MUSCOLO

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 tantefibre (o fibrocellule) muscolari disposte in parallelo.

muscolo

Fibrocellulemuscolari

Ciascuna fibra muscolare e’ innervata da un motoneurone (placca

neuromuscolare)

assone placcamotrice

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

sarcomero

banda I banda Ibanda A

linea Zfilamento spesso (miosina)filamento sottile (actina)

linea M

sarcomerolinee Z

TropomiosinaComplesso della

Troponina

G-actina

Ultrastruttura dei miofilamenti

Filamenti sottili (actina)

2 filamenti ad elica (F-actina) costituiti da unita’ globulari in serie (G-actina)

2 filamenti di tropomiosina

complessi globulari di troponina

Filamenti spessi (miosina)

Ciascun filamento e’ costituito da 2 catene polipeptidiche ad a-elicaCiascuna 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

Molecola di miosina

Filamento di miosina Teste della miosina

testa

coda

Ultrastruttura dei miofilamenti

Durante la contrazione muscolare la miosina si lega all’actina reversibilmente

sarcomero

Disco Z Disco ZRILASSAMENTO 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

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

testa

tropomiosina

miosina

troponina

sito dilegame

actina

1) Fibra a riposo: la testa della miosina non è attaccata all’actina

Ca2+

2) Legame della testa della miosina all’actina

Rilascio di ADP e Pi

3) Scorrimento dei filamenti di miosina e actina

ATP

Legame di ATP

4) Rilascio della testa della miosina dall’actina

Idrolisi dell’ATP

5) La testa della miosina ritorna al suo orientamento originale

Ciclo della contrazione

1) A riposo: miosina distaccata dall’actina (ADP+ Pi)

2) Ca2+ → la miosina si lega all’actina

3) Rilascio di ADP+Pi → scorrimento dei filamenti

4) Legame di ATP → rilascio della miosiina

5) Idrolisi dell’ATP → la miosina ritorna al suo orientamento originale

Ultrastruttura del muscolo scheletrico

Sarcomero

Miosina spessa

Actina sottile

Miofibrilla

Banda IBanda ABanda INucleo

Nucleo

TT

RS RS

Triade

Da dove arriva il Ca2+?Il reticolo sarcoplasmatico

Tubulo a TSarcolemma

Filamento sottile

Filamento spesso

TriadeReticolo

sarcoplasmaticoCisterna terminale

Tubuli a T

Fibra muscolare

Ruolo dei Tubuli Trasversi (Tubuli a T)

• 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

• Invaginazioni del sarcolemma• Il lume è ripieno di liquido extracellulare

Ruolo del Reticolo Sarcoplasmatico

• Rete di cisterne intracellulari che immagazzinano e rilasciano Ca2+

Tubulo a T

RS Longitudinale

RS Terminale (cisterna)

Triade

Ca2+ Ca2+

• 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+

Ca2+ ATPasi

• 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+

• Il RS terminale contiene un grosso complesso proteico denominato canale di rilascio del Ca2+ o recettore per la ryanodina

Ca2+ Ca2+

Ca2+ ATPasiCanale per il rilascio del Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Ca2+

Modello per il rilascio voltaggio-dipendente del Ca2+

Vm

Ca2+

+

++

++

--

--

Depolarizzata Ca2+

+

++

++

--

--

Sensoredel volt.

Canaledi rilascio

TT RS

A riposo Ca2+

Ca2+Ca2+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Accoppiamento EC in Azione

SR

Tubulo a TSarcolemma

RyR1DHPRPompa del Ca2+

Meccanismo di rilascio del Ca2+ dal reticolo sarcoplasmatico

Schema riassuntivo

Accoppiamento Eccitamento-Contrazione (EC)

nel Muscolo Scheletrico

C’è un significativo ritardo tra l’eccitamento del muscolo (PA) e la contrazione (tensione)

TensioneVm

Ritardo

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

Tempo (ms)

Ten

sion

eA) Scosse muscolari semplici

Tempo (ms)

Ten

sion

e

B) Sommazione

Il Tetano Muscolare

Tempo (ms)

Ten

sion

e

C) Sommazione che porta ad un tetano incompleto

Tensione massima

Il Tetano Muscolare

Tempo (ms)

Ten

sion

e

Tensione massima

D) Sommazione che porta ad un tetano completo

Fatica

Scossa muscolare semplice

Il Tetano Muscolare

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

Metabolismo muscolare Il sangue porta nutrienti al muscolo , che li

usa per fare ATP (adenosina trifosfato)

glucosio Trasportato dal sangue Immagazzinato come glicogeno ATP è prodotto più velocemente dal

glucosio che da altri substrati Le scorte di CHO possono esaurirsi

Carboidrati (CHO)

trigliceridi

glicerolo

H H H H H H H H H H H H H H H

~C—C—C—C—C —C —C —C —C —C —C —C —C —C —C —COOH

H H H H H H H H H H H H H H H

H H H H H H H H H H H H H H H

~C—C—C—C—C —C —C —C —C —C —C —C —C —C —C —COOH

H H H H H H H H H H H H H H H

H H H H H H H H H H H H H

~C—C—C==C—C —C —C —C —C —C —C —C —C —C —C —COOH

H H H H H H H H H H H H H H H

Acidi grassi

Immagazzinati nel tess. adiposo e muscolo

producono ATP più lentamente di CHO Scorte di acidi grassi non esauribili

Acidi grassi

1º ruolo è fornire a. acidi per sintesi proteica

Forniscono 5-15% di ATP

Proteine

I muscoli hanno scarsa capacità di immagazzinare ATP

3 sistemi producono ATP– aerobico – usato per durata– anaerobico – usato per velocità – “immediato” – usato per potenza

Possono funzionare contemporaneamente– Dipende da durata e intensità dell’esercizio

Potenza e capacità

Aerobico. Beta ossidazione acidi grassi impiega 2-3 min per attivarsi

Anaerobico. La glicolisi impiega ~5s per attivarsi

Immediato. Produce ATP immediatamente

30-s Sprint

Fonti di energia Immediate

ATPase

ATP ADP + Picreatine kinase

PCr + ADP ATP + Cr

adenylate kinase

ADP + ADP ATP + AMP

Cambi in [ATP] e [PCr] durante sprint

glucosio

ATP

PFK

4 ATP

piruvato

lattato acetyl CoA

mitochondria

glicogenolisi

sarcolemma

sangue

glicolisiATP

glicolisi

Glicogeno

Glicogenolisi• Regolata da fosforilasiGluconeogenesi• Regolata da glicogeno sintasi

glucosio

ATP

PFK

mitochondria

glicogeno

sarcolemma

sangue

glicolisi+ insulin

+ insulin

Riposo

- insulin

glycogen synthase

glucose

ATP

ATP

4 ATP

pyruvate

Lactate + acetyl CoA

mitochondria

glicogeno

sarcolemma

blood

glicolisi

Esercizio fisico

phosphorylase

FT ST

PFK

Catena

respiratoria

Metabolismo Aerobico

Krebs (proteine)NADH

FADH2

O2 H2O

ADP + Pi ATP

acetyl CoA

1. 2. 3. Sintesi ATP

mitocondri

Beta Ossidazione

(grassi)

Glicolisi (carboidrati)

NAD

FAD

H+

H+

Metabolismo lipidico

1. lipolisi TG scissi ad acidi grassi (FFA)

2. FFA trasportati almuscolo da albumina

3. FFA entrano nel muscolo e traslocano nei mitocondri

4. -ossidazione forma acetyl CoA

5. acetyl CoA entra nel ciclo di Krebs

Produzione di ATP

Misura dell’energia utilizzata

Calorimetria indiretta cibo+ O2 CO2 + H2O + energia (ATP)

Velocità di utilizzo di O2 = VO2

VO2 espresso in (ml•kg-1•min -1):

mL of O2 consumato

per kg peso

per min

Substrati utilizzati

CHO per esercizi intensi Grassi per esercizi di durata

Dipende da intensità e durata dell’esercizio

glucose

ATP

ATP

PFK

4 ATP

pyruvate

lactate acetyl CoA

mitochondria

glicogeno

sarcolemma

blood

glicolisi

Esercizio intenso: lattato

phosphorylase

+Ca2+, EPI, Pi, ADP

+Ca2+, insulin

+Pi, ADP, EPI

ST

Ciclo di Cori Fegato converte lattato in glucosio

Variazioni Metaboliche

mmol•kg-1