Biochimica del muscolo scheletrico, Università San Raffaele

Università San Raffaele Roma

Docente Sara Baldelli

Lezione Biochimica del muscolo scheletricoU Università San Raffaele Roma Sara Baldelli

Le cellule muscolari o miociti

Capacità contrattile dei miociti

LE CELLULE MUSCOLARI O MIOCITI, HANNO LA CAPACITÀ CONTRATTILE COME PREROGATIVA FUNZIONALE

MIOCITI SCHELETRICI MIOCITI CARDIACI MIOCITI LISCI

NUCLEO STRIATURA 1-40 mm 100-120 pm 20-130 jam - STRIATURA DISCO INTERCALARE Figura 26.4 Caratteristiche morfologiche generali dei muscoli striato, cardiaco e liscio

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Tessuto muscolare: aspetti generali

Fibrocellule muscolari scheletriche

Le cellule del tessuto muscolare scheletrico, anche denominate fibrocellule muscolari, sono cilindriche e multinucleate

MIOCITI SCHELETRICI NUCLEO STRIATURA 1-40 mm

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Tessuto muscolare: aspetti generali

Cardiomiociti

CARDIOMIOCITI sono pure cilindrici, ma più piccoli prevalentemente mononucleati e connessi con dischi intercalari, formando un sistema sinciziale.

MIOCITI SCHELETRICI NUCLEO STRIATURA 1-40 mm

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Tessuto muscolare: aspetti generali

Miociti lisci

| MIOCITI LISCI sono fusiformi, mononucleati, mancano delle caratteristiche striature trasversali che riflettono l'architettura ordinata delle microfibrille

MIOCITI LISCI 20-130 um

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Differenti caratteristiche del muscolo

Muscolo scheletrico, cardiaco e liscio

Caratteristiche	Muscolo scheletrico	Muscolo Cardiaco	Muscolo Liscio
Aspetto microscopico	striato	striato	liscio
Morfologia	polinucleato di forma allungata	cellule mononucleate connesse da dischi intercalari	cellule fusiformi e mononucleate
Disposizione delle fibre	sarcomeri	sarcomeri	fasci intrecciati
Proteine delle fibre	actina, miosina	actina, miosina	actina, miosina
Proteine Regolatrici	tropomiosina, troponine	tropomiosina, troponine	calponina, caldesmone
Meccanismo della contrazione	Ca2+ e troponina	Ca2+ e troponina	Ca2+ e calmodulina
Accoppiamento eccitazione-contrazione	elettromeccanico	elettrochimico (rilascio di Ca2+ indotto da Ca2+)	misto

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Muscolo scheletrico

Struttura del muscolo scheletrico

Muscolo scheletrico Nuclei Miofibrille Capillari Fibra muscolare Fascio di fibre muscolari Reticolo sarcoplasmatico Sarcomero Miofibrilla Banda | Banda A Muscolo Disco Z Linea M Immagini da D. L. Nelson, M. M. Cox, I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER 4/E, Zanichelli

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Sarcolemma e miofibrille

· Ogni cellula (fibra) è delimitata dal sarcolemma (membrana plasmatica) e contiene parecchi fasci di miofibrille. Una miofibrilla è un aggregato di filamenti spessi e sottili, spesso 1-3 um, disposto lungo l'asse longitudinale di una fibra muscolare che ne rispetta la striatura trasversale (poiché le bande sono allineate in fase) e ne costituisce quella longitudinale · Ogni miofibrilla è composta di proteine filamentose ed è costituita da corte unità strutturali dette sarcomeri.

SARCOLEMMA MITOCONDRI MIOFILAMENTI LINEA Z LINEAZ MIOFIBRILLA BANDA A BANDAI BANDAI SARCOMERO RETICOLO LINEA Z LINEAZ FIBRA TUBOLIT SARCOPLASMATICO NUCLEO - FILAMENTO SPESSO YILAMENTO SOTTILE TROPONINA ACTINA TROPOMIOSINA MIOSINA

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Linee Z e sistema tubulare trasverso

· Le proteine alle giunzioni dei sarcomeri formano le linee Z, per cui un sarcomero si estende lungo una miofibrilla da una linea Z ad un'altra linea Z. · Il sarcolemma, in vicinanza della linea Z presenta delle introflessioni che delimitano canalicoli che percorrono perpendicolarmente · l'asse longitudinale della fibrocellula. L'insieme di questi canalicoli costituisce il sistema tubulare trasverso o sistema a T.

SARCOLEMMA MITOCONDRI MIOFILAMENTI LINEA Z LINEAZ MIOFIBRILLA BANDA A BANDAI BANDAI SARCOMERO RETICOLO SARCOPLASMATICO LINEA Z LINEAZ FIBRA TUBOLIT NUCLEO - FILAMENTO SPESSO YILAMENTO SOTTILE TROPONINA ACTINA TROPOMIOSINA MIOSINA

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Nuclei e sarcolemma

Muscolo scheletrico nuclei, di forma ellissoidale e disposizione longitudinale, sono localizzati sotto il sarcolemma, con il Golgi adiacente.

NUCLEO SARCOPLASMA (CITOSOL DELLA FIBROCELLULA) MIOFIBRILLE SARCOLEMMA (MEMBRANA DELLA FIBROCELLULA)

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Tessuto muscolare

Mitocondri e ATP

I mitocondri, molto abbondanti, sono dislocati in parte solo il sarcolemma ed in parte tra le miofibrille, con disposizione molto ordinata. I mitocondri sotto il sarcolemma forniscono ATP per le pompe di membrana e per il reticolo sarcoplasmatico. I mitocondri tra le miofibrille, forniscono ATP per la contrazione muscolare.

BANDA I Cisteme termineli BANDA A BANDA Z Triade MIOFIBRILLE Elementi medieli del reticolo sarcoplasmaico SARCOLEMMA RETICOLO SARCOPLASMATICO Sistema del tubuli T Mitochondrion"

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Miofilamenti

Composizione dei miofilamenti

I miofilamenti spessi sono costituiti da miosina I miofilamenti sottili da actina, troponina e tropomiosina

Miofibrilla Troponina Miosina Tropomiosina Actina Actina, Linea Z Miosina Sarcomero -Banda A Banda A- Zona 4 Banda I số

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Attività muscolare: filamenti spessi

Miosina e sue subunità

La base biochimica dell'attività muscolare è collegata alle proprietà enzimatiche e fisiche di actina, miosina e proteine accessorie.

MIOSINA: lunga proteina fibrosa con peso molecolare di circa 500.000 daltons.

Head Neck Tail K - 130 nm > Regulatory light chain Essential light chain

Ciascuna molecola di miosina è costituita da 6 subunità: 2 catene pesanti (HC) molto grandi e 4 catene leggere (LC) più piccole.

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Miosina

Struttura e funzione della miosina

La HC contiene un lungo dominio terminale in alfa-elica (circa 1300 amminoacidi) e un dominio globulare (testa globulare) all'estremità ammino-terminale (circa 800 amminoacidi). Le due catene pesanti (HC) hanno i tratti in alfa-elica superavvolti a dare un lungo tratto rigido con due teste globulari. Una molecola di miosina completa contiene anche 4 catene leggere (LC) associate alle teste globulari delle catene pesanti. Queste piccole proteine (LC) hanno peso molecolare di 16.000-24.000 daltons e si suddividono in LC1, LC2 ed LC3. Ciascun dominio globulare presenta 1LC2 e 1LC1 o 1LC3 a seconda del tipo di muscolo considerato (cardiaco, scheletrico, embrionale, liscio). Tutte le catene leggere legano il Ca2+ con una elevata affinità e servono per regolare l'attività ATPasica della miosina, nonché l'assemblaggio della miosina per formare i filamenti spessi. L'attività ATPasica della miosina è localizzata a livello delle teste globulari.

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Aggregazione della miosina

Miosina Linea M - 325 nm Miosina · Nel muscolo le molecole di miosina si aggregano coda-coda in maniera sfalsata (circa 14.3 nm l'una rispetto all' altra), le teste sporgono all'esterno, la zona nuda al centro consiste interamente di code di miosina · Interazioni ioniche · Questa superstruttura costituisce i filamenti spessi (banda A) Un miofilamento spesso è costituito da circa 400 molecole di miosina organizzate, in parti uguali, in due fasci, da cui protrudino, ad intervalli regolari, le coppie di teste che stabiliscono i legami con i miofilamenti sottili

Sarcomero Banda I Banda A A Linea Z Banda H Linea Z Banda I Linea M - - Linea Z Linea Z Linea Z Banda A Immagini da SALVATORE F, Biochimica Umana con schede cliniche -Idelson Gnocchi

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Attività muscolare: filamenti sottili

Actina, troponina e tropomiosina

I miofilamenti sottili sono costituiti dalle doppie eliche allungate dell'actina e da due proteine regolatrici, la tropomiosina e la troponina.

ACTINA-G ACTINA-F TnT Tnl TROPOMIOSINA Tnc COMPLESSO DELLA TROPONINA

La funzione dell'actina è duplice: 1) Interagire con le teste di miosina 2) Stimolare l'attività ATPasica della miosina

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Actina

Actina-G e actina-F

I filamenti sottili sono composti da molte subunità di una proteina globulare nota come actina-G (42 kD) e diverse proteine accessorie.

· In un filamento sottile, l'actina-G è polimerizzata in lunghi segmenti fibrosi noti come actina-F.

ATP ADP 36nm 7hm Monomeri di actina G Estremità positiva del microl lamento @ Estremità negativa clel microfilamento Microfilamento di actina F (a) Assemblaggio dei microfilamenti Figura 22-16 (b) Actina F purificata 0,5 pam

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Filamenti di actina-F

Actina Un paio di filamenti di actina-F sono avvolti elicoidalmente per formare la struttura portante di un filamento completo di actina. Ciascun monomero di actina-G contiene un sito di legame per la testa della miosina. Le principali proteine accessorie presenti nei filamenti sottili sono: Tropomiosina e Troponina.

ATP 36mm Thm Monomeri di actina G Estremità positiva del microf lamento Estremità negativa clel microfilamento Microfilamento di actina F (a) Assemblaggio dei microfilamenti Figura 22-16 (b) Actina F purificata 0,5 pam

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Tropomiosina e troponina

Ruolo nella contrazione muscolare

La tropomiosina è un eterodimero costituto da due filamenti superavvolti. Nel muscolo rilassato ciascuna molecola di tropomiosina copre i siti di legame con la miosina di 7 residui di actina-G, prevenendo il legame tra actina e miosina e mantenendo il muscolo rilassato. L'inizio di un evento di contrazione richiede l'intervento della seconda proteina accessoria, la troponina. La troponina è un eterotrimero che fisicamente lega la tropomiosina all'actina. Cambiamenti conformazionali nella troponina sono responsabili del movimento della tropomiosina che alternativamente copre e scopre i siti di legame tra actina e miosina. Una delle subunità della troponina, la troponina-C (Tn-C), è una proteina analoga alla calmodulina e quindi in grado di legare il calcio. Quando Tn-C lega il calcio, l'intera molecola di troponina va incontro a variazioni conformazionali che muovono la tropomiosina ad essa solidale e liberando il sito di attacco della miosina sull'actina.

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