La cellula muscolare

Le catene pesanti della molecola sono avvolte l’una sull’altra con le loro code ad α-elica ed

appaiano le due teste

formano

catene leggere degli anelli nella regione del collo.

L’actina è sintetizzata come proteina globulare, una catena polipeptidica con struttura a U, con in

mezzo una cavità che lega l’ATP.

 Le singole molecole di actina polimerizzano a formare dei microfilamenti composti da

due catene parallele avvolte una sull’altra a formare un’elica.

 Le molecole di actina sono poi in grado di legare molte proteine che ne modificano la

funzionalità come la troponina e la tropomiosina.

Troponina e tropomiosina

 La troponina e la tropomiosina rispondono alla presenza di ioni Ca++ attivando la

contrazione del muscolo. che

La troponina è un complesso di 3 catene polipeptidiche, la troponina T, C ed I legano

rispettivamente la tropomiosina, gli ioni Ca++ e l’actina.

Le tropomiosina sono una famiglia di proteine fibrose costituite da due catene ad α-elica che si

legano ai monomeri di actina. Anche la tropomiosina è coinvolta nel meccanismo di regolazione

della contrazione ed in particolare regola i siti di legame tra actina e miosina. Inoltre la

tropomiosina regola la stabilità dei polimeri di actina e la loro lunghezza

non c’è contatto fra siti di legame e actina

Contrazione e rilassamento

 Innescato da un impulso nervoso.

 Accorciamento della fibra muscolare è la somma degli accorciamenti dei singoli sarcomeri.

 Durante la contrazione i filamenti sottili= actina scivolano su quelli spessi=miosina

Le teste di miosina sono in grado di legarsi a recettori sulle membrane di actina,

successivamente la testa della miosina si muove verso il centro del sarcomero trascinando

con se l'actina e provocando lo scivolamento del filamento sottile verso il centro mentre il

filamento spesso resta immobile. Una volta terminato il movimento in avanti, la testa della

miosina si stacca dall'actina arretrando e legandosi ad un'altra molecola di actina. Con questo

movimento i filamenti sottili vengono fatti scorrere verso il centro trascinando con se le bandeZ.

Nell’uomo esistono i muscoli rossi ed i muscoli bianchi, l’attività fisica e l’allenamento possono

far variare la percentuale di fibre rosse e bianche

.

Nei muscoli rossi

 è presente una elevata quantità di mioglobina, una proteina che lega l’ossigeno

immagazzinandolo.

 Le fibre di questi muscoli sono molto ricche di mitocondri, hanno molti vasi sanguigni e

producono ATP attraverso il metabolismo aerobico del glucosio (glicolisi, ciclo di Krebs

etc).

 Sono fibre muscolari definite lente o ossidative, hanno contrazioni prolungate e

raggiungono lo stato di fatica lentamente.

 Le cellule dei muscoli rossi sono in grado di utilizzare come fonte di energia anche gli

acidi grassi e gli amminoacidi.

Nei muscoli bianchi

 ci sono pochi capillari, basse concentrazioni di mioglobina e pochi mitocondri.

 Le fibre bianche sono dette fibre veloci, si «stancano» velocemente.

 L’ATP viene prodotto attraverso il metabolismo anaerobico del glucosio.

 In questa reazione si produce acido piruvico che non viene utilizzato dai mitocondri e

rimane nel sarcoplasma, il NADH prodotto durante le reazioni di ossidazione viene

utilizzato per ridurre l’acido piruvico ad acido lattico (fermentazione lattica),

rigenerando l’NAD+ necessario perché la glicolisi possa continuare

L’ ATP prodotta è poca solo 2 molecole per molecola di glucosio.

La glicolisi anaerobica permette al muscolo di continuare a contrarsi anche quando l’attività

mitocondriale è ridotta per la mancanza di ossigeno (attività fisica intensa).

Durante i periodi di riposo l’acido lattico viene riossidato ad acido piruvico.

IL CICLO DI CORI

L’accumulo locale di lattato che deriva da questo processo provoca affaticamento e dolore

muscolare. Dal muscolo il lattato è portato dal sistema circolatorio al fegato dove è riconvertito in

glucosio dal processo di gluconeogenesi (ciclo di Cori) ed immagazzinato come glicogeno.

Approfondimento: Mitocondri e allenamento di endurance

I mitocondri del muscolo scheletrico aumentano in dimensioni e numero con l’allenamento

aerobico, dotando le fibre muscolari di un metabolismo ossidativo più efficiente. L’esercizio di

resistenza è accompagnato da un numero di adattamenti fisiologici che migliorano la funzione

muscolare e la performance. In particolare, il muscolo allenato mostra un rimodellamento verso

un fenotipo più ossidativo, con modificazioni che intervengono a livello subcellulare e

ultrastrutturale.

Tra queste, ricordiamo l’aumento della densità capillare, l’aumento delle riserve di glicogeno e di

lipidi intramiocellulari, la migliorata risposta all’insulina.

Ma è la stimolazione della biogenesi dei mitocondri il più importante adattamento indotto

dall’allenamento di endurance: l’incremento del numero di mitocondri e apprezzabile già dopo

poche settimane di allenamento.

Sin dalle prime settimane di allenamento, è riscontrabile infatti un massiccio incremento della

concentrazione e dell’attività degli enzimi mitocondriali coinvolti nella respirazione cellulare. E’

stato inoltre provato che, anche a riposo, nei muscoli degli atleti l’ossidazione dei substrati è

aumentata rispetto ai soggetti sedentari, senza che la produzione energetica totale differisca tra i

due gruppi: il surplus di energia prodotta dal maggior numero di mitocondri dei più allenati, quindi,

sarebbe dissipato sotto forma di calore.

La biogenesi mitocondriale è indipendente da fattori umorali e si manifesta in risposta allo

stimolo dell’esercizio fisico continuo, proveniente dai muscoli in contrazione.

Questo spiega perché l’aumento del contenuto mitocondriale interessi principalmente le fibre lente

ossidative, le fibre rosse di tipo I, piuttosto che le fibre veloci, bianche (e quindi velocemente

affaticabili).

Nonostante l’associazione tra endurance training e biogenesi mitocondriale sia nota da molti

anni, i meccanismi molecolari di regolazione della moltiplicazione e dell’attività mitocondriale non

sono stati ancora completamente chiariti.

Il sarcolemma permette inoltre di accoppiare l’impulso nervoso alla contrazione della fibra in

punti specifici dove si formano delle invaginazioni, i tubuli T.

Il sarcolemma come tutte le membrane biologiche è caratterizzato dalla presenza di molte

proteine che ne determinano le funzioni quali recettori per fattori di crescita, ormoni peptidici,

neurotrasmettitori, giunzioni cellulari, trasportatori di zuccheri, pompe ioniche etc.

Vediamone alcuni.

Recettori per ormoni e neurotrasmettitori

Il recettore per l’insulina

L’insulina è un ormone peptidico secreto nel circolo sanguigno in risposta ad un aumento della

concentrazione ematica di glucosio. L’effetto dell’insulina sulle cellule muscolari è quello di

aumentare l’ingresso del glucosio all’interno del sarcolemma e di modulare altri enzimi coinvolti

nel metabolismo del glucosio.

Il legame dell’insulina con il suo recettore del sarcolemma aumenta l’entrata del glucosio nel

citoplasma di 10-20 volte.

Questo incremento è dovuto al fatto che il recettore per l’insulina dopo aver ricevuto il segnale

promuove l’esposizione sul sarcolemma di un numero maggiore di trasportatori per il glucosio

GLUT4, che normalmente sono inattivi perché immagazzinati in vescicole nel citoplasma.

Il recettore per l’acetilcolina

L’acetilcolina è un neurotrasmettitore che viene rilasciato dalle cellule neuronali in seguito

all’entrata nel neurone di ioni Ca++.

Il sarcolemma delle cellule muscolari scheletriche espone sulla sua superficie i recettori nicotinici

per l’acetilcolina che sono tipici delle giunzioni neuro-muscolari (strutture in cui la membrana

plasmatica di un assone entra in contatto con il sarcolemma di una cellula muscolare).

Il legame dell’acetilcolina al recettore nicotinico apre

un canale ionico che permette il passaggio di ioni

modificando il potenziale di membrana (entrata ioni Na+ e depolarizzazione della membrana)

Placca neuromuscolare

La placca neuromuscolare consente la trasmissione dell'impulso nervoso tra la terminazione del

nervo motorio ed il muscolo. In risposta a questo stimolo avviene la contrazione muscolare.

Le terminazioni finali della fibra nervosa nel muscolo costituiscono il terminale presinaptico. Il loro

rapporto con la superficie esterna della fibra (sarcolemma) corrispondente, detta superficie

postsinaptica, non è diretto, ma mediato da uno spazio, detto spazio sinaptico.

Affinché l'impulso superi tale spazio è necessaria la liberazione di un neurotrasmettitore, nello

specifico di acetilcolina, da parte del terminale presinaptico; il suo compito è di attraversare lo

spazio sinaptico e di consegnare "il messaggio contrattile" alla fibra muscolare.

La sinapsi chimica tra nervo e muscolo è chiamata giunzione neuromuscolare

L'acetilcolina (ACh), dopo essere stata riversata nello spazio sinaptico, viene captata da specifici

recettori posti sulla superficie postsinaptica (li abbiamo visti nella sessione precedente).

L'interazione tra acetilcolina e recettore causa un aumento di permeabilità del sarcolemma agli

ioni sodio e potassio, da cui risulta una parziale depolarizzazione della membrana

postsinaptica. Se tale depolarizzazione è sufficientemente ampia da superare una determinata

soglia, si innesca il cosiddetto potenziale d'azione.

La rigenerazione muscolare

Il tessuto connettivo che riveste esternamente il sarcolemma prende il nome di endomisio che

contiene, oltre alle proteine della matrice extracellulare anche una componente cellulare, le cellule

satellite.

Le cellule satellite sono cellule non differenziate definite unipotenti perchè sono in grado di dare

origine solo ad un tipo di cellule differenziate, le cellule miogeniche.

Le cellule satelliti rimangono quiescenti finché non vengono attivate in risposta a stress come

perdita di peso, esercizio fisico, traumi, danni muscolari, stretching, etc. In questi casi si attivano i

processi di proliferazione cellulare (mitosi), riparo della membrana e rigenerazione della fibra

muscolare.

La rigenerazione della miofibra muscolare scheletrica è un processo che avviene in due fasi: la

prima è una degenerazione e la seconda una rigenerazione propriamente detta.

La fase di degenerazione prevede la necrosi della fibra muscolare, dovuta alla distruzione del

sarcolemma con conseguente aumento della permeabilità ed aumento dei livelli sierici di creatin

chinasi che esce