1

Il sistema scheletrico e il sistema muscolare – Vertebrati senza arti

Alcuni gruppi di vertebrati, tra cui i serpenti, hanno perduto gli arti durante l’evoluzione

Come è accaduto?

▪ Gli animali si muovono in modo estremamente vario

▪ Locomozione – È lo spostamento attivo da un luogo all’altro – Comporta un dispendio di energia per vincere attrito e

gravità

16.1 Negli animali si sono evolute diverse modalità di movimento

2

▪ La locomozione in acqua – L’acqua sostiene gran parte del peso – L’attrito con un fluido denso come l’acqua è molto alto

16.1 Negli animali si sono evolute diverse modalità di movimento

3

▪ La locomozione su terraferma – Attrito molto ridotto – Bisogna contrastare la forza di gravità

16.1 Negli animali si sono evolute diverse modalità di movimento

4

▪ Animali striscianti – Gli animali che non utilizzano arti per la locomozione

devono superare un attrito elevato con il terreno – Le tecniche possibili sono varie

– Movimento ondulatorio – Movimento in linea retta sfruttando le scaglie come appigli – Movimento peristaltico

16.1 Negli animali si sono evolute diverse modalità di movimento

5

Capo

Setole

Muscolo longitudinale rilassato (disteso)

Muscolo circolare contratto

Muscolo circolare rilassato

Muscolo longitudinale contratto

1

2

3

6

▪ Il volo – Tutti i tipi di ali hanno forma aerodinamica che modifica le

correnti d’aria per generare una spinta dal basso verso l’alto – Gli unici animali in grado di volare attivamente sono insetti,

uccelli e pipistrelli

16.1 Negli animali si sono evolute diverse modalità di movimento

7

Forma aerodinamica

dell’ala

▪ Lo scheletro svolge molte funzioni – Insieme ai muscoli permette il movimento – Dà forma e sostegno al corpo – Protegge gli organi molli

16.2 Lo scheletro ha funzioni di sostegno, ma anche di movimento e protezione

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▪ Scheletro idrostatico – È costituito da un liquido mantenuto sotto pressione in un

compartimento chiuso del corpo – Si osserva in molti animali acquatici e negli animali terrestri

che strisciano sul terreno o scavano gallerie con movimenti peristaltici

16.2 Lo scheletro ha funzioni di sostegno, ma anche di movimento e protezione

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▪ Esoscheletro – È uno scheletro esterno rigido – Negli artropodi è un rivestimento resistente composto da strati

di proteine e di chitina – Molluschi come bivalvi, lumache e cipree hanno un esoscheletro

costituito da una o più conchiglie di carbonato di calcio

16.2 Lo scheletro ha funzioni di sostegno, ma anche di movimento e protezione

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Conchiglia (esoscheletro)

Mantello

▪ Endoscheletro – È formato da elementi di sostegno duri o coriacei situati

all’interno del corpo dell’animale – Può essere costituito da strutture e materiali molto diversi

– Spugne: spicole costituite da sali di calcio o silice – Echinodermi: dermascheletro, piastre dure sottocutanee calcaree – Vertebrati: cartilagine oppure ossa e cartilagine

16.2 Lo scheletro ha funzioni di sostegno, ma anche di movimento e protezione

11

12

▪ Lo scheletro dei vertebrati – Scheletro assile

– Cranio – Colonna vertebrale – Cassa toracica (nella maggior parte dei vertebrati)

– Scheletro appendicolare – Formato dalle ossa degli arti e da quelle che uniscono gli

arti allo scheletro assile – In un vertebrato di terraferma gli arti superiori si

inseriscono nel cinto scapolare e quelli inferiori nel cinto pelvico

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16.3 Lo scheletro dei vertebrati è una variazione su un tema antico

alla luce dell’evoluzione

CranioClavicola

Scapola

Cinto scapolare

Sterno

CostolaOmeroVertebraRadioUlna

Cinto pelvico

Carpo

Falangi

Metacarpo

Femore

Rotula

Tibia

Perone

TarsoMetatarsoFalangi

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MetacarpoFalangi

Carpo

Cinto pelvicoUlnaRadio

Vertebra

Omero

Costola

Sterno

Cranio

Clavicola

ScapolaCinto scapolare

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FemoreRotula

Tibia

Perone

TarsoMetatarsoFalangi

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Dischi intervertebrali

Osso iliaco

7 vertebre cervicali

12 vertebre toraciche

5 vertebre lombari

Osso sacroCoccige

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▪ Le ossa sono formate da componenti minerali e da diversi tipi di tessuti vivi metabolicamente attivi

– Periostio: rivestimento di tessuto connettivo fibroso – Cartillagine: forma cuscinetti che ammortizzano gli impatti e

diminuiscono l’attrito nelle giunzioni – Tessuto osseo: è formato da una matrice di fibre di collagene

immerse in un’impalcatura di sali minerali – Gli osteoblasti secernono la matrice ossea e vivono al suo interno

16.4 Le ossa sono organi complessi costituiti da tessuti vivi e metabolicamente attivi

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▪ Struttura delle ossa lunghe – Diafisi: è la parte centrale, cilindrica, allungata

– Costituita da osso compatto – Contiene una cavità costituita da midollo osseo giallo

– Epifisi: sono le estremità – All’esterno, osso compatto – All’interno, osso spugnoso – Le piccole cavità dell’osso spugnoso contengono midollo

osseo rosso

16.4 Le ossa sono organi complessi costituiti da tessuti vivi e metabolicamente attivi

19

▪ Metabolismo – All’interno dei canali ossei

– Vasi sanguigni – Nervi

16.4 Le ossa sono organi complessi costituiti da tessuti vivi e metabolicamente attivi

20

21

Cartilagine

Osso spugnoso (contiene il midollo osseo rosso)

Cartilagine

Osso spugnoso

Osso compatto

Cavità centrale della diafisi

Midollo osseo giallo

Vasi sanguigni

Tessuto connettivo fibroso

Quando l’osso si spezza

▪ Le cellule del tessuto osseo – Rimuovono in continuazione la vecchia matrice ossea

e la sostituiscono con nuovi materiali – Riparano le ossa in caso di frattura

▪ Curare le fratture ossee – L’osso viene riportato alla sua forma e immobilizzato – Le cellule producono nuovo tessuto e riparano la

frattura

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COLLEGAMENTO salute

▪ Osteoporosi – È una malattia caratterizzata da una diminuzione della

massa ossea e dal deterioramento strutturale del tessuto osseo

– Fattori di rischio – Scarso livelli di calcio nella dieta – Mancanza di esercizio fisico – Fumo – Menopausa

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Quando l’osso si spezzaCOLLEGAMENTO salute

24

25

16.5 Le articolazioni permettono diversi tipi di movimento

▪ Gran parte della versatilità dello scheletro dei vertebrati è dovuta alla presenza di articolazioni che consentono diversi tipi di movimento − Enartrosi − Articolazioni a cerniera − Articolazioni a perno

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OmeroTesta dell’omero

Scapola

Enartrosi

Ulna

Articolazione a cerniera

Ulna

Articolazione a perno

Radio

Testa dell’omero

Scapola

Enartrosi

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Omero

Ulna

Articolazione a cerniera

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Ulna

Articolazione a perno

Radio

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▪ Per produrre il movimento, i muscoli interagiscono con le ossa, che funzionano come leve

▪ I muscoli sono collegati alle ossa mediante i tendini, formati da tessuto connettivo fibroso

▪ Un muscolo può soltanto contrarsi attivamente − Il rilassamento successivo alla contrazione è un processo passivo

16.6 Scheletro e muscoli interagiscono per produrre il movimento

30

▪ Coppie di muscoli antagonisti – Applicano forze opposte alle stesse parti dello scheletro – Permettono di muovere le parti del corpo e di riportarle

attivamente alla posizione di partenza

16.6 Scheletro e muscoli interagiscono per produrre il movimento

31

Bicipite contratto

Tricipite contratto

Bicipite rilassato

Tricipite rilassato

Tendine

Braccio flesso Braccio teso

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Lezione 3

LA CONTRAZIONE MUSCOLARE E IL MOVIMENTO

33

Muscolo

Fascio di fibre muscolari

Singola fibra muscolare

Membrana plasmatica

Miofibrilla

Nuclei

Banda chiara

Banda chiara

Banda scura

Sarcomero

Linea Z

16.7 Ogni cellula muscolare ha il proprio apparato contrattile

Fibre muscolari – Sono cellule allungate dotate di molti

nuclei – Contengono ognuna un fascio di

miofibrille

Miofibrille: – Formate da proteine, tra cui le

proteine contrattili – Actina – Miosina

16.7 Ogni cellula muscolare ha il proprio apparato contrattile

Miofibrilla

Linea Z

Banda chiara

Banda chiara

Banda scura

Sarcomero

miosina

actina

Sarcomero

Sarcomeri – Sono le unità contrattili delle

miofibrille – Filamenti sottili: actina – Filamenti spessi: miosina

Un sarcomero si contrae (accorciandosi) quando i suoi filamenti sottili scorrono lungo quelli spessi

SarcomeroBanda scuraZ Z

Muscolo a riposo

Muscolo in contrazione

Muscolo completamente contratto

Sarcomero contratto

36

1. Legame tra ATP e teste della miosina, scissione

dell’ATP in ADP e fosfato

2. Le teste si piegano nella configurazione ad alta energia

3. Legame tra le teste di miosina e i siti di legame sui

filamenti di miosina

4. ADP e fosfato vengono liberati, la testa della miosina

torna alla configurazione a bassa energia e spinge la

miosina verso il centro del sarcomero: power stroke

16.8 La contrazione muscolare avviene grazie allo scorrimento dei filamenti nei sarcomeri

37

Testa della miosina (configurazione a bassa energia)

ATP

Filamento sottile (actina)

Filamento spesso (miosina)

1

Una molecola di ATP si lega alla testa della miosina, che si trova inizialmente in una configurazione a bassa energia

16.8 La contrazione muscolare avviene grazie allo scorrimento dei filamenti nei sarcomeri

Le quattro fasi dello scorrimento dei filamenti

2ADP

Actina

P

L’ATP viene scisso in ADP e fosfato, liberando così energia che viene usata per muovere la testa della miosina verso l’actina

16.8 La contrazione muscolare avviene grazie allo scorrimento dei filamenti nei sarcomeri

Le quattro fasi dello scorrimento dei filamenti

ADPP Ponte crociato

3

La testa della miosina si protende verso il filamento sottile per legarsi al sito specifico, in una configurazione indicata come ponte crociato

4

Testa della miosina (configurazione a bassa energia)

Nuova posizione della linea Z

ADP + P

Una volta formato il legame, l’ADP e il fosfato vengono liberati e la testa della miosina torna alla configurazione iniziale, con un movimento che spinge il filamento sottile verso il centro del sarcomero

▪ Motoneuroni – Trasportano i segnali emessi dal sistema nervoso per

attivare la contrazione muscolare

▪ Giunzioni neuromuscolari – Sono le sinapsi tra neuroni motori e fibre muscolari – Per trasmettere il segnale attraverso la sinapsi il

motoneurone libera un neurotrasmettitore (acetilcolina)

16.9 I neuroni motori stimolano la contrazionedel muscolo

40

Potenziale d’azioneAssone del motoneurone

Terminale sinaptico

Reticolo endoplasmatico (RE)

Mitocondrio

SarcomeroMembrana plasmatica

Miofibrilla

Tubulo T

Ioni Ca2+

liberati dal reticolo endoplasmatico41

▪ Anche la membrana plasmatica delle fibre muscolari può propagare i potenziali d’azione

– Attraverso i tubuli T il segnale raggiunge anche l’interno della cellula

– Il reticolo endoplasmatico rilascia nel citoplasma ioni Ca2+

– Gli ioni Ca2+ legano la troponina e fanno spostare la tropomiosina liberando i siti di legame per la miosina sulle fibre di actina

– Le teste della miosina possono legare l’actina e la contrazione muscolare ha inizio

16.9 I neuroni motori stimolano la contrazionedel muscolo

42

▪ Unità motoria – Un motoneurone – Il gruppo di fibre muscolari controllate dal motoneurone

▪ Nei muscoli più grandi un singolo motoneurone può controllare migliaia di fibre

▪ Dove è necessaria maggior precisione ogni motoneurone controlla poche (o una sola) fibre

16.9 I neuroni motori stimolano la contrazionedel muscolo

43

Osso

Muscolo

Tendine

Fibre muscolari (cellule)

NucleiTerminali sinaptici

Corpo cellulare del motoneurone

Assone del motoneurone

Midollo spinale Unità motoria 1

Unità motoria 2

Nervo

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Di che fibra sei fatto?

▪ Ogni muscolo è costituito da fibre veloci, lente e intermedie, in proporzioni che dipendono dal tipo di lavoro che svolge

▪ Molte delle differenze tra i diversi tipi di fibre muscolari dipendono dalla via biochimica impiegata per generare ATP − Fibre lente: respirazione aerobica − Fibre veloci: respirazione anaerobica − Fibre medie: in prevalenza respirazione aerobica

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COLLEGAMENTO salute

46

47

LenteIntermedieVeloci

100

80

60

40

20

0

Perc

entu

ale

del m

usco

lo t

otal

e

Velocista MaratonetaIndividuo mediamente

attivo

Individuo mediamente sedentario

Corridore sulla media

distanza

Atleta specialista

in discipline

di resistenza

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