TESSUTO MUSCOLARE. MUSCOLO LISCIO TONACA MUSCOLARE dei visceri e dei vasi (controllato dal SNA, indipendente dalla volontà)

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2 TESSUTO MUSCOLARE È dotato di contrattilità La contrattilità è la capacità di accorciamento La contrattilità si origina dallo scorrimento di proteine con consumo di ATP MUSCOLO STRIATO SCHELETRICO (controllato dal SNC, dipendente dalla volontà CARDIACO (controllato dal SNA, indipendente dalla volontà) MUSCOLO LISCIO TONACA MUSCOLARE dei visceri e dei vasi (controllato dal SNA, indipendente dalla volontà)

3 Il muscolo scheletrico: funzioni movimenti volontari delle diverse parti dello scheletro mantenimento della postura contenzione e protezione degli organi interni controllo degli orifizi mantenimento della temperatura corporea

4 organizzazione generale del muscolo scheletrico Fascetto muscolare muscolo Fibra o cellula muscolare Il tessuto muscolare scheletrico è costituito da cellule cilindriche di notevoli dimensioni Anticipiamo che nei muscoli, le cellule muscolari sono associate a tessuto connettivo 4

5 Il tessuto muscolare scheletrico Le cellule muscolari scheletriche (fibre muscolari) sono: di forma cilindrica grandi (diametro: µm, lunghezza: fino a 20 cm) polinucleate; i nuclei si trovano generalmente in periferia, sotto la membrana cellulare (sarcolemma) All interno della cellula sono presenti: NOTA: prefisso SARCO miofibrille cilindriche costituite da proteine contrattili citoplasma (sarcoplasma) contenente: un reticolo endoplasmatico esteso specializzato (reticolo sarcoplasmatico) numerosi mitocondri gocce di glicogeno mioglobina (proteina che lega ossigeno)sarcolemma nucleo miofibrille 5

6 Il tessuto muscolare scheletrico: origine embrionale Durante l Embriogenesi, cellule derivanti dal mesoderma parassiale si differenziano in cellule mononucleate, capaci di dividersi per mitosi, dette Mioblasti. Mioblasti Mononucleati Privi di Miofibrille Fibre muscolari Fusione polinucleate sempre più lunghe che sviluppano le Miofibrille 6

7 Fibre muscolari scheletriche in sezione longitudinale (MO) proviamo ad osservare una sezione trasversale Notiamo che ogni cellula presenta molti nuclei, disposti in periferia sotto la membrana plasmatica 7

8 Fibre muscolari scheletriche in sezione trasversale (MO) cellula muscolare muscolo scheletrico scheletrica a sezione circolare o poliedrica in sezione trasversale nuclei Notiamo l elevato diametro di ogni cellula e i nuclei, disposti eccentricamente, in prossimità della membrana plasmatica 8

9 perché il muscolo scheletrico è detto striato? Organizzazione strutturale e molecolare delle miofibrille 9

10 La striatura trasversale delle fibre scheletriche (MO) Nella cellula è visibile una alternanza regolare di bande intensamente colorabili (scure A) e poco colorabili (chiare I) 10

11 Fibra muscolare e miofibrille sarcolemma nucleo L interno della fibra è stipato di miofibrille -ogni miofibrilla presenta la stessa alternanza di bande A ed I della fibra - le miofibrille sono parallele e le bande sono allineate in fase miofibrille A I A I per comprendere la striatura, e il suo significato funzionale analizzeremo l ultrastruttura della fibra muscolare

12 Fibre muscolari scheletriche (ME) e che ciascuna banda I è attraversata da una regione più scura Z I A 1-3 µm I I A I Notiamo la alternanza regolare di bande A e I lungo la miofibrilla nucleo

13 Ingrandiamo le miofibrille (ME) sarcomero I Z sarcomero I A A I Z Nelle miofibrille si ripetono regolarmente dei segmenti: i sarcomeri. Un sarcomero è compreso tra due linee Z ed è costituito da una banda A e metà delle due bande I adiacenti Z Il sarcomero è l unità strutturale e funzionale contrattile della miofibrilla

14 (ME) UN SARCOMERO sarcomero I A H I Ora vedremo l origine delle bande analizzando la composizione del sarcomero linea Z linea M linea Z 14

15 Schema strutturale del sarcomero I sarcomeri sono costituiti da fasci di filamenti proteici, detti miofilamenti disposti parallelamente banda I banda A banda H banda I esistono due tipi di miofilamenti: - spessi - sottili Miofilamenti spessi Spessore 15 nm Lunghezza 1.5 µm miosina linea Z linea M actina linea Z Miofilamenti sottili Spessore 5 nm Lunghezza 1 µm

16 Schema strutturale del sarcomero A I H I Possiamo concludere che la disposizione relativa dei filamenti spessi e sottili nel sarcomero origina l alternanza di bande (striatura trasversale) della miofibrilla e della fibra muscolare linea Z linea M linea Z

17 Fibra muscolare e miofibrille

18 Composizione molecolare dei miofilamenti

19 Composizione molecolare dei miofilamenti banda I banda A banda I miosina actina

20 Organizzazione molecolare dei miofilamenti sottili: actina I Miofilamenti sottili sono costituti prevalentemente da: Actina G (Proteina globulare, 42 kda) ma anche da tropomiosina e troponina Rapporto stechiometrico 1T: 1T: 7A

21 Organizzazione molecolare dei miofilamenti spessi Una molecola di Miosina Un filamento spesso di Miosina La miosina è una proteina filamentosa (500 kda). Composta da: - 2 catene pesanti - 4 catene leggere uguali a 2 a 2 Le catene pesanti hanno regioni di testa globulari e code ad alpha elica che si avvolgono su sé stesse Nei Miofilamenti spessi - le molecole di miosina si associano parallelamente lungo l asse longitudinale del miofilamento. - le code sono disposte verso il centro La testa ha attività ATPasica e lega actina - le molecole sono sfasate di 14 nm in modo che le teste sporgono in più punti lungo il filamento

22 componenti molecolari del sarcomero Una filamento spesso di miosina Una molecola di miosina

23 Organizzazione dei miofilamenti nel sarcomero Le teste della miosina legano l actina formando ponti trasversali tra i filamenti di miosina e quelli di actina che sono essenziali per la contrazione del sarcomero

24 La contrazione: scorrimento dei filamenti sottili sui filamenti spessi Quando il sarcomero si contrae i filamenti sottili delle semibande I scorrono lungo i filamenti spessi verso il centro della banda A. Diminuisce l ampiezza delle semibande I e della banda H. Il sarcomero si accorcia e le due linee Z si avvicinano

25 La contrazione di due sarcomeri

26 Altre proteine del sarcomero Nella linea M sono presenti proteine di connessione tra i filamenti spessi: proteina M Miomesina Funzione: mantenere i filamenti spessi allineati e orientati LINEA Z: FILAMENTI Z di Alpha-actinina che lega i filamenti di actina di 2 sarcomeri adiacenti Funzione citoscheletrica: coesione dei filamenti sottili di due sarcomeri adiacenti 26

27 Altre proteine del sarcomero TITINA: proteina filamentosa tra la linea Z e la banda M, associata ai filamenti sottili e spessi Preserva l allineamento dei filamenti durante la contrazione NEBULINA: inserita sulla linea Z, decorre lungo i filamenti sottili e ne regola l allungamento e l allineamento 27

28 La cellula muscolare è sottoposta continuamente ad enormi forze derivate dal processo di contrazione 28

29 Proteine citoscheletriche forniscono sostegno alle miofibrille Filamenti intermedi di Desmina avvolgono la miofibrilla (linea Z) I filamenti di desmina si collegano alla miofibrilla tramite la Plectina Si forma un RETICOLATO TRASVERSALE che collega, sostiene e mantiene allineate le miofibrille in corrispondenza della linea Z

30 Complesso della distrofina Il RETICOLATO TRASVERSALE si collega alla membrana plasmatica e alla matrice extracellulare Distrofina Forma un ponte tra actina del citoscheletro e glicoproteine di membrana (complesso glicoproteico associato alla distrofina) legate alla matrice extracellulare L actina è collegata agli altri componenti del citoscheletro Laminina: proteina della matrice Il complesso molecolare della distrofina lega l apparato contrattile al sarcolemma e protegge le miofibrille dallo stress meccanico

31 L importanza della organizzazione dei complessi molecolari descritti è data dal fatto che consentono la distribuzione delle enormi forze cui la cellula muscolare è sottoposta, sulla membrana e sulla matrice extracellulare CORRELAZIONI CLINICHE Le distrofie sono malattie legate ad una progressiva distruzione del tessuto muscolare con gravi problemi di movimento e respirazione La Distrofia di Duchenne (X) è la più grave: mutazioni della distrofina Altre distrofie sono dovute a mutazioni in componenti del complesso glicoproteico associato alla distrofina

32 I fattori regolatori della contrazione muscolare sono: ATP Fornisce l energia per la contrazione, in assenza di ATP il muscolo resta contratto: rigor mortis Calcio (Ca++) scatena la contrazione, necessario per la interazione dei filamenti sottili e spessi

33 Ruolo dell ATP nella contrazione NB! Ricordiamo che la testa della miosina ha attività ATPasica e lega actina RIPOSO Calcio 4 1 RIGOR MORTIS 3 2 CONTRAZIONE

34 Una testa della miosina mentre Ruolo del Calcio nella contrazione trascina il filamento sottile testa della miosina: Le teste della miosina si attaccano al filamento sottile, con una inclinazione e si proteina globulare flettono trascinando il filamento sottile - ciascuna testa agisce ciclicamente per ottenere un accorciamento significativo - ogni ciclo = spostamento di 10 nm

35 e il Calcio?... troponina actina tropomiosina filamento sottile

36 Ruolo del Calcio nella contrazione RIPOSO CONTRAZIONE Actina Filamento sottile Sito di legame per miosina Il calcio lega la troponina che sposta la tropomiosina e l actina può legare le teste della miosina Tropomiosina Testa miosina Filamento spesso bassa concentrazione di calcio [Ca2+] sarcoplasmatica <10 7 M Alta concentrazione di calcio [Ca2+] sarcoplasmatica >10 7 M

37 Ruolo del Calcio nella contrazione Il calcio lega la troponina che sposta la tropomiosina così che l actina può legare le teste della miosina QUINDI Bassa concentrazione di Ca++ la troponina e la tropomiosina impediscono l interazione actina-miosina Alta concentrazione di Ca++ il calcio lega la troponina determinando il movimento della tropomiosina e quindi permettendo l interazione actina-miosina troponina actina tropomiosina filamento sottile

38 DA DOVE PROVIENE IL CALCIO e quando aumenta la sua concentrazione nel citoplasma? Il reticolo sarcoplasmatico

39 Miofibrille Sarcolemma mitocondrio I Reticolo Sarcoplasmatico reticolo sarcoplasmatico Il RS è formato da una rete di canalicoli e cisterne attorno alle miofibrille: Tubuli longiudinali, paralleli all asse della miofibrilla IMMAGAZZINA ioni Ca++ Cisterne - Pompe per il Ca++Cisterna TRASVERSALE trasversale A fenestrata dove confluiscono i tubuli Tubulo T RILASCIA ioni Ca++longitudinali (banda H) -Proteine canali a controllo CISTERNE TERMINALI Cisterne di potenziale terminali Triade Linea Z trasversali (giunzione AI nei mammiferi, o banda Z anfibi) 39

40 Tubulo T Triade Cisterna terminale Linea Z Reticolo sarcoplasmatico e Tubuli T Il tubulo T è una invaginazione del sarcolemma di forma tubulare Funzione del RS Triade SR T La triade - regione di stretto IMMAGAZZINA ioni Ca++ contatto tra - Pompe per il Ca++ 2 CISTERNE (Calcio-ATPasi) TERMINALI e il tubulo T RILASCIA ioni Ca++ -Essenziale per il - Proteine canale rilascio di calcio e (concentrate nelle cisterne l inizio della terminali) contrazione

41 Il calcio aumenta quando uno stimolo nervoso induce la depolarizzazione della membrana e del tubulo T che si trasmette a livello delle triadi inducendo l apertura dei canali del calcio del RS Calcio Calcio Triade 41

42 La zona di contatto tra assone di un neurone motore e cellula muscolare si definisce sinapsi neuromuscolare o placca motrice Nella giunzione neuromuscolare l impulso passa da una cellula all altra

43 Giunzione neuromuscolare schema mitocondri La fibra nervosa perde la guaina mieleinica e rimane coperta dalla cellula di Schwann e si ramifica Membrana presinaptica assone Vescicole sinaptiche Membrana postsinaptica Fessure sinaptiche I e II

44 mitocondri assone Vescicole sinaptiche Ultrastruttura Giunzione neuromuscolare Fessura sinpatica Fibra muscolare

45 Accoppiamento eccitazione-contrazione La depolarizzazione dell assone causa influsso di Calcio, tramite canali del calcio voltaggio dipendenti (VOC) Il calcio stimola la secrezione delle vescicole con il neurotrasmettitore (ACETILCOLINA, ACH)

46 Accoppiamento eccitazione-contrazione L ACH lega il recettore nicotinico e apre canali Sodio. Il Sodio depolarizza il sarcolemma della fibra muscolare e successivamente la depolarizzazione si propaga nel tubulo T Fino al recettore diidropiridinico (DHP) sensibile al voltaggio

47 Accoppiamento eccitazione-contrazione Il recettori diidropiridinico (DHP) cambia conformazione inducendo la apertura del recettore Rianodinico (canale del calcio sulla membrana del reticolo sarcoplasmatico) Accoppiamento fisico Tra il recettore diidropiridinico (DHP) e quello rianodinico La concentrazione di Calcio aumenta nel sarcoplasma e si scatena la contrazione E quindi

48 .Ruolo del Calcio nella contrazione RIPOSO CONTRAZIONE Actina Filamento sottile Sito di legame per miosina Il calcio lega la troponina che sposta la tropomiosina e l actina può legare le teste della miosina Tropomiosina Testa miosina Filamento spesso bassa concentrazione di calcio [Ca2+] sarcoplasmatica <10 7 M Alta concentrazione di calcio [Ca2+] sarcoplasmatica >10 7 M

49 Patologie placca motrice Lambert Eaton myasthenic syndrome (LEMS,) Patologia autoimmune con debolezza muscolare degli arti. Gli anticorpi sono diretti contro i canali del calcio presinaptici Voltaggio dipendenti La tossina botulinica è una proteasi che attacca una delle proteine SNARE impedendo il rilascio di acetilcolina dalle vescicole. I sintomi sono paralisi flaccida, debolezza muscolare, difficoltà del movimento dei muscoli della faringe e dei muscoli volontari, e nei casi mortali, paralisi dei muscoli respiratori.. Miastenia gravis.

50 Miastenia gravis. Sintomi: Debolezza muscolare, di solito iniziale nei muscoli del cranio Resta solo oculare nel 10-15% dei casi. Nel resto, diffonde entro 3 anni dall esordio segni extraoculari: deficit della masticazione; Debolezza della muscolatura del collo e muscolare generalizzata Malattia autoimmune Anticorpi anti AchR: si legano alla regione extracellulare del recettore e ne bloccano il funzionamento.

51 Eterogeneità delle FIBRE MUSCOLARI SCHELETRICHE: 2 tipi funzionali FIBRE VELOCI o BIANCHE FIBRE LENTE o ROSSE Contrazione breve ma rapida Contrazione lenta ma prolungata (M. postura) ATP dalla glicolisi anaerobia ATP dalla respirazione Pochi mitocondri ricche di glicogeno Alta att. ATPasica acto-miosinica Veloce Molti mitocondri ricche di mioglobina Bassa att. ATPasica acto-miosinica lenta R B ATPasi La diversa attività ATPasica è dovuta a diverse forme di miosina che possono essere identificate tramite anticorpi selettivi.

52 Riparazione del Muscolo Scheletrico Nel muscolo adulto restano delle cellule, dette CELLULE SATELLITI tra la membrana BASALE e il SARCOLEMMA Riserva di cellule staminali (mononucleate e quiescienti) Nel caso di danno tissutale le cellule satelliti proliferano e differenziano in cellule muscolari

53 Nel muscolo striato scheletrico tutte le fibre ricevono un impulso nervoso e sono quindi in contatto con la terminazione di una cellula nervosa: giunzione neuromuscolare Unità motoria: gruppo di fibre innervate da un solo motoneurone Il numero di fibre di una unità motoria è variabile fibre con risposta muscolare piccola La attivazione di più unità motorie consente movimenti fini (muscoli oculari e della mano) - Fino a 2000 fibre nei muscoli per movimenti grossolani (postura, arti)

54 Il muscolo è composto da: -cellule muscolari, -tessuto connettivo, -vasi, -terminazioni nervose

55 L organizzazione dei muscoli Involucri connettivali del muscolo: l epimisio è la guaina che avvolge l intero muscolo; connettivo denso irregolare, ricco di fibre collagene che si continua con il tendine il perimisio avvolge i fasci di fibre all interno del muscolo; connettivo meno denso l endomisio avvolge una singola fibra muscolare; fibre reticolari e lamina basale Funzioni: -Meccanica di sostegno alle cellule muscolari -Vascolarizzazione e innervazione del muscolo