il sistema scheletrico e il sistema muscolare vertebrati ... · – protegge gli organi molli 16.2...
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Il sistema scheletrico e il sistema muscolare – Vertebrati senza arti
Alcuni gruppi di vertebrati, tra cui i serpenti, hanno perduto gli arti durante l’evoluzione
Come è accaduto?
▪ Gli animali si muovono in modo estremamente vario
▪ Locomozione – È lo spostamento attivo da un luogo all’altro – Comporta un dispendio di energia per vincere attrito e
gravità
16.1 Negli animali si sono evolute diverse modalità di movimento
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▪ La locomozione in acqua – L’acqua sostiene gran parte del peso – L’attrito con un fluido denso come l’acqua è molto alto
16.1 Negli animali si sono evolute diverse modalità di movimento
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▪ La locomozione su terraferma – Attrito molto ridotto – Bisogna contrastare la forza di gravità
16.1 Negli animali si sono evolute diverse modalità di movimento
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▪ Animali striscianti – Gli animali che non utilizzano arti per la locomozione
devono superare un attrito elevato con il terreno – Le tecniche possibili sono varie
– Movimento ondulatorio – Movimento in linea retta sfruttando le scaglie come appigli – Movimento peristaltico
16.1 Negli animali si sono evolute diverse modalità di movimento
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Capo
Setole
Muscolo longitudinale rilassato (disteso)
Muscolo circolare contratto
Muscolo circolare rilassato
Muscolo longitudinale contratto
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▪ Il volo – Tutti i tipi di ali hanno forma aerodinamica che modifica le
correnti d’aria per generare una spinta dal basso verso l’alto – Gli unici animali in grado di volare attivamente sono insetti,
uccelli e pipistrelli
16.1 Negli animali si sono evolute diverse modalità di movimento
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Forma aerodinamica
dell’ala
▪ Lo scheletro svolge molte funzioni – Insieme ai muscoli permette il movimento – Dà forma e sostegno al corpo – Protegge gli organi molli
16.2 Lo scheletro ha funzioni di sostegno, ma anche di movimento e protezione
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▪ Scheletro idrostatico – È costituito da un liquido mantenuto sotto pressione in un
compartimento chiuso del corpo – Si osserva in molti animali acquatici e negli animali terrestri
che strisciano sul terreno o scavano gallerie con movimenti peristaltici
16.2 Lo scheletro ha funzioni di sostegno, ma anche di movimento e protezione
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▪ Esoscheletro – È uno scheletro esterno rigido – Negli artropodi è un rivestimento resistente composto da strati
di proteine e di chitina – Molluschi come bivalvi, lumache e cipree hanno un esoscheletro
costituito da una o più conchiglie di carbonato di calcio
16.2 Lo scheletro ha funzioni di sostegno, ma anche di movimento e protezione
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Conchiglia (esoscheletro)
Mantello
▪ Endoscheletro – È formato da elementi di sostegno duri o coriacei situati
all’interno del corpo dell’animale – Può essere costituito da strutture e materiali molto diversi
– Spugne: spicole costituite da sali di calcio o silice – Echinodermi: dermascheletro, piastre dure sottocutanee calcaree – Vertebrati: cartilagine oppure ossa e cartilagine
16.2 Lo scheletro ha funzioni di sostegno, ma anche di movimento e protezione
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▪ Lo scheletro dei vertebrati – Scheletro assile
– Cranio – Colonna vertebrale – Cassa toracica (nella maggior parte dei vertebrati)
– Scheletro appendicolare – Formato dalle ossa degli arti e da quelle che uniscono gli
arti allo scheletro assile – In un vertebrato di terraferma gli arti superiori si
inseriscono nel cinto scapolare e quelli inferiori nel cinto pelvico
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16.3 Lo scheletro dei vertebrati è una variazione su un tema antico
alla luce dell’evoluzione
CranioClavicola
Scapola
Cinto scapolare
Sterno
CostolaOmeroVertebraRadioUlna
Cinto pelvico
Carpo
Falangi
Metacarpo
Femore
Rotula
Tibia
Perone
TarsoMetatarsoFalangi
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MetacarpoFalangi
Carpo
Cinto pelvicoUlnaRadio
Vertebra
Omero
Costola
Sterno
Cranio
Clavicola
ScapolaCinto scapolare
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FemoreRotula
Tibia
Perone
TarsoMetatarsoFalangi
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Dischi intervertebrali
Osso iliaco
7 vertebre cervicali
12 vertebre toraciche
5 vertebre lombari
Osso sacroCoccige
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▪ Le ossa sono formate da componenti minerali e da diversi tipi di tessuti vivi metabolicamente attivi
– Periostio: rivestimento di tessuto connettivo fibroso – Cartillagine: forma cuscinetti che ammortizzano gli impatti e
diminuiscono l’attrito nelle giunzioni – Tessuto osseo: è formato da una matrice di fibre di collagene
immerse in un’impalcatura di sali minerali – Gli osteoblasti secernono la matrice ossea e vivono al suo interno
16.4 Le ossa sono organi complessi costituiti da tessuti vivi e metabolicamente attivi
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▪ Struttura delle ossa lunghe – Diafisi: è la parte centrale, cilindrica, allungata
– Costituita da osso compatto – Contiene una cavità costituita da midollo osseo giallo
– Epifisi: sono le estremità – All’esterno, osso compatto – All’interno, osso spugnoso – Le piccole cavità dell’osso spugnoso contengono midollo
osseo rosso
16.4 Le ossa sono organi complessi costituiti da tessuti vivi e metabolicamente attivi
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▪ Metabolismo – All’interno dei canali ossei
– Vasi sanguigni – Nervi
16.4 Le ossa sono organi complessi costituiti da tessuti vivi e metabolicamente attivi
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Cartilagine
Osso spugnoso (contiene il midollo osseo rosso)
Cartilagine
Osso spugnoso
Osso compatto
Cavità centrale della diafisi
Midollo osseo giallo
Vasi sanguigni
Tessuto connettivo fibroso
Quando l’osso si spezza
▪ Le cellule del tessuto osseo – Rimuovono in continuazione la vecchia matrice ossea
e la sostituiscono con nuovi materiali – Riparano le ossa in caso di frattura
▪ Curare le fratture ossee – L’osso viene riportato alla sua forma e immobilizzato – Le cellule producono nuovo tessuto e riparano la
frattura
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COLLEGAMENTO salute
▪ Osteoporosi – È una malattia caratterizzata da una diminuzione della
massa ossea e dal deterioramento strutturale del tessuto osseo
– Fattori di rischio – Scarso livelli di calcio nella dieta – Mancanza di esercizio fisico – Fumo – Menopausa
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Quando l’osso si spezzaCOLLEGAMENTO salute
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16.5 Le articolazioni permettono diversi tipi di movimento
▪ Gran parte della versatilità dello scheletro dei vertebrati è dovuta alla presenza di articolazioni che consentono diversi tipi di movimento − Enartrosi − Articolazioni a cerniera − Articolazioni a perno
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OmeroTesta dell’omero
Scapola
Enartrosi
Ulna
Articolazione a cerniera
Ulna
Articolazione a perno
Radio
Testa dell’omero
Scapola
Enartrosi
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Omero
Ulna
Articolazione a cerniera
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Ulna
Articolazione a perno
Radio
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▪ Per produrre il movimento, i muscoli interagiscono con le ossa, che funzionano come leve
▪ I muscoli sono collegati alle ossa mediante i tendini, formati da tessuto connettivo fibroso
▪ Un muscolo può soltanto contrarsi attivamente − Il rilassamento successivo alla contrazione è un processo passivo
16.6 Scheletro e muscoli interagiscono per produrre il movimento
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▪ Coppie di muscoli antagonisti – Applicano forze opposte alle stesse parti dello scheletro – Permettono di muovere le parti del corpo e di riportarle
attivamente alla posizione di partenza
16.6 Scheletro e muscoli interagiscono per produrre il movimento
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Bicipite contratto
Tricipite contratto
Bicipite rilassato
Tricipite rilassato
Tendine
Braccio flesso Braccio teso
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Lezione 3
LA CONTRAZIONE MUSCOLARE E IL MOVIMENTO
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Muscolo
Fascio di fibre muscolari
Singola fibra muscolare
Membrana plasmatica
Miofibrilla
Nuclei
Banda chiara
Banda chiara
Banda scura
Sarcomero
Linea Z
16.7 Ogni cellula muscolare ha il proprio apparato contrattile
Fibre muscolari – Sono cellule allungate dotate di molti
nuclei – Contengono ognuna un fascio di
miofibrille
Miofibrille: – Formate da proteine, tra cui le
proteine contrattili – Actina – Miosina
16.7 Ogni cellula muscolare ha il proprio apparato contrattile
Miofibrilla
Linea Z
Banda chiara
Banda chiara
Banda scura
Sarcomero
miosina
actina
Sarcomero
Sarcomeri – Sono le unità contrattili delle
miofibrille – Filamenti sottili: actina – Filamenti spessi: miosina
Un sarcomero si contrae (accorciandosi) quando i suoi filamenti sottili scorrono lungo quelli spessi
SarcomeroBanda scuraZ Z
Muscolo a riposo
Muscolo in contrazione
Muscolo completamente contratto
Sarcomero contratto
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1. Legame tra ATP e teste della miosina, scissione
dell’ATP in ADP e fosfato
2. Le teste si piegano nella configurazione ad alta energia
3. Legame tra le teste di miosina e i siti di legame sui
filamenti di miosina
4. ADP e fosfato vengono liberati, la testa della miosina
torna alla configurazione a bassa energia e spinge la
miosina verso il centro del sarcomero: power stroke
16.8 La contrazione muscolare avviene grazie allo scorrimento dei filamenti nei sarcomeri
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Testa della miosina (configurazione a bassa energia)
ATP
Filamento sottile (actina)
Filamento spesso (miosina)
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Una molecola di ATP si lega alla testa della miosina, che si trova inizialmente in una configurazione a bassa energia
16.8 La contrazione muscolare avviene grazie allo scorrimento dei filamenti nei sarcomeri
Le quattro fasi dello scorrimento dei filamenti
2ADP
Actina
P
L’ATP viene scisso in ADP e fosfato, liberando così energia che viene usata per muovere la testa della miosina verso l’actina
16.8 La contrazione muscolare avviene grazie allo scorrimento dei filamenti nei sarcomeri
Le quattro fasi dello scorrimento dei filamenti
ADPP Ponte crociato
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La testa della miosina si protende verso il filamento sottile per legarsi al sito specifico, in una configurazione indicata come ponte crociato
4
Testa della miosina (configurazione a bassa energia)
Nuova posizione della linea Z
ADP + P
Una volta formato il legame, l’ADP e il fosfato vengono liberati e la testa della miosina torna alla configurazione iniziale, con un movimento che spinge il filamento sottile verso il centro del sarcomero
▪ Motoneuroni – Trasportano i segnali emessi dal sistema nervoso per
attivare la contrazione muscolare
▪ Giunzioni neuromuscolari – Sono le sinapsi tra neuroni motori e fibre muscolari – Per trasmettere il segnale attraverso la sinapsi il
motoneurone libera un neurotrasmettitore (acetilcolina)
16.9 I neuroni motori stimolano la contrazionedel muscolo
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Potenziale d’azioneAssone del motoneurone
Terminale sinaptico
Reticolo endoplasmatico (RE)
Mitocondrio
SarcomeroMembrana plasmatica
Miofibrilla
Tubulo T
Ioni Ca2+
liberati dal reticolo endoplasmatico41
▪ Anche la membrana plasmatica delle fibre muscolari può propagare i potenziali d’azione
– Attraverso i tubuli T il segnale raggiunge anche l’interno della cellula
– Il reticolo endoplasmatico rilascia nel citoplasma ioni Ca2+
– Gli ioni Ca2+ legano la troponina e fanno spostare la tropomiosina liberando i siti di legame per la miosina sulle fibre di actina
– Le teste della miosina possono legare l’actina e la contrazione muscolare ha inizio
16.9 I neuroni motori stimolano la contrazionedel muscolo
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▪ Unità motoria – Un motoneurone – Il gruppo di fibre muscolari controllate dal motoneurone
▪ Nei muscoli più grandi un singolo motoneurone può controllare migliaia di fibre
▪ Dove è necessaria maggior precisione ogni motoneurone controlla poche (o una sola) fibre
16.9 I neuroni motori stimolano la contrazionedel muscolo
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Osso
Muscolo
Tendine
Fibre muscolari (cellule)
NucleiTerminali sinaptici
Corpo cellulare del motoneurone
Assone del motoneurone
Midollo spinale Unità motoria 1
Unità motoria 2
Nervo
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Di che fibra sei fatto?
▪ Ogni muscolo è costituito da fibre veloci, lente e intermedie, in proporzioni che dipendono dal tipo di lavoro che svolge
▪ Molte delle differenze tra i diversi tipi di fibre muscolari dipendono dalla via biochimica impiegata per generare ATP − Fibre lente: respirazione aerobica − Fibre veloci: respirazione anaerobica − Fibre medie: in prevalenza respirazione aerobica
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COLLEGAMENTO salute
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LenteIntermedieVeloci
100
80
60
40
20
0
Perc
entu
ale
del m
usco
lo t
otal
e
Velocista MaratonetaIndividuo mediamente
attivo
Individuo mediamente sedentario
Corridore sulla media
distanza
Atleta specialista
in discipline
di resistenza
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