Il Muscolo

Il Muscolo

� La funzione fondamentale del tessuto muscolare è la
contrazione, durante la quale il muscolo sviluppa forza e
si accorcia spostando un carico e producendo lavoro
meccanico.
� I muscoli sono responsabili di tutti i tipi di movimento
che avvengono nell’organismo e l’attività muscolare è
essenziale per il mantenimento di molte funzioni vitali
(circolazione sanguigna, respirazione, digestione dei
cibi) e di altre funzioni come il mantenimento della
postura, la locomozione, la fonazione ecc.
� L’energia fornita al muscolo deriva dall’idrolisi dell’ATP.
� I vari tipi di muscolo sono specializzati per lo
svolgimento 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

Ultrastruttura del
muscolo scheletrico
ATPasi

Miofibrilla: filamenti sottili (actina)
e spessi (miosina), disposti a
formare una sequenza ripetitiva di
bande chiare (I) e scure (A). L’unità
anatomo-funzionale del muscolo, cioè
la più piccola struttura muscolare in
grado di sviluppare forza ed
accorciarsi, è il sarcomero, (tra due
linee Z).
La linea Z divide le bande I (solo
filamenti sottili) in due metà
appartenenti a sarcomeri adiacenti.
La Banda A, comprende zone più
scure (filamenti spessi e sottili) ed
una banda centrale più chiara, zona
H (filamenti spessi), al centro della
quale è visibile la linea M.

Filamento
sottile
Tropomiosina Troponina
Catena di actina
Filamento sottile
Molecole di G-actina
Doppia elica di F-actina
(polimerizzazione di G-actina). A
livello della G actina si trovano i siti
di legame per la miosina.
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 Ca 2+ )
accoppiata a TnI (inibisce ATPasi
acto-miosinica), TnT legata alla
tropomiosina. Il complesso troponinatropomiosina,
in assenza di Ca 2+ ,
inibisce l’interazione actina-miosina.

Filamento spesso
Testa
Punto di flessione
Coda
Molecola di Miosina
Filamento spesso
Interagisce
con actina e
ATP
Circa 250 molecole di
miosina

Le corone (teste miosina) si
ripetono regolarmente
ruotate di 60 60° ogni 14.3 nm nm. .
La posizione di S1 si ripete
ogni 42.9 nm nm. .
Interazione tra filamenti
Disco Z
Filamento
spesso
Filamento
sottile
Disco Z
Troponina
Tropomiosina

Altre proteine del sarcomero
Titina
Titina Titina: filamento (1 m) parallelo ai filamenti contrattili, ancorato alla linea Z
(parte elastica) e alla miosina (parte rigida) rigida). La parte elastica è responsabile
dell’elasticità passiva del sarcomero, la parte rigida conferisce stabilità alla
miosina durante la contrazione
contrazione.
Nebulina Nebulina: associata al filamento sottile si lega alla linea Z.

Cosa avviene a livello molecolare
durante la contrazione?

Teoria dello scorrimento dei
miofilamenti
L’accorciamento del sarcomero durante la contrazione muscolare
avviene grazie allo scorrimento dei filamenti spessi e sottili l’uno
sull’altro. La forza generata dal muscolo dipende dall’azione dei ponti
trasversi (crossbridge).

1. Durante la fase di attacco i
ponti generano forza �
scorrimento filamenti di actina
(8-12 nm, movimento a remo).
2. Distacco ponti ed attacco a
nuovi 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 Ca 2+ intracellulare
Sito di attacco
bloccato
Filamento
di miosina
Sito di attacco
scoperto
La troponina legata al Ca 2+ sposta la tropomiosina più
profondamente nel solco del doppio filamento di actina

Gactina
Stato rilasciato
Troponina
Testa miosina
Il legame actina-miosina è
impedito dal blocco TnIdipendente
del sito di
interazione
La Tropomiosina impedisce
interazione actina-miosina
Inizio della contrazione
La testa si piega
Sito attacco
miosina-actina
disponibile
La concentrazione
del Ca 2+ aumenta
nel sarcoplasma
L’actina si
muove
Il legame Ca 2+ - 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.

Accoppiamento elettro-meccanico
(pda � contrazione muscolare)
� Mediato dal Ca 2+ .
� A riposo, concentrazione Ca 2+ bassa (< 0.1 M) nel
sarcoplasma ed elevata nel reticolo sarcoplasmatico
(RS).
� La contrazione muscolare dipende dalla liberazione
del Ca 2+ dal RS innescata dal pda muscolare.
� La contrazione compare dopo un certo tempo dal pda
(periodo di latenza) richiesto dai processi di
accoppiamento elettro-meccanico (rilascio del Ca 2+
dal RS e legame con la troponina C).

Il sistema tubuli TT-reticolo
reticolo sarcoplasmatico
Ca 2+ 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 elettromeccanico:
• Propagazione depolarizzazione
nel tubulo T
• Liberazione Ca 2+ dal RS
• LregameCa 2+ - TnC
4) Contrazione

Placca
motrice
Fibra
muscolare
Terminale
assone
PA dal
motoneurone
Elettrodi
registranti
PA fibra
muscolare
Forza
muscolare
Tensione
Tempo

Fibra
muscolare
TubuloT
Linea M
Potenziale d’azione
Recettori
della
Rianodina
Recettori
DHP
Placca motrice
Tropomiosina
Troponina
Terminale
assonico
motoneurone
Potenziale d’azione
Reticolo
sarcoplasmatico
Actina
Teste
miosina
Disco Z

I siti di legame
vengono scoperti
Linea M
Ca++
rilasciato
Ca++ si lega
alla
troponina
La testa
della
miosina si
piega
Movimento actina
I filamenti di actina si
muovono verso la linea M
Il rilasciamento muscolare ha luogo quando gli ioni Ca 2+ vengono riassorbiti
nel reticolo sarcoplasmatico ad opera di una pompa ATP dipendente

Tensione
Periodo di
Latenza
Potenziale d’azione della
fibra muscolare
Tempo (msec)
Tempo (msec)
Contrazione
muscolare
Il fenomeno contrattile innescato da un singolo potenziale d’azione è
detto scossa muscolare. La sua durata dipende dal tipo di fibra
muscolare in esame.

Ruolo dell’ATP
L’ATP svolge tre ruoli importanti nella
contrazione muscolare:
1. Distacco della miosina dall’actina
2. Trasferimento di energia alla testa della
miosina
3. Trasporto attivo del Ca 2+ nel reticolo
sarcoplasmatico

� La concentrazione di ATP muscolare (3-5 mM) è sufficiente per una
contrazione tetanica di ~ 2 sec.
� La maggior durata delle contrazioni muscolari dipende dalla
riformazione di ATP attraverso: Fosfocreatina, glicolisi e
fosforilazione ossidativa.
Fosfocreatinchinasi
Glicolisi anaerobia:
Glucosio � piruvato �
acido lattico � 2 ATP.
(poco efficiente ma
rapida)
Glicolisi aerobia: In
presenza di O 2, piruvato
entra nel ciclo di Krebs
� 36 ATP.
• In condizioni aerobie,
il muscolo può utilizzare
anche acidi grassi,
(beta-ossidazione �
Acetil-CoA).

Fonte di energia M/g di muscolo Reazione
Adenosintrifosfato (ATP)
Creatinfosfato (CP)
Unità di glucosio
nel glicogeno
Trigliceridi
Energetica muscolare
5
11
84
10
ATP ADP + P i
CP + ADP ATP + C
In anaerobiosi:
piruvato lattato
(glicolisi)
In aerobiosi:
piruvato CO 2 + H 2O
Ossidazione a CO 2 + H 2O