Un muscolo è un organo effettore che, se opportunamente stimolato da una terminazione nervosa è in grado di contrarsi e quindi di compiere un lavoro Il neurotrasmettitore liberato dal motoneurone è l’acetilcolina. L’acetilcolina si lega ai recettori nicotinici (recettori-canale) presenti sulla membrana delle fibrocellule muscolari, la cui apertura provoca un potenziale post-sinaptico eccitatorio (potenziale di placca)

Un muscolo scheletrico e’ costituito da tante fibre (o fibrocellule) muscolari disposte in parallelo. Ciascuna fibra muscolare e’ innervata da un motoneurone (placca neuromuscolare) assone placca motrice muscolo Fibrocellule muscolari Ciascuna fibra (o fibrocellula) muscolare costituisce una unità cellulare

Una fibra o fibrocellula muscolare e’ a sua volta costituita da tante miofibrille disposte in parallelo Sarcolemma Sarcoplasma Filamenti Miofibrille Nucleo Striature Qui viene mostrata una fibrocellula muscolare scheletrica con esposte le miofibrille costituite da filamenti intracellulari di actina e miosina. (x 600)

A loro volta le miofibrille sono organizzate in maniera modulare: i sarcomeri, costituiti da miofilamenti di actina e miosina linee Z sarcomero linea M banda I banda A banda I sarcomero linea Z filamento spesso (miosina) filamento sottile (actina)

Complesso della Troponina Ultrastruttura dei miofilamenti Filamenti sottili (actina) Tropomiosina Complesso della Troponina G-actina 2 filamenti ad elica (F-actina) costituiti da unita’ globulari in serie (G-actina) 2 filamenti di tropomiosina complessi globulari di troponina

Ultrastruttura dei miofilamenti Filamenti spessi (miosina) Molecola di miosina Filamento di miosina Teste della miosina testa coda Ciascun filamento e’ costituito da 2 catene polipeptidiche ad a-elica Ciascuna catena comprende: una coda (meromiosina leggera) una testa e un collo (meromiosina pesante) Piu’ filamenti di miosina si aggregano a formare un fascio bipolare in cui le teste sono sfasate tra di loro di alcuni nm

Durante la contrazione muscolare la miosina si lega all’actina reversibilmente sarcomero Disco Z RILASSAMENTO CONTRAZIONE miosina actina Un’estremita’ dei filamenti di actina e’ ancorata al disco Z. I fasci di filamenti di miosina sono bipolari. Durante la contrazione i filamenti di actina e miosina scorrono gli uni sugli altri senza accorciarsi. Il movimento di scorrimento e’ guidato dalle teste di miosina che si muovono verso l’estremita’ ancorata al disco Z del filamento di actina adiacente.

Ruolo del Ca2+ nella contrazione testa tropomiosina miosina troponina sito di legame actina In assenza di Ca2+ la tropomiosina blocca i siti attivi sull’actina Quando il Ca2+ si lega alla troponina: Il complesso della troponina cambia configurazione La troponina sposta la tropomiosina, esponendo i siti di binding dell’actina per la miosina L’actina e la miosina possono interagire

Ciclo della contrazione 1) Fibra a riposo: la testa della miosina non è attaccata all’actina Idroliso dell’ATP 5) La testa della miosina ritorna al suo orientamento originale Ca2+ 2) Legame della testa della miosina all’actina ATP Legame di ATP 4) Rilascio della testa della miosina dall’actina A riposo: miosina distaccata dall’actina (ADP+ Pi) Ca2+ → la miosina si lega all’actina Rilascio di ADP+Pi → scorrimento dei filamenti Legame di ATP → rilascio della miosiina Idrolisi dell’ATP → la miosina ritorna al suo orientamento originale Rilascio di ADP e Pi 3) Scorrimento dei filamenti di miosina e actina

Ultrastruttura del muscolo scheletrico Miosina spessa Actina sottile Nucleo Triade Miofibrilla TT RS RS Banda I Banda A Banda I Nucleo Sarcomero

Il reticolo sarcoplasmatico Da dove arriva il Ca2+? Il reticolo sarcoplasmatico Tubulo a T Sarcolemma Filamento sottile Filamento spesso Triade Reticolo sarcoplasmatico Cisterna terminale

Ruolo dei Tubuli Trasversi (Tubuli a T) Invaginazioni del sarcolemma Il lume è ripieno di liquido extracellulare Tubuli a T Fibra muscolare La membrana dei tubuli a T contiene canali del Na+ e K+ necessari per propagare i PA in profondità nella fibra La membrana dei tubuli a T contiene inoltre proteine “sensori del voltaggio” che innescano il rilascio del Ca2+ dal RS in risposta ad un PA

Ruolo del Reticolo Sarcoplasmatico Rete di cisterne intracellulari che immagazzinano e rilasciano Ca2+ Tubulo a T RS Longitudinale RS Terminale (cisterna) Triade Ca2+

Ruolo del Reticolo Sarcoplasmatico Rete di cisterne intracellulari che immagazzinano e rilasciano Ca2+ Ca2+ Il RS longitudinale contiene Ca2+-ATPasi che pompano Ca2+ nel RS alla fine della contrazione Ca2+ ATPasi

Ruolo del Reticolo Sarcoplasmatico Il RS longitudinale contiene Ca2+-ATPasi che pompano Ca2+ nel RS alla fine della contrazione Ruolo del Reticolo Sarcoplasmatico Rete di cisterne intracellulari che immagazzinano e rilasciano Ca2+ Ca2+ Ca2+ ATPasi Canale per il rilascio del Ca2+ Il RS terminale contiene un grosso complesso proteico denominato canale di rilascio del Ca2+ o recettore per la ryanodina

Modello per il rilascio voltaggio-dipendente del Ca2+ Sensore del volt. Canale di rilascio TT RS A riposo Ca 2+ Vm + - Depolarizzata Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+

Ca2+ Accoppiamento EC in Azione SR Tubulo a T Sarcolemma RyR1 DHPR Pompa del Ca2+

Meccanismo di rilascio del Ca2+ dal reticolo sarcoplasmatico

Schema riassuntivo

Accoppiamento Eccitamento-Contrazione (EC) nel Muscolo Scheletrico Tensione Vm Ritardo C’è un significativo ritardo tra l’eccitamento del muscolo (PA) e la contrazione (tensione)

Controllo della forza di contrazione Scala dei tempi: Un PdA muscolare tipico dura 3-5 ms Una contrazione muscolare tipica dura 100 ms Se il tempo tra i PdA viene ridotto: La fibra muscolare non può essere completamente rilassata al momento del 2° stimolo La 2a contrazione è più forte SOMMAZIONE

Il Tetano Muscolare A) Scosse muscolari semplici Tensione Tempo (ms) B) Sommazione

Il Tetano Muscolare C) Sommazione che porta ad un tetano incompleto Tempo (ms) Tensione C) Sommazione che porta ad un tetano incompleto Tensione massima

Il Tetano Muscolare Tempo (ms) Tensione Tensione massima D) Sommazione che porta ad un tetano completo Fatica Scossa muscolare semplice Il tetano muscolare consiste nella sommazione o fusione delle scosse muscolari semplici nelle singole fibre muscolari La sommazione e’ resa possibile dalla breve durata del periodo di refrattarieta’ rispetto alla durata della singola contazione della fibra muscoloare

Relazione lunghezza-tensione nella contrazione di un muscolo scheletrico Viene mostrata la tensione generata da un muscolo in relazione alla sua lunghezza a riposo prima dell’inizio della contrazione. Alla lunghezza ottimale c’è un maggior numero di ponti trasversali tra filamenti spessi e sottili e la fibra può generare il suo massimo di forza (A) La tensione sviluppata durante una scossa muscolare semplice è determinata dalla lunghezza del sarcomero