Il Muscolo

La funzione fondamentale del tessuto muscolare è lacontrazione, durante la quale il muscolo sviluppa forza esi accorcia spostando un carico e producendo lavoromeccanico.

I muscoli sono responsabili di tutti i tipi di movimentoche avvengono nell’organismo e l’attività muscolare èessenziale per il mantenimento di molte funzioni vitali(circolazione sanguigna, respirazione, digestione deicibi) e di altre funzioni come il mantenimento dellapostura, la locomozione, la fonazione ecc.

L’energia fornita al muscolo deriva dall’idrolisi dell’ATP.

I vari tipi di muscolo sono specializzati per losvolgimento di diverse funzioni.

Il muscolo liscio: Involontario, attivato spesso in via riflessa dal sistema nervoso autonomo in risposta a stimoli diversi

Il muscolo striato:Scheletrico, Attivato dal SNC, attraverso le fibre nervose motorie, in risposta ad un desiderio cosciente (movimento volontario). Può essere anche responsabile di atti motori involontari (riflessi) in risposta a stimoli esterni.

Cardiaco:pur essendo striato, è involontario

Il muscolo scheletrico

ATPasi

Ultrastruttura del muscolo scheletrico

Miofibrilla: filamenti sottili (actina)e spessi (miosina), disposti aformare una sequenza ripetitiva dibande chiare (I) e scure (A). L’unitàanatomo-funzionale del muscolo, cioèla più piccola struttura muscolare ingrado di sviluppare forza edaccorciarsi, è il sarcomero, (tra duelinee Z).

La linea Z divide le bande I (solofilamenti sottili) in due metàappartenenti a sarcomeri adiacenti.

La Banda A, comprende zone piùscure (filamenti spessi e sottili) eduna banda centrale più chiara, zonaH (filamenti spessi), al centro dellaquale è visibile la linea M.

Doppia elica di F-actina(polimerizzazione di G-actina). A livello della G actina si trovano i siti di legame per la miosina.

Filamento sottileFilamento sottileFilamento sottile

Tropomiosina Troponina

Catena di actina

Molecole di G-actina

Tropomiosina: Proteina filamentosa (due eliche) disposta nel solco fra le due eliche di actina.Troponina, tre subunità globulari (C,T ed I) disposte ad intervalli regolari (38.5 nm) lungo i filamenti di tropomiosina. TnC (legame per Ca2+) accoppiata a TnI (inibisce ATPasiacto-miosinica), TnT legata alla tropomiosina. Il complesso troponina-tropomiosina, in assenza di Ca2+, inibisce l’interazione actina-miosina.

Filamento spesso

Testa

Coda

Molecola di Miosina

Punto di flessione

Interagisce Interagisce con actina e con actina e

ATPATP

Circa 250 molecole di Circa 250 molecole di miosinamiosina

Filamento spessoFilamento spesso

Interazione tra filamenti

Tropomiosina

Troponina Le corone (teste miosina) si Le corone (teste miosina) si ripetono regolarmente ripetono regolarmente ruotate di 60ruotate di 60°° ogni 14.3 ogni 14.3 nmnm. . La posizione di S1 si ripete La posizione di S1 si ripete ogni 42.9 ogni 42.9 nmnm. .

Disco ZDisco Z Filamento spesso

Filamento sottile

Altre proteine del sarcomero

TitinaTitina:: filamentofilamento ((11 m)m) paralleloparallelo aiai filamentifilamenti contrattili,contrattili, ancoratoancorato allaalla linealinea ZZ(parte(parte elastica)elastica) ee allaalla miosinamiosina (parte(parte rigida)rigida).. LaLa parteparte elasticaelastica èè responsabileresponsabiledell’elasticitàdell’elasticità passivapassiva deldel sarcomero,sarcomero, lala parteparte rigidarigida conferisceconferisce stabilitàstabilità allaallamiosinamiosina durantedurante lala contrazionecontrazione..NebulinaNebulina:: associataassociata alal filamentofilamento sottilesottile sisi legalega allaalla linealinea ZZ..

Titina Titina

Cosa avviene a livello molecolare durante la contrazione?

L’accorciamento del sarcomero durante la contrazione muscolareavviene grazie allo scorrimento dei filamenti spessi e sottili l’unosull’altro. La forza generata dal muscolo dipende dall’azione dei pontitrasversi (crossbridge).

Teoria dello scorrimento dei miofilamenti

1. Durante la fase di attacco iponti generano forza

scorrimento filamenti di actina(8-12 nm, movimento a remo).2. Distacco ponti ed attacco anuovi siti di actina.

L’azione ciclica e ripetuta determina l’accorciamento di tutto il muscolo. La forza muscolare sviluppata

dipende dal numero di interazioni che si realizzano. La forza generata da un

sarcomero varia linearmente con l’entità di sovrapposizione dei miofilamenti perché:Sovrapposizione numero crossbridge

Z

Attivazione della contrazione muscolare

L’attività ciclica dei crossbridge è regolata dal Ca2+ intracellulare

La troponina legata al Ca2+ sposta la tropomiosina piùprofondamente nel solco del doppio filamento di actina

Sito di attacco

bloccato

Sito di attacco

scoperto

Filamento

di miosina

Stato rilasciato

G-actina

Troponina

Testa miosina

Il legame actina-miosina è impedito dal blocco TnI-dipendente del sito di interazione

La concentrazione del Ca2+ aumenta nel sarcoplasma

Sito attacco miosina-actina

disponibile

La testa si piega

L’actina si muove

Inizio della contrazione

Il legame Ca2+ - TnC, determina la liberazione del sito di interazione actina-miosina.

ATPasi miosinica scissione ATP energia per rotazione testa che spinge il filamento di actina verso il centro del sarcomero.

La testa si stacca, torna alla posizione di partenza e si attacca ad un’altra molecola di actina. Il ciclo prosegue per tutta la durata della contrazione.

La Tropomiosina impedisce interazione actina-miosina

Accoppiamento elettro-meccanico(pda contrazione muscolare)

Mediato dal Ca2+.

A riposo, concentrazione Ca2+ bassa (< 0.1 M) nelsarcoplasma ed elevata nel reticolo sarcoplasmatico(RS).

La contrazione muscolare dipende dalla liberazionedel Ca2+ dal RS innescata dal pda muscolare.

La contrazione compare dopo un certo tempo dal pda(periodo di latenza) richiesto dai processi diaccoppiamento elettro-meccanico (rilascio del Ca2+

dal RS e legame con la troponina C).

Ca2+ immagazzinato nelle cisterne terminali del RS (forma libera, 0.5 – 1 mM e legata alla proteina calsequestrina).

Eventi nella contrazione muscolare

1) Stimolazione fibra muscolare

2) Pda muscolare

3) Accoppiamento elettro-meccanico:

• Propagazione depolarizzazione nel tubulo T

• Liberazione Ca2+ dal RS

• LregameCa2+ - TnC

4) Contrazione

Il sistema tubuli TIl sistema tubuli T--reticolo sarcoplasmaticoreticolo sarcoplasmatico

Fibra muscolare

Placca motrice

Terminale assone

Elettrodi registranti

PA dal motoneurone

PA fibra muscolare

Forza muscolare

Tempo

Tens

ione

Terminale

assonico

motoneuronePotenziale d’azione

Fibra

muscolare

TubuloT

Recettori

DHP

Placca motrice

Reticolo

sarcoplasmatico

Potenziale d’azione

Linea M

Teste

miosina

Actina

Disco Z

Tropomiosina

Troponina

Recettori

della

Rianodina

Ca++

rilasciato

Ca++ si lega

alla

troponina

I filamenti di actina si

muovono verso la linea M

La testa

della

miosina si

piega

Movimento actinaLinea M

I siti di legame

vengono scoperti

Il rilasciamento muscolare ha luogo quando gli ioni Ca2+ vengono riassorbiti nel reticolo sarcoplasmatico ad opera di una pompa ATP dipendente

Potenziale d’azione della

fibra muscolare

Contrazione

muscolarePeriodo di

Latenza

Tempo (msec)

Te

ns

ion

e

Tempo (msec)

Il fenomeno contrattile innescato da un singolo potenziale d’azione èdetto scossa muscolare. La sua durata dipende dal tipo di fibramuscolare in esame.

Ruolo dell’ATP

L’ATP svolge tre ruoli importanti nellacontrazione muscolare:

1. Distacco della miosina dall’actina2. Trasferimento di energia alla testa della

miosina3. Trasporto attivo del Ca2+ nel reticolo

sarcoplasmatico

La concentrazione di ATP muscolare (3-5 mM) è sufficiente per unacontrazione tetanica di ~ 2 sec.

La maggior durata delle contrazioni muscolari dipende dallariformazione di ATP attraverso: Fosfocreatina, glicolisi efosforilazione ossidativa.

Fosfocreatinchinasi

Glicolisi anaerobia: Glucosio piruvato acido lattico 2 ATP. (poco efficiente ma rapida)

Glicolisi aerobia: In presenza di O2, piruvato entra nel ciclo di Krebs 36 ATP.

• In condizioni aerobie, il muscolo può utilizzare anche acidi grassi, (beta-ossidazione Acetil-CoA).

Ossidazione a CO2 + H2O

Fonte di energia Reazione

Adenosintrifosfato (ATP)

Creatinfosfato (CP)

Unità di glucosionel glicogeno

Trigliceridi

ATP ADP + Pi

CP + ADP ATP + C

In anaerobiosi:piruvato lattato

(glicolisi)In aerobiosi:

piruvato CO2 + H2O

M/g di muscolo

5

11

84

10

Energetica muscolare