Contrazione muscolare

Filamenti di actina L’actina è costituita dalla polimerizzazione di monomeri di actina G, globulare (diametro = 55 Å), a formare la doppia elica di actina F, filamentosa (lunghezza 1 m e spessore 80 Å); nei solchi dell’elica di actina si trovano molecole filamentose della proteina tropomiosina; attaccate ad ogni molecole di tropomiosina vi è il complesso di proteine globulari della troponina, distanziati tra loro di circa 400 Å lungo il filamento di actina. I filamenti di actina sono ancorati ad estremità del disco Z mediante -actinina;

Filamenti di miosina - I singoli monomeri che si polimerizzano a formare il filamento spesso di miosina sono lunghi (1500 Å) e sottili (20 Å); - un’estremità del monomero di miosina forma la testa, globulare (diametro 40 Å; lunghezza 200 Å); la porzione allungata costituisce la coda; Il trattamento con tripsina scinde la molecola di miosina in due parti: meromiosina leggera (LMM) che costituisce la coda; meromiosina pesante (HMM) che costituisce la testa ed il collo; la testa è formata da terminazioni globulari delle due catene polipeptidiche e da tre o quattro catene leggere di miosina con attività ATPasica.

In condizioni di bassa [Ca 2+] il complesso di troponina (Tn) formato da unità C, T (1, 2) e I, si lega con actina e tropomiosina costringendo quest’ultima a inibire stericamente l’attacco dei ponti trasversi della miosina ai siti dell’actina.

[Ca2+] sarcoplasmatica >10 – 7 M consente legame di Ca2+ a TnC, causa cambio conformazionale sub-unità complesso troponina, con conseguente allontanamento della tropomiosina dal sito legante la miosina. L’attività dei ponti trasversi può procedere finchè non viene rimosso il Ca2+ dalla TnC.

La titina è una enorme proteina elastica che occupa tutta la distanza tra disco Z e linea M. Ha la funzione di agevolare il ritorno del sarcomero allungato alla sua lunghezza di riposo; inoltre stabilizza la disposizione dei filamenti all’interno del sarcomero con l’aiuto della proteina non elastica nebulina. La nebulina si trova di fianco ai filamenti sottili e si attacca ai dischi Z. Garantisce l’allineamento dei filamenti di actina del sarcomero.

Il reticolo sarcoplasmatico (RS) che avvolge ogni miofibrilla da una linea Z all’altra, costituisce un compartimento delimitato da una membrana distinto dal sarcoplasma; le cisterne terminali dei reticoli sarcoplasmatici di due sarcomeri contigui entrano in intimo contatto con il tubulo T interposto tra essi. Quando vengono isolate, le membrane del reticolo sarcoplasmatico formano vescicole microscopiche (diametro 1 m) che possono captare Ca2+ dal mezzo circostante ed in presenza di ossalato si formano precipitati di ossalato di calcio; L’attività di sequestro di Ca 2+ operata dal reticolo sarcoplasmatico è abbastanza elevata da mantenere concentrazioni di Ca 2+ libero nel sarcoplasma del muscolo al di sotto di 10 -7M ; L’attività di sequestro del Ca 2+ da parte del reticolo sarcoplasmatico è esercitata da una ATPasi – Ca 2+ presente sulla sua membrana, che corrisponde al 90% delle proteine di membrana dell’organello. E’ facilitata inoltre dalla calsequestrina, proteina legante Ca 2+ presente nell’interno del RS che riduce il gradiente di concentrazione di Ca 2+ contro cui deve lavorare la pompa

TEORIA DELLO SCORRIMENTO DEI FILAMENTI

Quando un sarcomero si contrae, i filamenti sottili e spessi non cambiano in lunghezza. Il filamento sottile di actina scivola sul filamento spesso di miosina, spostandosi verso la linea M al centro del sarcomero. La banda A non si modifica in lunghezza, ma sia la zona H che la banda I si accorciano mentre i filamenti si sovrappongono.

La forza che spinge il filamento di actina è il movimento dei ponti crociati di miosina che legano actina e miosina. La miosina è una proteina motrice che converte il legame chimico dell’ATP in energia meccanica.

Nello stato rilassato la tropomiosina blocca parzialmente i siti di legame dell’actina per la miosina. La contrazione viene iniziata quando il Ca2+ si lega alla troponina C. Il legame col Ca2+ cambia la conformazione della molecola di tropomiosina e scopre il resto del sito di legame per la miosina, così che questa può completare la propria flessione. I segnali per la contrazione muscolare arrivano dal SNC ai muscoli scheletrici per mezzo dei motoneuroni.

L’acetilcolina proveniente dal motoneurone innesca un potenziale d’azione nella fibra muscolare che a sua volta scatena una contrazione. Questa combinazione di eventi elettrici e meccanici viene definito accoppiamento eccitazione-contrazione.

L’acetilcolina viene rilasciata dal motoneurone somatico, facendo così aprire i canali ionici presenti sulla placca motrice; si crea così un potenziale d’azione che corre lungo la membrana della fibra e lungo i tubuli T.

Il reticolo sarcoplasmatico avvolge ogni singola miofibrilla. Il sistema dei tubuli T è strettamente associato al reticolo sarcoplasmatico ed è in continuità con la membrana di superficie della fibra muscolare. I tubuli T permettono ai potenziali d’azione che originano sulla superficie cellulare a livello della giunzione neuromuscolare di passare velocemente all’interno della fibra. Senza tubuli T, il potenziale d’azione potrebbe raggiungere il centro della fibra solo per diffusione di cariche positive nel citosol, processo più lento che ritarderebbe il tempo di risposta della fibra muscolare.

La fibra muscolare si rilassa quando il Ca2+ viene rilasciato dalla troponina e la tropomiosina torna a bloccare il sito di legame della miosina .Il Calcio viene ritrasportato dentro al reticolo sarcoplasmatico tramite una Ca2+-ATPasi. L’ATPasi della miosina idrolizza l’ATP in ADP e P, che restano legati alla testa della miosina. La miosina torna indietro e si lega ad una nuova molecola di actina, pronta a eseguire la successiva flessione.

La grande quantità di mioglobina, numerosi mitocondri e un’estesa rete di capillari sanguigni distinguono il muscolo ossidativo a lenta contrazione dal muscolo glicolitico a contrazione rapida.