LA FIBRA MUSCOLAREe il meccanismo della

contrazione

MODULO: Studio del corpo umano

SILSIS - VIII ciclo Paola Morandi

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 scheletricomeccanismo della contrazioneregolazione della contrazionegiunzione neuromuscolare

…muscoli

CLASSE

2° I.T.C.S. con indirizzo biologico1°

anno2°

anno

Chimica/SNLaboratorio

42

42

DURATA E SCANSIONE TEMPORALE

(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)

1 ora - organizzazione dei miofilamenti: il sarcomero (2)- meccanismo della contrazione e (in breve) sua regolazione

1 ora esperienza di laboratorio (compresa spiegazione iniziale)

2(3) ore di lezione frontale e 1 ora di laboratorio, così ripartite:

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

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

STRUMENTI DIDATTICI

MULTIDISCIPLINARIETÀ

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

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

Cellula normale

nucleo

membrana plasmatica

reticolo endoplasmatico

FIBRA MUSCOLARE

cilindrica, molto allungata

polinucleata (sincizio)

sarcolemma (potenziale d’azione)

sarcoplasma (Ca2+, glicogeno mioglobina)

LA FIBRA MUSCOLARE cellula

specializzata

• Sistema T: tubuli trasversali in continuità con il sarcolemma (potenziale d’azione)• Nel sarcoplasma sono strettamente impacchettate le miofibrille

5 -50 μm

I MIOFILAMENTI

ACTINA MIOSINA

assemblaggio

MIOFILAMENTO SOTTILE MIOFILAMENTO SPESSO

possiede siti di legame per la miosina siti di legame per actina e ATP

Troponina e tropomiosina: regolazione della contrazione assemblaggio

ORGANIZZAZIONE DEI MIOFILAMENTI: IL SARCOMERO

Filamento sottile (actina)

Filamento spesso (miosina)

sarcomero

Linea Z

immagine al microscopio elettronico

Le miofibrille sono disposte parallelamente all’asse maggiore della fibra muscolare !…e con le bande A e I allineate a registro

Banda A scura

Banda I chiara

Banda H

Linea M0.5 μm

dettagli, sezione trasversale

LA CONTRAZIONE

Filamento sottile (actina)Filamento spesso (miosina)

sarcomero

Linea ZBanda A scuraBanda I chiara

immagine al microscopio elettronico

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

1. Un impulso nervoso provoca il rilascio del calcio dal reticolo sarcoplasmatico

2. Il calcio diffonde nel sarcoplasma e si lega alla troponina

3. Il complesso troponina-tropomiosina libera i siti di legame per la miosina sull’actina (inizia la contrazione) §

4. 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.

LABORATORIOosservare 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

1) Che cosa colora il blu di metilene e perché?

2) Perché il campione presenta delle striature?

Colorazione con reattivo del biureto

1) Che cosa colora il reattivo del biureto?

2) 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

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.

http://www.hansonrobotics.com/

http://eap.jpl.nasa.gov/