione). Col microscopio elettroncio è

stato invece possibole stabilire la presenza dei microfilamenti di actina e miosina, ed i loro

rapporti. L'alternanza delle zone isotrope con quelle anisotrope è dovuta al ripetersi dei

sarcomeri, l'unità morfologica e funzionale del tessuto muscolare. Il sarcomero va dalla metà di

una zona isotropa all'altra, in corrispondenza di un sepimento, la stria Z, comprendendo quindi

metà banda isotropa di un lato, tutta la banda anisotropa, e metà dell'altra zona isotropa. Al

centro è presente la zona H, otticamente meno densa, con al centro la stria M. La parte di

sarcomero che va dalla stria Z alla stria M corrisponde alla metà del sarcomero (emisarcomero).

I filamenti sottili (F-actina) partono da una stria Z e terminano in corrispondenza dell'inizio

della stria H; i filamenti spessi (miosina II) si trovano in corrispondenza della banda A che è

quindi birifrangente, perché in essa sono presenti sia i filamenti di F-actina che quelli di miosina

II; nella zona H è presente solo miosina II; la zona M corrisponde alla connessione tra un

filamento di miosina II e l'altro. La miosina II è costituita da diverse subunità: la coda (miosina

leggera) e le teste (miosina pesante). La parte filamentosa (coda) è costituita da 2 catene di

meromiosina leggera; una delle 2 catene è detta regolatrice, l'altra è detta essenziale. In un

emisarcomero, le code della miosina II si uniscono con le code delle corrispondenti molecole di

miosina II dell'altro emisarcomero (stria M); in corrispondenza di questa zona non ci sono teste

(zona nuda). La parte globulare è costituita da 2 catene di meromiosina pesante (2 teste). Le

catene di meromiosina pesante sono avvolte ad per un breve tratto (collo o S2), per il

α-elica

resto sono invece separate (testa o S1). Nelle teste sono presenti un sito per l'ATP (ad attività

ATPasica) e un sito per il legame con l'actina. Ogni filamento spesso contiene diverse molecole

di miosina II disposte con le teste sporgenti verso l'esterno.

La G-actina è una molecola globulare che polimerizza in modo da formare catene filamentose

(F-actina, 2 per ogni filamento sottile) avvolte a spirale. Ogni molecola di G-actina presenta un

sito attivo in grado di legarsi con le teste della miosina II. Nella zona A, filamenti di F-actina e

miosina II sono interposti tra loro e collegati da ponti che originano dai filamenti di miosina II.

Un filamento di F-actina è circondato da 3 filamenti di miosina II; un filamento di miosina II è

circondato da 6 filamenti di F-actina.

La tropomiosina è una proteina filamentosa in grado di legarsi a 7 molecole di actina; è

congiunta con altre molecole di tropomiosina, in modo da costituire un filamento continuo

che decorre nei solchi spirali tra le molecole di actina. In condizioni di riposo, la tropomiosina

maschera i siti di legame dell'actina con la miosina.

La triponina è una proteina globulare che presenta 3 subunità: TnC, TnI e TnT. La subunità TnI è

unità alla subunità TnC e può legarsi alla F-actina, inibendone il legame con la miosina II. La

subunità TnC lega 4 Ca2+ con notevole affinità (calmodulina). La subunità TnT ha una

disposizione più allungata e prende rapporto con la tropomiosina.

Meccanismo della contrazione: il ciclo delle teste

A riposo, la miosina II è legata con ADP e fosfato, a livello del sito attivo della testa. L'ADP ed il

fosfato hanno una forte affinità per la G-actina, ma il legame non avviene per via della

tropomiosina che maschera il sito attivo, e perché la TnI è legata alla G-actina.

La liberazione di Ca2+ ([Ca2+] nel sarcoplasma da 10-8 a 10-5; aumento [Ca2+] nel citosol)

provoca il legame del Ca2+ alla subunità TnC della troponina, con conseguente modificazione

conformazionale della troponina; tale modificazione provoca uno spostamento della

tropomiosina che smaschera i siti di legame della G-actina con la miosina II; si forma in questo

modo il complesso actina-miosina-ADP-fosfato inorganico. Questo complesso ha una bassa

affinità per ADP e fosfato, e quindi li cede. Si ha, successivamente a tale cessione, una flessione di

45° della testa della miosina II (stroke); questa provoca uno spostamento del filamento sottile. Il

complesso actina-miosina ha invece alta affinità per l'ATP e vi si lega; a sua volta, il complesso

actina-miosina-ATP ha una bassa affinità per l'actina, che si stacca dalla miosina II, e la testa

assume di nuovo la posizione iniziale, ponendosi vicino ad una molecola di G-actina adiacente

alla precedente. La testa della miosina II ha attività ATPasica E si rifomra il complesso iniziale

miosina-ADP-fosfato. Il ciclo viene ripetuto numerose volte ad altissima frequenza

(movimento a cremagliera).

La reazione ATP ADP + fosfato, non si verifica quando la testa della miosina spinge il

→

filamento di actina, ma prima, in condizioni di riposo. Quando la miosina è staccata dall'actina,

nel sito di legame per l'ATP c'è ADP e fosfato, ma il livello del sistema è molto elevato.

L'energia si libera quando il sito per l'actina si scopre, per cui la testa della miosina può far

scorrere il filamento di actina; in quel momento, vengono rilasciati l'ADP ed il fosfato. In

mancanza di ATP (muscolo di cadavere), la miosina resta legata all'actina (rigor mortis).

Lo scorrimento dei filamenti determina allungamento, nel quale aumentano le dimensioni della

banda isotropa e della banda H (allungamento massimo = nessuna sovrapposizione di actina e

miosina), e accorciamento, con maggiore sovrapposizione della bande. La banda anisotropa

rimane sempre delle stesse dimensioni.

Il reticolo sarcoplasmatico e l'accoppiamento eccitazione-contrazione

Il reticolo sarcoplasmatico è un sistema di tubuli, delimitati da membrana, presente nel

citoplasma che circonda le miofibrille delle cellule muscolari; corrisponde al reticolo

endoplasmatico liscio delle cellule eucariotiche, e ha la funzione di regolare la concentrazione di

2+

Ca attorno alle miofibrille. Nelle cellule muscolari il reticolo sarcoplasmatico è molto

sviluppato ed è costituito da 2 parti: il sistema tubulare trasverso o sistema T, ed il reticolo

longitudinale. La serie di reti tubulari che decorrono longitudinalmente lungo ogni sarcomero

costituisce il reticolo longitudinale. All'estremità di tale reticolo sono presenti due dilatazioni

chiamate cisterne. Il sarcolemma presenta poi profonde invaginazioni tubulari che percorrono

da una parte all'altra la fibra, costituendo il sistema tubulare trasverso o sistema T. Una cisterna

di un sarcomero, un tubulo del sarcolemma e la cisterna del sarcomero vicino costituiscono una

triade. 2+ 2+

Nel reticolo sarcoplasmatico è sequestrata una notevole quantità di Ca ([Ca ] = 1-2 mM). E'

2+ -6

quasi assente nel citosol della fibra ([Ca ] = 10 M), grazie all'azione di pompe che si trovano

sulla membrana delle cisterne e del reticolo longitudinale.

L'eccitazione del sarcolemma si propaga al sistema T che si trova in intimo contatto con le

2+

cisterne della triade. Si ha liberazione di Ca inizialmente proprio in prossimità della banda A,

dove esiste la sovrapposizione dei filamenti di actina con quelli di miosina. Il sistema T

distribuisce l'eccitamento alle strutture profonde della fibra. Nel sarcolemma e nei tubuli T vi

+

sono molti canali Na voltaggio-dipendenti, con conseguente facile propagazione del potenziale

d'azione. Il potenziale d'azione del sarcolemma si propaga al sistema T che si trova in intimo

2+

contatto con le cisterne. Nei tubuli T vi sono anche canali Ca voltaggio-dipendenti sensibili

alle diidropiridine, chiamati recettori DHP. Questi recettori si attivano quando il potenziale di

membrana arriva a -30 mV. Sulla membrana del reticolo sarcoplasmatico sono presenti altri

2+

canali voltaggio-dipendenti per Ca , chiamati recettori per la rianodina (alcuni di questi

recettori si trovano contrapposti ai recettori sensibili alle diidropiridine). La loro apertura

2+

determina fuoriuscita di Ca dal reticolo sarcoplasmatico per gradiente di concentrazione.

All'arrivo di un potenziale d'azione nel tubulo T, il recettore per le diidropiridine si apre ed

2+

interagisce con il recettore per la rianodina; quest'ultimo si apre, determinando un'uscita di Ca

dal ret