LA FIBRA MUSCOLARE e il meccanismo della contrazione MODULO: Studio del corpo umano SILSIS - VIII ciclo Paola Morandi

MOMENTO DEL PERCORSO FORMATIVO CLASSE 2° I.T.C.S. con indirizzo biologico 1° anno 2° anno Chimica/SN Laboratorio 4 2 MOMENTO DEL PERCORSO FORMATIVO introduzione al corpo umano - definizione di tessuto - organizzazione gerarchica: cellula, tessuto, organo, apparato - principali tipi di tessuto studio del corpo umano (integrazione e controllo delle attività corporee) - sistema endocrino - sistema nervoso e trasmissione dell’impulso - organi di senso - organi effettori ossa e… struttura del muscolo scheletrico meccanismo della contrazione regolazione della contrazione giunzione neuromuscolare …muscoli

DURATA E SCANSIONE TEMPORALE 2(3) ore di lezione frontale e 1 ora di laboratorio, così ripartite: (1 ora)§ recupero prerequisiti tre tipi di tessuto muscolare (ricapitolazione) 1 ora - caratteristiche della fibra muscolare le proteine contrattili organizzazione dei miofilamenti: il sarcomero (1) organizzazione dei miofilamenti: il sarcomero (2) meccanismo della contrazione e (in breve) sua regolazione esperienza di laboratorio (compresa spiegazione iniziale) NB Non si è prevista una verifica specifica su questo argomento § Se necessario, in base al livello della classe

PREREQUISITI Proteine (monomero/polimero, globulare/filamentosa) Interazione fra proteine (sito di legame, modificazione conformazionale) Nucleo, membrana plasmatica, reticolo endoplasmatico, mitocondrio Cellula specializzata/differenziata e tessuto Molecola di ATP Potenziale d’azione Microscopio ottico ed elettronico

OBIETTIVI DIDATTICI OBIETTIVI FORMATIVI Principali caratteristiche della fibra muscolare Componenti strutturali del sarcomero: actina e miosina Modello di scorrimento dei miofilamenti Ruolo dell’ATP e del calcio nella contrazione Definizione di unità motoria OBIETTIVI FORMATIVI Dal macroscopico al microscopico: gli esseri viventi hanno un’organizzazione strutturale di tipo gerarchico Concetto di unità funzionale Flusso dell’energia (energia chimica  energia meccanica) Il metodo sperimentale: dall’osservazione alla comprensione dei fenomeni

MULTIDISCIPLINARIETÀ STRUMENTI DIDATTICI libro di testo: “Invito alla biologia” di Curtis e Barnes, ed. Zanichelli lavagna: disegni della fibra muscolare e del sarcomero powerpoint: fotografie e disegni laboratorio MULTIDISCIPLINARIETÀ Educazione fisica coppie di muscoli antagonisti per produrre i movimenti ed assicurare la stazione eretta - fonti energetiche del muscolo e debito di ossigeno

IL TESSUTO MUSCOLARE SCHELETRICO livelli di organizzazione Tessuto muscolare scheletrico: insieme di fibre muscolari Fibra muscolare: cellula allungata che contiene le miofibrille Miofibrilla: insieme di filamenti proteici (miofilamenti) organizzati in unità ripetute, i sarcomeri Sarcomero: unità contrattile Per ricordare: muscolo - fibra muscolare - miofibrilla - sarcomero

LA FIBRA MUSCOLARE cellula specializzata cilindrica, molto allungata polinucleata (sincizio) sarcolemma (potenziale d’azione) sarcoplasma (Ca2+, glicogeno mioglobina) Cellula normale nucleo membrana plasmatica reticolo endoplasmatico Sistema T: tubuli trasversali in continuità con il sarcolemma (potenziale d’azione) Nel sarcoplasma sono strettamente impacchettate le miofibrille

I MIOFILAMENTI ACTINA MIOSINA MIOFILAMENTO SOTTILE MIOFILAMENTO SPESSO Troponina e tropomiosina: regolazione della contrazione assemblaggio assemblaggio MIOFILAMENTO SOTTILE MIOFILAMENTO SPESSO possiede siti di legame per la miosina siti di legame per actina e ATP

ORGANIZZAZIONE DEI MIOFILAMENTI: IL SARCOMERO immagine al microscopio elettronico Filamento sottile (actina) 0.5 μm Linea M Filamento spesso (miosina) Banda A scura Banda I chiara Banda H dettagli, sezione trasversale Linea Z Le miofibrille sono disposte parallelamente all’asse maggiore della fibra muscolare ! …e con le bande A e I allineate a registro

LA CONTRAZIONE ?! Osservazione: durante la contrazione sarcomero immagine al microscopio elettronico Filamento sottile (actina) Filamento spesso (miosina) Banda A scura Banda I chiara Linea Z ?! Osservazione: durante la contrazione le linee Z si avvicinano (il sarcomero si accorcia) la banda I diventa più piccola la banda A rimane costante  IL MODELLO DI SCORRIMENTO DEI FILAMENTI

LA CONTRAZIONE: MECCANISMO MOLECOLARE …oppure figura 33.27 del libro di testo

REGOLAZIONE DELLA CONTRAZIONE Un impulso nervoso provoca il rilascio del calcio dal reticolo sarcoplasmatico Il calcio diffonde nel sarcoplasma e si lega alla troponina Il complesso troponina-tropomiosina libera i siti di legame per la miosina sull’actina (inizia la contrazione) § Quando cessa la stimolazione, il calcio viene risequestrato nel reticolo sarcoplasmatico (la fibra si rilassa) § figura 33.28 del libro di testo UNITÀ MOTORIA Ogni fibra muscolare è innervata da un neurone motorio. Si definisce unità motoria l’insieme del neurone motorio e delle fibre da esso innervate.

LABORATORIO osservare la struttura del tessuto muscolare scheletrico Figura: immagine al microscopio ottico di un campione di tessuto muscolare scheletrico NO ! NB : 1) ripasso reattivo del biureto 2) quantitativo vs qualitativo 3) lettura critica !!

SCHEDA DI LABORATORIO Studente: Data: Titolo dell’esperimento: Colorazione con blu di metilene Che cosa colora il blu di metilene e perché? Perché il campione presenta delle striature? Colorazione con reattivo del biureto Che cosa colora il reattivo del biureto? Come si colora il campione dopo trattamento con il reattivo del biureto? Perché?

I muscoli artificiali Sveglia !! Perché studiare la scienza ? La scienza in evoluzione http://www.hansonrobotics.com/ http://eap.jpl.nasa.gov/ Possibile intervento di un esperto di robotica/biomimetica Biomimetica: copiare quanto di più efficiente c’è nel mondo naturale per creare oggetti artificiali che siano più forti, più veloci e più agili di quelli oggi esistenti…ciò implica la comprensione dei principi fondamentali che stanno alla base del loro funzionamento e la loro successiva implementazione nei dispositivi robotici.