I muscoli scheletrici

Le fibre muscolari scheletriche sono elementi citologici molto allungati e del tutto particolari per la struttura e le caratteristiche funzionali e sono riunite in fasci di sempre maggiori dimensione da sepimenti connettivali che costituiscono un “impalcatura” (endomisio) cui le fibre sono ancorate. L’endomisio, agli estremi del muscolo, si unisce col perimisio (la lamina connettivale che avvolge tutto il muscolo) ed insieme si continuano nei tendini. Nel connettivo interposto tra le fibre decorrono pure i nervi, costituiti da fibre motorie e sensitive.

 

 Le fibre muscolari scheletriche sono elementi cellulari non solo molto allungati, ma di dimensioni eccezzionalmente grandi. Ogni fibra muscolare è delimitata da una membrana: il sarcolemma .Al suo interno si trova il sarcoplasma contenenti numerosi nuclei. Il volume di ogni fibra è quasi interamente occupato dall’apparato contrattile, costituito dalle miofibrille.

All’interno delle fibre è inoltre presente una rete di tubuli intracellulari, il reticolo sarcoplasmatico , che in parte comunica con l’esterno e che corrisponde al reticolo endoplasmatico.

 

Il sarcoplasma è compreso quasi tutto in un sottile strato disposto sotto il sarcolemma. E’ ricco di proteine, di glicogeno e dei fosfati altamente energetici: l’adenosintrifosfato (ATP) ed il creatinfosfato (CP). Si trovano anche, particolarmente numerosi, i mitocondri, che si distribuiscono anche negli spazi tra le miofibrille.

 

I nuclei. La loro abbondante presenza testimonia che le fibre dei muscoli scheletrici originano embriologicamente da elementi progenitori (i mioblasti) nei quali ripetute moltiplicazioni nucleari non sono seguite da altrettante divisioni del corpo cellulare; una fibra muscolare scheletrica ha perciò il carattere di un plasmodio.

 

Le miofibrille sono l’apparato contrattile delle fibre muscolari. Lungo ogni miofibrilla si replica, per l’intera lunghezza, un alternanza di zone mono e bi-rifrangenti. La sequenza delle zone con diversa rifrangenza è dovuta al ripetersi di unità ultrastrutturali sempre uguali: i sarcomeri. Ogni sarcomero è delimitato da due netti sepimenti disposti a metà della zona monorifrangente: le strie Z . La zona monorifrangente è denominata zona I (isotropa), quella birifrangente è denominata zona A (anisotropa). Al centro della zona A vi è una zona otticamente meno densa, la zona H, che scompare quando la fibra è contratta.

 

Le caratteristiche dei sarcomeri sono dovute alla presenza in essi di una serie ordinata di miofilamenti orientati parallelamente all’asse delle miofibrille. Ci sono i miofilamenti sottili (actina,tropomiosina, troponina) e quelli spessi (miosina). Ove sono presenti entrambi essi sono disposti secondo una simmetria esagonale; ogni miofilamento spesso è infatti circondato regolarmente da 6 miofilamenti sottili ed ogni miofilamento sottile è circondato da 3 miofilamenti spessi.

Per demolizione enzimatica la molecola miosinica si risolve in 3 coppie di catene polipeptidiche uguali a due a due ma di diversa dimensione: una prima coppia costituisce la coda, ed in essa le due catene polipeptidiche sono avvolte a doppia elica; la porzione terminale di ogni catena pesante si avvolge in struttura terziaria e va a formare gran parte di una delle due teste; la altre due coppie vanno invece a formare il tratto di connessione delle “teste” con la”coda” della molecola. Il tratto di congiunzione con le teste può flettersi sulla parte lineare e costituisce una sorta di “braccio”. Le molecole miosiniche si orientano in modo contrapposto e secondo un andamento a spirale . Lungo il miofilamento sporgono così su uno stesso piano  ortogonale al suo asse, 3 duplici teste” miosiniche ruotate di 120° l’una rispetto all’altra, che formano una “corona”; ogni corona è ruotata di 60° rispetto alla precedente. Ne viene che da ogni metà del miofilamento, sporgano, nel senso della lunghezza, 6 file di “teste” distanziate di 430 Angstrom. Questa disposizione fa si che ogni fila di teste venga affrontata, con simmetria esagonale, ad uno dei 6 miofilamenti sottili che circondano ogni miofilamento spesso.

 

 

I mioflamenti sottili sono costituiti da due lunghe catene di actina filamentosa avvolte a spirale. Ogni molecola globulare di actina presenta un sito di legame capace di combinarsi con la testa della miosina. La tropomiosina costituisce un subfilamento continuo. Ciascuna molecola troponinica invece è composta da tre subunità peptidiche. La prima (T) è sede del legame con la tropomiosina, la seconda (I) è implicata nel controllo dei siti di legame dell’actina, la terza (C) ha affinità per gli ioni Ca²⁺.

 

Nel reticolo sarcoplasmatico si distinguono due parti: un sistema tubulare trasverso che comunica con l’esterno mediante una serie di pori e un sistema longitudinale ai cui estremi presenta dilatazioni dette “cisterne”. Nelle fibre muscolari scheletriche dei Mammiferi vi sono due sistemi trasversi per ogni sarcomero.

 

 

 

-Eccitabilità delle fibre muscolari scheletriche-

In condizioni fisiologiche le fibre vengono portate in contrazione dalle fibre nervose motorie tramite le giunzioni sinaptiche neuromuscolari o placche motrici. Il potenziale d’azione viene innescato dal potenziale postsinaptico delle placche motrici (potenziale di placca).  Mentre la successione delle fasi è simile a quella del potenziale d’azione delle fibre nervose, la durata totale del potenziale d’azione delle fibre muscolari è notevolmente maggiore (2-5 msec). Anche nelle fibre muscolari il potenziale d’azione si propaga da luogo d’insorgenza lungo l’intera fibra tramite le correnti elettrotoniche.  Anche la contrazione viene a manifestarsi come un onda che segue, con un breve ritardo, il potenziale d’azione ma ha, rispetto a questo, una durata molto maggiore.

La fibra riacquista la sua normale eccitabilità prima che inizi la contrazione, ed è perciò in grado di rispondere, se nuovamente stimolata, anche se sta già contraendosi. Questo per esempio non avviene nelle fibrocellule miocardiche.

 

-Il meccanismo della contrazione dei sarcomeri-

•  tra la testa di miosina ed il sito di legame dell’actina si forma un ponte.

• una modificazione strutturale indicata come “flessione della testa” permette il passo dello  scorrimento reciproco.

• avvenuto il passo il complesso si scinde e i due componenti ritornano alla loro struttura iniziale.

 

Il ciclo deve ripetersi con velocità molto elevata in ogni “ponte”.

 

Per spiegare la continuità dello scorrimento si ammette che gruppi di ponti entrino in azione in modo desincronizzato. La desincronizzazione sarebbe assicurata dal fatto che ogni giro della doppia spirale actinica non coincide con la distanza delle “teste” di miosina della “fila” rivolta verso di esso.

 

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-Accoppiamento elettro-meccanico-

Al seguito di un singolo potenziale d’azione si susseguono, nella fibra muscolare, una fase di contrazione e, con breve ritardo, una fase di rilasciamento che riporta la fibra nelle condizioni di riposo. L’accoppiamento è mediato da ioni Ca²⁺. Questi ioni provengono dal reticolo sarcoplasmatico longitudinale dove sono sequestrati in forma legata. In particolare vengono accumulati nelle cisterne. Il passaggio del potenziale d’azione lungo la fibra muscolare è immediatamente accompagnato dal liberarsi di calcio dalle cisterne del reticolo longitudinale.

Lo stabilirsi di un legame tra le teste miosiniche e le molecole actiniche, in sé, non è Calcio-dipendente. E’ necessario ammettere la presenza di un processo che renda Calcio-dipendente la loro interazione. I subfilamenti di tropomiosina sono disposti nei solchi della doppia spirale actinica dei filamenti sottili in modo da “mascherare” i “siti di legame”. Il legame del Calcio con la subunità C della troponina ne modifica la conformazione e fa spostare la tropomiosina smascherando i siti di legame. Il sistema troponina-tropomiosina è insomma un sistema inibitore dell’apparato contrattile. Gli ioni Calcio dopo che hanno esplicato la loro funzione vengono allontanati: o espulsi dal sarcolemma o riassorbiti nel reticolo. In entrambi casi il meccanismo è  operato dalla pompa ionica del Calcio. L’efficienza della pompa non è uguale nei diversi tipi di fibra muscolare e da essa dipende la durata della contrazione che segue un potenziale. Lo stato attivo dell’apparato contrattile, vale a dire l’intensità e la durata della contrazione dipende dalla quantità di ioni rilasciati ad ogni impulso e dal tempo per cui gli ioni restano liberi di agire.

 

Le proteine miofibrillari hanno proprietà ATPasiche tanto che il complesso actomiosina in vitro in presenza di ATP dà un superprecipitato. Esperimenti più approfonditi hanno dimostrato che solo la miosina possiede la proprietà di un enzima ATPasico e la esplica  a livello delle teste.Quando la miosina è in presenza di actina questa attività viene esaltata e diventa continua.

 

-Il ciclo operativo dei “ponti”e l’idrolisi dell’ATP-

E’ indubbio che la fase efficace, quella cioè in cui l’energia di origine chimica si converte in energia meccanica è una modificazione strutturale delle “teste” di miosina. Tutavia vi sono prove sicureche la reazione defosforilativa ATP ® ADP + Pi non si verifica nella fase di “stroke”, ma successivamente quando le teste miosiniche si staccano dalle molecole di actina e ritornano nella configurazione atta a iniziare un nuovo ciclo.

Come si può spiegare questo?

1- sulle teste miosiniche dobbiamo avere un sito ATP-asico ed un sito actinico.

2- il sito ATP-asico può essere indifferentemente occupato dall’intero ATP o dall’ ADP+Pi.

  - sul sito actinico può esserci o no legata l’actina.

3- i due siti si influenzano reciprocamente ®

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ciclo idrolitico dell’ATP