2 Couplage excitation-contraction Flashcards
couplage excitation-contraction (CEC)
mécanisme par lequel l’excitation électrique de la cellule déclenche la contraction
Rôle de calcium dans la contraction et relaxation
le Ca 2+ intracellulaire déclenche la contraction et pendant la phase de relaxation le Ca 2+ est stocké dans un organite intracellulaire(réticulum sarcoplasmique RS)
L’unité élémentaire de la contraction des cellules musculaires striées, donc des myocytes cardiaques, est
le sarcomère défini comme la région des myofibrilles comprise entre deux lignes Z
La microscopie électronique permet d’en préciser l’organisation des sarcomères
Les bandes I comportent principalement les filaments fins constitués de molécules d’actine globulaire (G) polymérisées sous la forme d’un double chapelet d’actine filamenteuse (F) et des protéines dites régulatrices : les troponines et la tropomyosine.
Les filaments fins d’actine
s’accrochent à la ligne Z par l’intermédiaire de diverses protéines dont la principale est l’α-actinine
la myosine.
filaments fins et des filaments épais constitués majoritairement de l’autre protéine contractile principale
la titine
s’étend tout au long du sarcomère de la ligne Z à la bande M . Au niveau de la bande I, elle est extensible et se comporte comme un ressort responsable d’une tension passive lors de l’étirement
la protéine C liant la myosine (MBPC)
La seconde est la protéine C liant la myosine (MBPC) qui s’étend perpendiculairement au filament épais au niveau de la bande A et qui se lie également à la titine
role de MBPC
Elle joue un rôle dans la compaction du filament épais et ainsi dans la régulation de la force contractile
Photographie en microscopie électronique (en bas) et représentation schématique (en haut) d’un sarcomère, unité élémentaire des myofibrilles comprise entre deux lignes Z. La bande I, centrée par la ligne Z, est constituée essentiellement des filaments fins de deux sarcomères adjacents qui s’ancrent dans la ligne Z. La bande A, au centre du sarcomère, est constituée de la superposition des filaments fins et épais. En son centre, une zone plus claire, la bande H, qui ne comporte plus de filaments fins. En son centre, une zone plus sombre, la bande M. La titine, en mauve, s’ancre d’un côté dans la ligne Z et de l’autre dans le filament épais. Entre les deux, elle est libre et présente une élasticité
la contraction est due à
au glissement des filaments fins par rapport aux filaments épais grâce à la formation de ponts entre les deux types de filaments.
le complexe des troponines
Ce complexe est constitué de trois protéines :
la troponine C (TnC) qui fixe le Ca 2+ ,
la troponine I (TnI) qui, en l’absence de Ca 2+ , inhibe l’interaction entre les têtes de la myosine et les monomères d’actine
et la troponine T (TnT) qui relie les troponines à la tropomyosine.
la clé qui déverrouille l’interaction entre l’actine et la myosine
Ainsi, le Ca 2+ qui se fixe à la troponine C apparaît comme une clé qui déverrouille l’interaction entre l’actine et la myosine.
Plus grande la quantité de Ca 2+ parvenant aux myofibrilles, plus grande la probabilité d’interaction des têtes de myosine avec l’actine,
plus grande le nombre de ponts et donc plus grande la force développée.
POINT FORT
La grande quantité de Ca 2+ provenant du RS déclenche la contraction en se fixant à la troponine C du complexe troponine-tropomyosine situé à intervalles réguliers sur les filaments fins du sarcomère.
Cette fixation dégage un espace permettant aux têtes de la myosine, principale protéine constitutive du filament épais, d’interagir avec l’actine, principale protéine du filament fin, sous la forme de ponts actine-myosine (cross-bridges) .
Lorsque ces ponts sont formés, l’hydrolyse de l’ATP par les têtes de myosine entraîne le basculement de ces dernières et ainsi le développement par chacune d’une force élémentaire permettant le glissement des filaments fins sur les filaments épais, phénomène générateur de force qui permet le raccourcissement des sarcomères.
role de calcium dans la contraction relaxation
c’est le Ca 2+ intracellulaire qui déclenche la contraction et que pendant la phase de relaxation le Ca 2+ est stocké dans un organite intracellulaire appelé réticulum sarcoplasmique (RS), par des « facteurs relaxants », identifiés plus tard comme étant la pompe SERCA
SERCA
sarcoplasmic-endoplasmic reticulum Ca 2+ -ATPase
complement de deficit de Ca2
la quantité de Ca 2+ qui entre via I Ca-L est très insuffisante,
mais elle est amplifiée par le phénomène de la libération du Ca 2+ induite par le Ca 2+ ( Ca 2+ -induced Ca 2+ release [CICR])
phénomène de la libération du Ca 2+ induite par le Ca 2
le Ca 2+ qui entre dans la cellule pendant le PA déclenche la libération du Ca 2+ stocké dans le RS en activant la RyR 2
Le RyR 2
canal de libération du Ca 2+ hors du RS
activation de RyR
activé par le Ca 2+
interet de RyR2
Même si le CICR fournit suffisamment de Ca 2+ pour activer la contraction, ce n’en est pas moins un mécanisme instable. De fait, vu la faible densité des CCTL et leur faible conductance, l’augmentation de la concentration intracellulaire en Ca 2+ ([Ca 2+] i ) générée par I Ca-L est faible, ce qui impliquerait, pour déclencher le CICR, que les RyR 2 soient très sensibles au Ca 2+ .
Si tel était le cas, le CICR serait soumis au phénomène du tout ou rien, la grande sensibilité des RyR 2 au Ca 2+ faisant qu’ils seraient tous activés lors du PA, non seulement par le Ca 2+ provenant d’I Ca-L , mais aussi de proche en proche par le Ca 2+ provenant des RyR 2 voisins.
THEORIE DE STERN
les RyR 2 seraient peu sensibles au Ca 2+ , mais étant localisés très près des CCTL, ils percevraient une très grande concentration de Ca 2+ apporté par I Ca-L à un moment où ce dernier n’aurait pas encore eu le temps de diffuser dans le reste du cytoplasme
La Figure 3C représente schématiquement les principaux éléments du CEC. Ainsi, la dépolarisation de la membrane lors d’un PA active les CCTL qui laissent rentrer un peu de Ca 2+ dans la cellule.
Cette quantité n’est pas suffisante pour déclencher la contraction, mais elle active les RyR 2 qui sont situés à proximité, qui libèrent la quantité de Ca 2+ stocké dans le RS nécessaire pour activer les myofibrilles.
Représentation schématique du récepteur de la ryanodine de type 2 (RyR 2 ) formé de quatre sous-unités identiques formant un canal central ou pore permettant la sortie du Ca 2+ hors du réticulum sarcoplasmique.
PKA : protéine kinase A ; CaMK : Ca 2+ -calmoduline kinase de type II ; CaM : calmoduline ; FKBP12.6 : FK506 binding protein de 12,6 kDa ; PP1 et PP2A : protéines phosphatases de type 1 et 2A ; Sorc : sorcine ; Trd : triadine ; Jnc : junctine ; CSQ : calséquestrine.
couplage calcium RyR SERGA NCX
La probabilité d’ouverture des RyR 2 dépend avant tout de la concentration en Ca 2+ du côté cytosolique. Mais elle dépend également de la quantité de Ca 2+ (appelée charge calcique) à l’intérieur du RS (appelé côté luminal). Cette dernière dépend bien entendu de l’activité de la pompe SERCA 2a , cette dernière étant en compétition pour le Ca 2+ avec l’échangeur Na + -Ca 2+ (NCX) qui expulse le Ca 2+ hors de la cellule
POINT FORT
L’ion Ca 2+ est central au couplage excitation-contraction.
La quantité de Ca 2+ qui entre dans les myocytes par les canaux calciques de type L (CCTL) est trop faible pour entraîner la contraction.
Mais en étant détectée par les canaux calciques (récepteurs de la ryanodine [RyR]) du réticulum sarcoplasmique (RS), elle est suffisante pour déclencher leur ouverture et ainsi la libération de la grande quantité de Ca 2+ contenu dans le RS (mécanisme dit du « Ca 2+ -induced Ca 2+ release ») nécessaire et suffisante pour entraîner la contraction.
Sur des myocytes isolés, cette libération est visible grâce à des indicateurs qui émettent de la lumière en fonction de la concentration calcique, sous la forme d’une « transitoire calcique » caractérisée par un pic survenant quelques dizaines de millisecondes après le pic du PA et décroissant rapidement.
