Muscolo scheletrico Flashcards
Struttura cellulare
I muscoli scheletrici sono collegati ad almeno due ossa mediante i TENDINI, strutture formate da tessuto connettivo elastico capaci di trasmettere all’osso la forza sviluppata dal muscolo. La parte del muscolo che genera forza è chiamata CORPO. Il corpo del muscolo contiene diversi fasci chiamati FASCICOLI insieme a tessuto connettivo, vasi sanguigni e nervi. Ciascun fascicolo contiene cellule muscolari che vengono chiamate FIBRE muscolari a causa della forma allungata. Le fibre muscolari sono dotate di parecchi NUCLEI che sono disposti immediatamente al di sotto della membrana plasmatica della fibra, che viene chiamata SARCOLEMMA. All’interno della fibra muscolare si trova un citoplasma semifluido chiamato SARCOPLASMA insieme a mitocondri e alle MIOFIBRILLE che contengono l’apparato contrattile della fibra muscolare.
Ciascuna miofibrilla è costituita da un fascio di FILAMENTI SPESSI e SOTTILI che si sovrappongono reciprocamente, formati dalle proteine MIOSINA e ACTINA. Una rete di membrane che formano cisterne chiamata RETICOLO SARCOPLASMATICO circonda ciascuna miofibrilla ed è in stretta associazione con altre strutture chiamate TUBULI TRAVERSI (tubuli T) i quali sono a loro volta connessi al sarcolemma e penetrano all’interno della cellula. Il reticolo sarcoplasmatico e i tubuli T giocano un ruolo importante nel processo di attivazione della CONTRAZIONE MUSCOLARE. Il reticolo sarcoplasmatico svolge le funzioni di immagazzinare IONI CALCIO e liberarli all’interno del citosol quando la cellula muscolare viene stimolata a contrarsi
Struttura molecolare
Le cellule muscolari scheletriche presentano una STRIATURA. Tali striature sono dovute alla DISPOSIZIONE ORDINATA di fibre proteiche all’interno delle miofibrille chiamate filamenti spessi e filamenti sottili. Le miofibrille sono formate da un’unità di base detta SARCOMERO che si ripete. Le LINEE DI CONFINE tra un sarcomero e l’altro sono costituite da LINEE Z che agganciano i FILAMENTI SOTTILI ad un’estremità. All’interno del sarcomero, i FILAMENTI SPESSI sono connessi mediante le LINEE M.
I FILAMENTI SPESSI costituiscono la BANDA A. Al centro della banda A vi è una regione in cui i filamenti spessi non si sovrappongono ai filamenti spessi chiamata ZONA H. Le zone in cui sono presenti solo i filamenti sottili e non vi sono sovrapposizione con i filamenti spessi sono dette BANDA I. Al centro della banda I si trova la LINEA Z che connette insieme i filamenti sottili.
I filamenti sottili e spessi del sarcomero sono formati da due proteine chiamate ACTINA e MIOSINA, dette PROTEINE CONTRATTILI
Filamenti sottili
Nei filamenti sottili sono presenti proteine particolari chiamate PROTEINE REGOLATRICI che consentono alle fibre muscolari di iniziare e terminare la contrazione: la TROPOMIOSINA e la TROPONINA.
La TROPOMIOSINA è una proteina filamentosa che si estende al di sopra di numerose molecole di actina in modo da BLOCCARE i SITI DI LEGAME con la MIOSINA quando il muscolo è in stato di RIPOSO.
La troponina comprende un complesso di tre proteine:
1. Una che si attacca al filamento di ACTINA
2. Un’altra che si fissa alla TROPOMIOSINA
3. Una che contiene un sito capace di legare in modo reversibile gli ioni CALCIO
È il legame del calcio in questo sito ad innescare la CONTRAZIONE MUSCOLARE, facendo sì che la troponina sposti lateralmente la tropomiosina esponendo i siti di legame per la miosina posti sulle molecole di actina
Filamenti spessi
Ogni filamento spesso è costituito da centinaia di molecole di MIOSINA avvolte l’una all’altra. Ciascuna molecola di miosina è un DIMERO costituito da DUE SUBUNITA’ ATTORCIGLIATE fra loro, ognuna delle quali è formata da una CODA e da una TESTA ingrossata che sporge di lato. Queste teste sono chiamate PONTI TRASVERSALI perché in determinate condizioni formano dei ponti nello spazio tra i filamenti spessi e quelli sottili.
All’interno del filamento spesso, le molecole di MIOSINA si FISSANO le une alle altre in corrispondenza della parte terminale della CODA, facendo in modo che le loro TESTE si estendano in DIREZIONE OPPOSTA rispetto al centro.
Ciascuna testa possiede due siti cruciali per la generazione della forza contrattile:
1. Un sito di FISSAZIONE dell’ACTINA in grado di legarsi ai monomeri di actina dei filamenti sottili 2. Un sito ATPasico che possiede attività enzimatica ed idrolizza l’ATP.
Ai filamenti spessi è associata la TITINA, una proteina elastica che mantiene i filamenti spessi nella POSIZIONE CORRETTA rispetto a quelli sottili
Modello dello scorrimento dei filamenti
Nel corso della contrazione della cellula muscolare, mentre le bande A non modificano la loro lunghezza, le bande I e le zone H diventano più corte. Dato che nel sarcomero la banda A si estende per tutta la lunghezza dei filamenti spessi, questo significa che la lunghezza dei filamenti spessi non cambia quando la cellula muscolare si contrae.
L’accorciamento delle bande I avviene perché essi scivolano lungo i filamenti spessi muovendosi verso la parte più interna della zona H, riducendone la lunghezza. Quando ciò avviene le bande A adiacenti si avvicinano tra di loro spostandosi insieme, facendo diminuire la larghezza delle bande I.
Il risultato finale è che le linee Z ai lati del sarcomero si spostano insieme avvicinandosi tra loro e quindi il sarcomero si accorcia. All’accorciamento dei sarcomeri segue quello delle miofibrille, lo stesso fanno le fibre muscolari e infine il muscolo intero. Il muscolo si contrae perché i filamenti spessi e sottili delle miofibrille scorrono gli uni sugli altri
Ciclo dei ponti trasversali
Il meccanismo che porta allo scorrimento dei filamenti spessi e sottili gli uni sugli altri prende il nome di ciclo dei ponti trasversali.
In ogni ciclo dei ponti trasversali si possono individuare cinque fasi
1.AGGANCIO DELLA MIOSINA ALL’ACTINA: si parte dalla situazione in cui la MIOSINA è nella sua forma ad ALTA ENERGIA. Ciò vuol dire che ADP e Pi sono legati al sito ATPasico della testa della miosina. In questo stato la miosina presenta un’ELEVATA AFFINITA’ per l’ACTINA e la testa di MIOSINA si LEGA ad un monomero di ACTINA nel filamento sottile adiacente. Questa fase può verificarsi solo in presenza di CALCIO
2.COLPO DI FORZA: il legame della miosina all’actina determina la LIBERAZIONE del Pi e dell’ADP dal sito ATPasico. Nel corso di questo processo, la TESTA della miosina ruota verso il CENTRO del sarcomero tirando il filamento sottile con sé e va verso lo stato a BASSA ENERGIA
3.STATO DI RIGOR: quando la miosina si trova nello stato a bassa energia, ACTINA e MIOSINA sono strettamente LEGATE insieme. Questa condizione viene detta rigor perché il CICLO dei ponti trasversali si BLOCCA in questa fase a causa dell’ESAURIMENTO dell’ATP, lo stato di rigor mortis (rigidità) continua fino a quando gli enzimi liberati dagli elementi cellulari in via di degradazione iniziano a DECOMPORRE le MIOFIBRILLE
4.DISTACCO DELLA MIOSINA DALL’ACTINA: una nuova molecola di ATP si lega al sito ATPasico della testa della miosina, provocando una VARIAZIONE CONFORMAZIONALE della testa che determina una DIMINUZIONE dell’AFFINITA’ della miosina per l’actina così che la MIOSINA si STACCA dall’actina
5.ENERGIZZAZIONE DELLA TESTA DI MIOSINA: subito dopo che si è fissato al sito ATPasico della miosina, l’ATP viene idrolizzato ad ADP e Pi con rilascio di energia. Parte di questa è immagazzinata dalla molecola di MIOSINA che raggiunge la conformazione ad ALTA ENERGIA. Sebbene l’ATP venga idrolizzato a questo punto, i prodotti finali della reazione (ADP e Pi) rimangono fissati al sito ATPasico. In presenza di calcio il ciclo riparte dalla fase 1
Accoppiamento eccitamento-contrazione
SNC attraverso i MOTONEURONI induce la CONTRAZIONE. La cellula muscolare riceve i segnali da un motoneurone, si DEPOLARIZZA e genera un POTENZIALE D’AZIONE che induce la contrazione.
Nella GIUNZIONE NEUROMUSCOLARE, punto in cui il motoneurone forma sinapsi con la cellula muscolare, i BOTTONI TERMINALI occupano la PLACCA MOTRICE. La placca motrice contiene invaginazioni in cui sono presenti RECETTORI per l’ACETILCOLINA.
Nel MOTONEURONE si genera un POTENZIALE D’AZIONE che induce il rilascio dell’ACETILCOLINA dai bottoni terminali che si lega ai suoi RECETTORI determinando una DEPOLARIZZAZIONE definita POTENZIALE DI PLACCA.
Il potenziale si propaga lungo i TUBULI T provocando il rilascio di CALCIO dal reticolo sarcoplasmatico.
Il calcio permette il CICLO DEI PONTI TRASVERSALI e quindi la CONTRAZIONE.
Stato di rilasciamento: [calcio] bassa. Tropomiosina copre i siti dell’actina capaci di legare la miosina impedendo che avvenga il ciclo dei ponti trasversali. Nella membrana del RS sono presenti pompe di membrana permettono di accumulare calcio contro gradiente al suo interno. Sono presenti anche canali per il calcio voltaggio-dipendenti che si aprono quando un potenziale d’azione è trasmesso lungo i tubuli T consentendo al calcio di entrare nel citosol dove aumenta la sua concentrazione.
I tubuli T sono collegati alle membrane del RS mediante i RECETTORI DHP (DIIDROPIRIDINE) e RECETTORI PER LA RIANODINA. Quando arriva un potenziale d’azione i recettori DHP subiscono un CAMBIAMENTO CONFORMAZIONALE che trasmette un segnale ai RECETTORI PER LA RIANODINA determinando l’APERTURA dei CANALI PER IL CALCIO che fuoriesce nel CITOSOL.
Ioni calcio si legano su siti posti su altri canali per il calcio sul RS aprendoli e aumentando il rilascio di calcio (rilascio di calcio indotto da calcio)
Il CALCIO si lega su una proteina del COMPLESSO DELLA TROPONINA causando lo SPOSTAMENTO della TROPOMIOSINA e quindi l’ESPOSIZIONE dei siti di legame per la MIOSINA: inizio ciclo dei ponti trasversali.
Quando la [calcio] aumenta oltre un certo limite, il CALCIO si lega su alcuni siti presenti nei CANALI inducendone la CHIUSURA e mediante TRASPORTO ATTIVO il calcio si sposta all’interno dell’ RS determinando la DIMINUZIONE della [CALCIO]. Questo determina la DISSOCIAZIONE del calcio dalla TROPONINA e il ritorno alla posizione iniziale di troponina e tropomiosina. Quando la [CALCIO] torna ai VALORI DI RIPOSO la CONTRAZIONE CESSA
Metabolismo energetico
Le richieste di ATP AUMENTANO quando la cellula muscolare deve CONTRARSI. L’ATP è fornito dalla fosforilazione a livello del substrato e dalla fosforilazione ossidativa.
La formazione di ATP richiede tempo quindi i muscoli utilizzano una riserva di fosfati sotto forma di CREATINFOSFATO che reagisce con l’ADP per formare ATP in una reazione catalizzata dalla CREATINCHINASI che viene utilizzato nel CICLO DEI PONTI TRASVERSALI.
La scorta di creatinfosfato è limitata ma è sufficiente affinché possano ATTIVARSI altre reazioni metaboliche che producono ATP.
Quando la cellula muscolare è a RIPOSO vengono RIPRISTINATE le scorte di CREATINFOSFATO.
I muscoli possono utilizzare anche il glicogeno e se l’attività è intensa viene attivata la glicolisi da cui deriva l’acido lattico
Tipi di fibre muscolari scheletriche
Esistono FIBRE A CONTRAZIONE LENTA e FIBRE A CONTRAZIONE RAPIDA. La differenza è data dal TIPO di MIOSINA: la miosina rapida ha maggiore ATTIVITA’ ATPasica che è correlata alla VELOCITA’ DI CONTRAZIONE (più cicli dei ponti trasversali completati).
Due categorie in base alla VIA METABOLICA di produzione di ATP
Fibre glicolitiche
Contengono un elevato numero di ENZIMI GLICOLITICI quindi possono produrre ATP mediante GLICOLISI.
Grandi, pochi mitocondri e capillari.
PRIVE di MIOGLOBINA e per questo chiamate FIBRE BIANCHE. Dal momento che la glicolisi non richiede ossigeno queste fibre possono produrre ATP quando la DISPONIBIITA’ DI OSSIGENO è BASSA.
Nel momento in cui viene prodotto ATP si genera anche ACIDO LATTICO come prodotto secondario poiché queste fibre hanno BASSA CAPACITA’ OSSIDATIVA (piruvato si accumula e forma acido lattico, fatica muscolare)
Fibre ossidative
Contengono molti MITOCONDRI pertanto producono ATP mediante FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA.
Piccole, vascolarizzate, bassa capacità glicolitica.
Dipendono dall’OSSIGENO e contengono la MIOGLOBINA che funge da RISERVA DI OSSIGENO e conferisce il colore rosso per questo sono dette FIBRE ROSSE
Tre classi di fibre muscolari scheletriche
Contenute tutte nei muscoli in proporzioni diverse.
1.FIBRE LENTE OSSIDATIVE: MIOSINA LENTA, producono ATP mediante FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA
2.FIBRE RAPIDE GLICOLITICHE: MIOSINA RAPIDA, producono ATP mediante GLICOLISI
3.FIBRE RAPIDE OSSIDATIVE: MIOSINA RAPIDA, producono ATP mediante FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA
