** Tessuto muscolare 22/09/2018 v. Iacobazzi

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Sarcomero 22/09/2018

STRUTTURA MOLECOLARE DEI MIOFILAMENTI SPESSI Sede dell’interazione con l’actina e dell’attività ATPasica 22/09/2018 STRUTTURA MOLECOLARE DELLA MIOSINA

STRUTTURA MOLECOLARE DEI FILAMENTI LEGGERI Sono costituiti da actina, tropomiosina e troponina 22/09/2018

Actina-miosina/ADP-P Fosforilazione/defosforilazione della miosina actina ATP-miosina acqua Actina-miosina/ATP ADP-P-miosina ATP actina Actina-miosina Actina-miosina/ADP-P ADP+P 22/09/2018

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Classificazione dei tessuti muscolari Classificazione istologica (scheletrico, cardiaco, liscio) Classifcazione metabolico-funzionale Fibre rosse: elevate quantità di mioglobina grande vascolarizzazione ricca di mitocondri poca fosfocreatina fibre bianche: poca mioglobina pochi mitocondri povera di grassi ricca di glicogeno basso flusso sanguigno Contraz. lenta Attività lunga e Prolungata, senza riposo Fibre I Contraz. rapida e intensa Lavoro ritmico volontario Fibre IIA e IIB 22/09/2018

Costituenti tessuto muscolare m. Scheletrico M.cardia M.liscio 72-75 16-20 8.0 3.3 0.15 0.3-0.8 0.42 0.03 0.6 0.13 Acqua Proteine Lipidi Fosfolipidi Steroidi Glicogeno Creatina+creatinina Carnosina Ioni RNA e DNA 72-79 16-20 7.5 0.9 0.06 0.6-1.0 0.3 0.01 1-1,2 73-79 16-20 8.3 1.5 - 0.1-1.2 0.19 0.03 0.9 0.6 22/09/2018

Composizione % in fibre del muscolo scheletrico nell’uomo Fibre rosse Fibre bianche Sedentari 53 47 Sprinters 24 76 Mezzofondisti 62 38 Fondisti 79 21 22/09/2018

Proprietà biochimiche M. Bianco M. rosso Substrati utilizzati Prodotti finali Attività ATP asica della miosina Mitocondri Dipendenza da ossigeno Attività glicolitica forsfocreatina Glucosio Ac. Lattico Elevata Pochi Poca Alta notevole Ac.grassi. glucosio Anidride carb.+acqua bassa Molti Elevata Bassa bassa 22/09/2018

ATP CO2 & H+ Krebs CO2 Ciclo H+ Glucosio H+ Acido lattico (2) Anaerobico Glucosio Energia H+ Acido piruvico (2) Acido lattico (2) ATP Inter Cellular Fluid Mitochondria CO2 & H+ Acidi grassi Amino Acidi Aerobico Acetyl Co-A (2) Energia ATP Krebs Ciclo CO2 H+ To ETC 22/09/2018

Substrati e ATP Il metabolismo del muscolo scheletrico è specializzato a produrre ATP necessario per la contrazione muscolo Ac. lattico Attività intensa gliocogeno (Ox. Anaerob.) Ac. Grassi Corpi chetonici Glucosio del sangue Riposo Attività leggera CO2 (Ox. Aerob) Fegato Tessuto adiposo dieta ADP+Pi ATP 22/09/2018 Contrazione muscolare

Fonti di ATP: fibre bianche 2 fosfocreatina Glicogeno muscolare 1 Creatina fosfo chinasi glicolisi Fosforilasi muscolare creatina ATP Contrazione Glucosio-6-P Fosf. ox ADP+Pi AMP ADP 3 Adenilato chinasi 22/09/2018

2. Fosfocreatina Reazione catalizzata dalla creatina chinasi (10-30 mM nel muscolo scheletrico) Reazione spostata a sinistra durante l’intensa attività muscolare 22/09/2018

Creatina+ ATP forfocretina+ADP Creatina chinasi (CK o CPK) Nei muscoli a riposo la conc. di fosfocreatina > con. di ATP La CK e’ una proteine dimerica: una di tipo M (muscle) e una di tipo B (brain). Elettroforeticamente si possono separare 3 isoforme: CK-MM nel muscolo scheletrico CK-MB nel cuore CK-BB nel cervello Nello stesso tessuto è possibile distinguere una diversa CK legata alla superficie esterna della membrana interna dei mitocondri: facilita il passaggio nel citosol di fosfati altamente energetici sotto forma di fosfocreatina 22/09/2018

La fosfocreatina ha funzione di riserva e di Energia immediatamente disponibile. Nei primi secondi di uno sforzo intenso la concentrazione di fosfocreatina diminuisce di 4-5 volte rispetto all’ATP di riserva. Corsa veloce: ATP di riserva 5.2 mM 3.7 Creatina fosfato 9.1 2.1 Lattato 1.6 8.3 pH del sangue 7.4 7.24 22/09/2018

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Viene modificato il rapporto ATP/AMP (accumulo di AMP) Nei primissimi stadi dell’attività muscolare la conc. ATP è costante, perché fosforcreatina+ADP Creatina+ ATP Viene modificato il rapporto ATP/AMP (accumulo di AMP) AMP stimola le vie di ossidazione del glucosio a 2ADP ATP + AMP fosforilasi fosfrofruttochinasi glicogenolisi Subito viene attivata la Glicolisi anaerobica Attivazione della Fosf.ox glicolisi Glucosio Diminuita attività muscolare ATP Consumo di O2 Lattato + H+ Rapido consumo di ATP Accumulo di ADP diminuita azione del Ca sulla contrazione gluconeognesi Gli ioni idorgeno competono con Ca nei confronti delle proteine contrattili (diminuzione attività muscolare) 22/09/2018

Molto attiva è l’adenilato chinasi o miochinasi che catalizza: 2. AMP (altri effetti di AMP situazione di emergenza) Molto attiva è l’adenilato chinasi o miochinasi che catalizza: 2ADP ATP + AMP NH3 AMP deaminasi IMP fumarato Ciclo dell’AMP PFK + Aspartato+GTP GDP + P glicolisi adenilosuccinato 22/09/2018

Velocità di sintesi e quantità di ATP prodotta Vie substrati velocità ATP ricavabile tempo necessario produzione ATP da completa al consumo totale (mmoli/g/sec) utilizzaz. dei dei substrati substr. (mmoli/g) CK PC 4.0 30 7.5 s Gl. Anaer. Glicogeno 2.0 100 2.5 min Fosfox glicogen-gluc. 0.6 100 90 min Fosfox ac. Grassi 0.3 12 milioni 83 ore 22/09/2018

GLICEROLOFOSFATO-DEIDROGENASI Un ‘altra caratteristica dei muscoli bianchi è l’elevata concentrazione di di GLICEROLOFOSFATO-DEIDROGENASI PER PERMETTERE UN RAPIDO RECUPERO DI NAD NELLA FORMA OSSIDATA DEBITO DI OSSIGENO <L’OSSIDAZIONE DEL GLUCOSIO ARRIVA FINO AD AC.LATTICO <L’AC. LATTICO è RIOSSIDATO NELLA FASE DI RIPOSO (CICLO DI CORI) <QUESTO RITARDO NELLA RIOSSIDAZIONE DETERMINA LA SITUAZIONE DI DEBITO DI OSSIGENO 22/09/2018

Energy Transfer Systems and Exercise 100% Contributo % alla produzione di ATP Anaerobica Glicolsi :sistema rapido di breve durata Aerobica Energia: Systema lento e duraturo ATP – CP. Sistema immediato 10 sec 30 sec 2 min 5 min + 22/09/2018

Variazioni di concentrazione dei substrati Corsa veloce: ATP di riserva 5.2 mM 3.7 Creatina fosfato 9.1 2.1 Lattato 1.6 8.3 pH del sangue 7.4 7.24 Cambiamenti di conc.delle fonti di E nel muscolo in attività riposo 3 min 8 min ATP 27 26 19 Lattato 5 8 13 Glicogeno 408 350 282 Fosfocreatina 78 27 7 Creatina 37 88 115 mmoli/kg peso secco 22/09/2018

lattato glucosio Lattato mmoli/min/100 ml sangue glucosio 10 20 30 40 Rilascio di lattato e assunzione di glucosio nel muscolo in esercizio Lattato mmoli/min/100 ml sangue lattato glucosio glucosio 10 20 30 40 22/09/2018

Ciclo glucosio alanina Ciclo di Cori Ciclo glucosio alanina 22/09/2018

Ciclo di Cori: riossidazione del lattato In questo processo è coinvolta anche l’alanina (degradazione delle proteine). Può aumentare notevolemnete (60%-90% rispetto alla norma) in relazione all’intesità esercizio muscolare. muscolo sangue glicogeno glucosio Glucosio-6-P ATP proteine a. piruvico alanina alanina alanina Glucosio-6-P a. lattico a. lattico a. lattico a. piruvico glicogeno 22/09/2018 fegato

MUSCOLI ROSSI: Glicolisi aerobica Il glucosio nell’esercizio prolungato viene dal fegato Gli acidi grassi sono i più importanti Contributo % del glucosio, dei NEFAdel sangue e glicogeno muscolare Al consumo di ossigeno dei muscoli durante un esercizio prolungato Durata esercizio glucosio ematico NEFA glicogeno muscolare 40 27 37 36 90 41 37 22 180 36 50 14 240 30 62 8 22/09/2018

Il glucosio viene soprattutto dal sangue (fegato) Esempio: Se un maratoneta consumasse solo glucosio utilizzerebbe 5g/minuto Deposito di glicogeno nel fegato è 100g Riserva solo per 20 minuti di corsa NECESSITA’ degli ACIDI GRASSI (60% del consumo di ossigeno) Anche i corpi chetonici 22/09/2018

ed è necessario l’intervento di altri composti energetici: Nell’esercizio prolungato i levelli di glicogeno muscolare cadono rapidamente ed è necessario l’intervento di altri composti energetici: acidi grassi Catecolammine glucagone lipolisi Fegato Tessuto adiposo Acidi grassi ATP b-ox Trasporto ai muscoli Il muscolo contiene un’altra fonte di energia: le sue stesse proteine (IMPORTANTI SONO GLI AA. A CATENA RAMIFICATA) 22/09/2018 E’ sempre necessario, però, assicurare un livello basale di glucosio

Camminare a vel. ordinaria lipidi Corsa lipidi (50%) glucidi (50%) La quantità di acidi grassi utilizzata dipende molto dal tipo di attività: Camminare a vel. ordinaria lipidi Corsa lipidi (50%) glucidi (50%) Maratona lipidi 70% L’allenamento aerobico innalza la capacità di ossidare gli acid grassi: - aumento fibre rosse, aumento mitocondri, attività enzimi ox acidi grassi - aumento di ATP da ox. ac. Grassi rallenta la glicolisi Rimozione degli acidi grassi in circolo (azione detossificante) 22/09/2018

Amino acidi Aumenta il catabolismo proteico muscolare ed epatico Aumento di aa. A catena ramificata forniscono una quota di energia Dimnuziona di glutammato e glutammina che si riversano in circolo e arrvivano al fegato Ruolo importante dell’aspartato Transaminazione ossalacetato Aminazione asparagina Ciclo AMP 22/09/2018

Transaminazione degli amino acidi a catena ramificata 22/09/2018

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Attiavzione delle glicogenolisi e glicolisi nel muscolo in contrazione: ruolo del Ca cAMP Ca/calmodulina + Esercizio muscolare PKA Fosforilasi chinasi + E ATP ADP Fosf. ox Meccanismi indipendenti dagli ormoni. -1 Calcio -2 AMP glicogenolisi AMP + PFK-1 22/09/2018

Regolazione del metabolismo muscolare: Correlazione tra tessuto epatico-tessuto adiposo e Tessuto muscolare (sforzo prolungato) stimolazione glicogenolisi muscolare Produzione acido lattico e suo trasporto al fegato; riossidazione a Glucosio (gluconeogenesi) Lipolisi elevata e soppressione lipogenesi Aumento Ossidazione acidi grassi 22/09/2018

Effetti benefici dell’attività fisica Condizione colesterolo tot. TG LDL HDL Sedentari 212 154 136 43 Joggers 204 105 125 58 Maratoneti 187 77 107 65 22/09/2018

Controllo delle glicogenosintesi e glicogenolisi nella contrazione Il glucosio appena entrato nella cellula viene subito fosforilato a glucosio-6-P, che può essere utilizzato in tre vie: glicogenosintesi glicolisi via dei pentosi Fattori di controllo: ormonali: Insulina, glucagone, adrenalina metabolici: modifica ATP/AMP neuronali: Ca++ 22/09/2018

Cosa fa? muscoli Creatina Monoidrato Aumenta i depositi intracellulari di creatina fosfato Aumenta la capacità anaerobica Diminuisce l’accumulo di acido lattico Ritarda l’insorgenza della fatica muscolare Aumenta la ritenzione di acqua nei muscoli Cosa non fa: Rendere più forti e veloci Aumentare la massa Diminuire la % di grassi 22/09/2018 muscoli

Note riassuntive sul muscolo scheletrico Il m.s. funziona sia in anaerobiosi che aerobiosi Contiene mioglobima come riserva di ossigeno Contiene differenti tipi di fibre I principali costituenti sono: actina, miosina,tropomiosina e troponina L’insulina fa aumentare l’assorbimento di glucosio Il glucosio viene immagazzinato come glicogeno (carico di glicogeno negli atleti) L’adrenalina stimola la liberazione di glicogeno Manca delle glucosio-6-P-fosfatasi 22/09/2018

Utilizza anche corpi chetonici Contiene fosfocreatina che agisce come deposito di E per le esigenze a breve termine Gli acidi grassi sono la principale fonte di E nell’esercizio prolungato e digiuno Utilizza anche corpi chetonici E’ il principale sito del metabolismo degli aa. a lunga catena (utilizzati anche come fonte di E) Nel digiuno prolungato aumenta la proteolisi I principali aa che escono dal muscolo sono alanina e glutammina 22/09/2018