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LE BASI MOLECOLARI DELLA CONTRAZIONE LE UNITA' CONTRATTILI (muscolo striato): il sarcomero, i dischi Z. Filamenti sottili: actina (subunità globulari disposte.

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1 LE BASI MOLECOLARI DELLA CONTRAZIONE LE UNITA' CONTRATTILI (muscolo striato): il sarcomero, i dischi Z. Filamenti sottili: actina (subunità globulari disposte ad elica), tropomiosina (filamentosa), troponina (3 subunità globulari) Filamenti spessi: miosina: coda (meromiosina leggera, parte filamentosa): collo e testa (ponti trasversali: meromiosina pesante); siti attivi per il legame con l'actina e con l'ATP.

2 IL CICLO DEI PONTI TRASVERSALI. Una miscela di proteine contrattili in vitro cambia conformazione (si aggrega: actina + miosina = actomiosina) in presenza di calcio e si disaggrega se viene rimosso il calcio e aggiunto ATP. In assenza di ATP il complesso actomiosinico è stabile (complesso del rigor).

3 In vivo il processo avviene in 4 fasi, in presenza di calcio e ATP:.raddrizzamento del ponte e ripresa del ciclo se è ancora presente calcio..attacco del ponte laterale;.idrolisi dell'ATP con liberazione di energia e ripiegamento del ponte (scorrimento dei filamenti sottili);.ripristino della molecola di ATP e rottura del legame actomiosinico;

4 Il continuo riformarsi dei ponti trasversali spinge le molecole di actina verso il centro del sarcomero (meccanismo a ruota dentata), sviluppando forza e/o accorciamento Il ruolo del Ca ++ consiste nel legarsi alla troponina e trascinare la tropomiosina in profondità nella doccia formata dall'elica dell'actina, scoprendo i siti attivi per la reazione con i ponti trasversali La velocità della contrazione dipende dal carico e dalle caratteristiche enzimatiche dell'ATPasi miosinica (diversa in diversi tipo di fibra muscolare).

5 LE BASI MOLECOLARI DELLA CONTRAZIONE actinamiosina

6 LE BASI MOLECOLARI DELLA CONTRAZIONE i C t

7 i C t

8 Condizione di riposo Stimolo Entrata del Ca++ 1- attacco dei ponti laterali 2- idrolisi ATP, flessione teste e scorrimento 3- ripristino ATP, distacco ponti 4 ritorno teste, se cè Ca++, ripresa del ciclo

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10 LA RISPOSTA BIOLOGICA: TIPI DI CONTRAZIONE La contrazione di un muscolo può essere: isometrica (solo sviluppo di forza, a lunghezza costante), isotonica (solo accorciamento, con forza costante), o una combinazione delle due: solo in questo caso viene prodotto lavoro esterno (forza * spostamento).

11 riposo c. isotonica c. isometrica

12 Curva della tensione totale, della tensione passiva e della tensione attiva. Curva tensione-lunghezza: la forza sviluppata dipende dalla lunghezza del muscolo prima della contrazione. E' massima alla lunghezza fisiologica dei muscoli, che corrisponde alla completa sovrapposizione dei filamenti diminuisce per lunghezze maggiori, perché meno ponti possono interagire diminuisce per lunghezze minori, perché i filamenti di actina si sovrappongono

13 Tensione (forza) Lunghezza (accorciamento) Tensione passiva

14 Tensione (forza) Lunghezza (accorciamento) Tensione totaleTensione attiva

15 T Tensione attiva Stiramento passivo T-Tp Tp lo Risposta meccanica: Curva tensione-lunghezza

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18 Curva forza-velocità: la velocità dell'accorciamento diminuisce con il carico; è massima in una contrazione isotonica (V max ) e zero in una contrazione isometrica (P 0 ). Diversi fattori regolano V max e P 0.

19 è massimo alla massima potenza, raggiungendo il 45%. L'energia residua è trasformata in calore. La potenza è il prodotto della forza per la velocità è massima a circa 1/3 della forza isometrica Il rendimento meccanico di un muscolo è il rapporto fra lavoro prodotto ed energia consumata

20 V max P max W Diagramma di Hill: rapporto forza/velocità

21 I MUSCOLI CHE AGISCONO SULLO SCHELETRO La maggior parte dei muscoli scheletrici è connessa, con le estremità tendinee, a segmenti scheletrici: fanno eccezione i muscoli orbicolari e gli sfinteri. Le cellule sono multinucleate e lunghe quanto il muscolo stesso. Ognuna funziona separatamente dalle altre, ma è coordinata in unità motorie. I comandi nervosi sono essenziali per la contrazione.

22 La disposizione delle leve presuppone piccoli accorciamenti ed elevato sviluppo di forza Disposizione comune in gruppi agonisti ed antagonisti per il movimento degli arti.

23 STRUTTURA Oltre alle proteine contrattili, sono importanti gli elementi del reticolo sarcoplasmatico: tubuli longitudinali, cisterne terminali, tubuli trasversali (T). Questi ultimi sono introflessioni della membrana sarcoplasmatica e contengono liquido extracellulare: portano le variazioni di potenziale in prossimità dei sarcomeri.

24 ACCOPPIAMENTO ELETTRO-MECCANICO Liberazione di Ca ++ dalle cisterne terminali in presenza di potenziale d'azione; alta affinità della troponina per il Ca ++ ; riassunzione attiva di Ca ++ da parte del reticolo sarcoplasmatico (pompa metabolica, con consumo di ATP); durata del ciclo del Ca ++ assai maggiore del potenziale d'azione.

25 LE BASI MOLECOLARI DELLA CONTRAZIONE La liberazione del calcio

26 Accoppiamento elettromeccanico legame vescicole sinaptiche con proteine di fusione..... Liberazione di Acetilcolina Nello spazio intesinaptico Potenziale dazione Allontanamento delle vescicole vuote Apertura canali Na + /K + e depolarizzazione Apertura voltage-gated dei canali ca ++ reticolo sarcoplasmatico Contrazione muscolare

27 SCOSSA SEMPLICE: risposta meccanica ad una singola stimolazione. Contrazione seguita da rilasciamento, con sviluppo di forza (o accorciamento) ridotto; la risposta meccanica dura almeno 10 volte più a lungo del potenziale d'azione. REGOLAZIONE DELLA CONTRAZIONE

28 Scossa semplice

29 TETANO INCOMPLETO: risposta meccanica a stimolazioni ripetute con intervalli più brevi del ciclo del Ca++ : rilasciamento incompleto e maggiore sviluppo di forza (o accorciamento)

30 Tetano incompleto

31 TETANO COMPLETO (FUSO): risposta meccanica alla stimolazione ad alta frequenza (20-60 Hz). Non avviene rilascimanto e lo sviluppo di forza (o l'accorciamento) è massimo

32 Tetano completo

33 SPIEGAZIONI: progressivo accumulo di Ca ++ intracellulare all'avvicinarsi degli stimoli. Mantenimento in tensione degli elementi non contrattili (visco elastici), che sottraggono la maggior parte del lavoro compiuto dai sarcomeri nella scossa semplice.

34 Per fosforilazione ossidativa attraverso il ciclo di Krebbs, con consumo di ossigeno [aerobico]. RIFORNIMENTO DELL'ATP: Depositi intracellulari (5 s); Per fosforilazione diretta dell'ADP dal creatinfosfato (20 s) [anaerobico alattacido]; Per glicolisi anaerobica (consumo di glucosio e delle riserve di glicogeno), con formazione di acido lattico(2 min) [anaerobico lattacido];

35 Accrescimento e adattamento (allenamento). Concetto di debito di ossigeno. Fibre veloci (pallide): es. coniglio, petto di pollo Fibre lente (rosse): es. lepre; coscia di pollo Diverse strategie metaboliche nei diversi tipi di fibra muscolare. Fatica muscolare

36 Fibre muscolari Tipo ISOSST Tipo IIaFOFRFTa Tipo IIxFGFFFTb rosse bianche

37 ATP ADP + P 1 + Energia 1) meccanismo anaerobico alattacido 2) meccanismo anaerobico lattacido 3) meccanismo aerobico

38 Tipo I Tipo IIa Tipo IIx Velocità, durata, forza di contrazione e resistenza dipendono dalle caratteristiche enzimatiche dell'ATPasi miosinica e dal metabolismo cellulare

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