MUSCOLO
Un muscolo è un organo effettore che, se opportunamentestimolato da una terminazione nervosa è in grado di contrarsi      ...
Un muscolo scheletrico e’ costituito da tante  fibre (o fibrocellule) muscolari disposte in parallelo.                    ...
Una fibra o fibrocellula muscolare e’ a sua volta              costituita da tante miofibrille disposte in parallelo      ...
A loro volta le miofibrille sono organizzate in maniera modulare:    i sarcomeri, costituiti da miofilamenti di actina e m...
Ultrastruttura dei miofilamenti                       Filamenti sottili (actina)                                          ...
Ultrastruttura dei miofilamenti                Filamenti spessi (miosina)       Molecola di miosina                   test...
Durante la contrazione muscolare la         miosina si lega all’actina reversibilmente                                 sar...
Ruolo del Ca2+ nella contrazione                             miosina         testa     tropomiosina            troponina  ...
Ciclo della contrazione                         1) Fibra a riposo: la testa della                         miosina non è at...
Ultrastruttura del muscolo scheletrico                                                  Miosina spessa                    ...
Da dove arriva il Ca2+?                 Il reticolo sarcoplasmatico                                      Filamento sottile...
Ruolo dei Tubuli Trasversi               (Tubuli a T)•   Invaginazioni del sarcolemma•   Il lume è ripieno di liquido extr...
Ruolo del Reticolo Sarcoplasmatico •   Rete di cisterne intracellulari che     immagazzinano e rilasciano Ca2+            ...
Ruolo del Reticolo Sarcoplasmatico •   Rete di cisterne intracellulari che     immagazzinano e rilasciano Ca2+ •   Il RS l...
Ruolo del Reticolo Sarcoplasmatico •   Rete di cisterne intracellulari che     immagazzinano e rilasciano Ca2+ •   Il RS l...
Modello per il rilasciovoltaggio-dipendente del Ca 2+                   TT               RS               +           -   ...
Accoppiamento EC in Azione     Sarcolemma               Tubulo a TSR                  + +   + +Ca2+              + +   + +...
Meccanismo di rilascio del Ca2+ dal    reticolo sarcoplasmatico
Schema riassuntivo
Accoppiamento Eccitamento-      Contrazione (EC)   nel Muscolo Scheletrico                  Ritardo                    Vm ...
Controllo della forza di contrazione• Scala dei tempi:  – Un PdA muscolare tipico dura 3-5 ms  – Una contrazione muscolare...
Il Tetano MuscolareA) Scosse muscolari sempliciTensione                               Tempo (ms)       B) Sommazione  Tens...
Il Tetano MuscolareC) Sommazione che porta ad un tetano incompleto           Tensione massimaTensione                     ...
Il Tetano Muscolare      D) Sommazione che porta ad un tetano completo               Tensione massima                     ...
Relazione lunghezza-tensione nella contrazione di un                 muscolo scheletrico                                  ...
Metabolismo muscolare   Il sangue porta nutrienti al muscolo , che li    usa per fare ATP (adenosina trifosfato)
Carboidrati (CHO) glucosio Trasportato dal sangue Immagazzinato come glicogeno ATP è prodotto più velocemente dal  glu...
trigliceridi       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 ...
Acidi grassi Immagazzinati nel tess. adiposo e  muscolo producono ATP più lentamente di CHO Scorte di acidi grassi non ...
Proteine 1º ruolo è fornire a. acidi per sintesi proteica Forniscono 5-15% di ATP
 I muscoli hanno scarsa capacità di  immagazzinare ATP 3 sistemi producono ATP    – aerobico – usato per durata    – ana...
Potenza e capacitàSistema      Max potenza    Max Capacità                       -1             (kcal· min )      (kcal)Im...
 Aerobico. Beta ossidazione acidi grassi  impiega 2-3 min per attivarsi Anaerobico. La glicolisi impiega ~5s per  attiva...
30-s Sprint
Fonti di energia Immediate            ATPase     ATP               ADP + Pi              creatine kinasePCr + ADP         ...
Cambi in [ATP]e [PCr]durante sprint
glicolisi  sangue      glucosiosarcolemma             ATP  glicolisi                      glicogenolisi             ATP   ...
GlicogenoGlicogenolisi• Regolata da fosforilasiGluconeogenesi• Regolata da glicogeno sintasi
Riposo   sangue     glucosio sarcolemma         + insulin              ATP                          + insulin   glicolisi ...
Esercizio fisico   blood       glucose sarcolemma              ATP   glicolisi              phosphorylase                 ...
Metabolismo Aerobico                                               O2       H2O         Glicolisi                         ...
Metabolismo lipidico1. lipolisi TG scissi ad acidi grassi   (FFA)2. FFA trasportati almuscolo da albumina3. FFA entrano ne...
Produzione di ATP                Glucosio   Ac. Palmitico                  (C6)         (C16)  Glicolisi/b      2         ...
Misura dell’energia utilizzataCalorimetria indiretta cibo+ O2       CO2 + H2O + energia (ATP) Velocità di utilizzo di O2...
Substrati utilizzati    Dipende da intensità e durata           dell’esercizio CHO per esercizi intensi Grassi per eserc...
Esercizio intenso: lattato  blood      glucosesarcolemma         +Ca2+, insulin             ATP                     +Ca2+,...
Ciclo di CoriFegato convertelattato in glucosio
Variazioni Metaboliche                    riposo           Fatica    [ATP]             25                 17   [ADP]      ...
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  1. 1. MUSCOLO
  2. 2. Un muscolo è un organo effettore che, se opportunamentestimolato 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)
  3. 3. Un muscolo scheletrico e’ costituito da tante fibre (o fibrocellule) muscolari disposte in parallelo. assone placca muscolo motriceFibrocellule muscolari Ciascuna fibra (o fibrocellula) Ciascuna fibra muscolare e’ innervata muscolare costituisce una unità da un motoneurone (placca cellulare neuromuscolare)
  4. 4. Una fibra o fibrocellula muscolare e’ a sua volta costituita da tante miofibrille disposte in parallelo NucleoSarcolemmaSarcoplasma Filamenti Miofibrill Striature e Qui viene mostrata una fibrocellula muscolare scheletrica con esposte le miofibrille costituite da filamenti intracellulari di actina e miosina. (x 600)
  5. 5. A loro volta le miofibrille sono organizzate in maniera modulare: i sarcomeri, costituiti da miofilamenti di actina e miosina linee Z sarcomero linea M banda I banda A banda I sarcomero filamento spesso (miosina) linea Z filamento sottile (actina)
  6. 6. Ultrastruttura dei miofilamenti Filamenti sottili (actina) Complesso della Tropomiosina Troponina G-actina 2 filamenti ad elica (F-actina) costituiti da unita’ globulari in serie (G-actina) 2 filamenti di tropomiosina complessi globulari di troponina
  7. 7. Ultrastruttura dei miofilamenti Filamenti spessi (miosina) Molecola di miosina testa coda Filamento di miosina Teste della miosinaCiascun filamento e’ costituito da 2 catene polipeptidiche ad -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 cuile teste sono sfasate tra di loro di alcuni nm
  8. 8. Durante la contrazione muscolare la miosina si lega all’actina reversibilmente sarcomero miosina actina Disco Z Disco Z RILASSAMENTO CONTRAZIONEUn’estremita’ dei filamenti di actina e’ ancorata al disco Z. I fasci difilamenti di miosina sono bipolari.Durante la contrazione i filamenti di actina e miosina scorrono gli uni suglialtri senza accorciarsi.Il movimento di scorrimento e’ guidato dalle teste di miosina che si muovonoverso l’estremita’ ancorata al disco Z del filamento di actina adiacente.
  9. 9. Ruolo del Ca2+ nella contrazione miosina testa tropomiosina troponina sito di legame actinaIn assenza di Ca2+ la tropomiosina blocca i siti attivi sull’actinaQuando il Ca2+ si lega alla troponina:• Il complesso della troponina cambia configurazione• La troponina sposta la tropomiosina, esponendo i siti dibinding dell’actina per la miosina• L’actina e la miosina possono interagire
  10. 10. Ciclo della contrazione 1) Fibra a riposo: la testa della miosina non è attaccata all’actina5) La testa della miosina ritornaal suo orientamento originale Idrolisi dell’ATP Ca2+ 2) Legame della testa della miosina all’actina ATP 1) A riposo: miosina4) Rilascio della testadella miosina dall’actina distaccata dall’actina (ADP+ Pi) Rilascio di ADP e Pi Legame di ATP 2) Ca2+ → la miosina si lega all’actina 3) Scorrimento dei filamenti di miosina e 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
  11. 11. Ultrastruttura del muscolo scheletrico Miosina spessa Actina sottile Nucleo TT Miofibrilla RS RS Triade Banda I Banda A Banda I Nucleo Sarcomero
  12. 12. Da dove arriva il Ca2+? Il reticolo sarcoplasmatico Filamento sottile SarcolemmaTubulo a T Filamento spesso Reticolo CisternaTriade sarcoplasmatico terminale
  13. 13. Ruolo dei Tubuli Trasversi (Tubuli a T)• Invaginazioni del sarcolemma• Il lume è ripieno di liquido extracellulare 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 Fibra muscolare 2+ dal RS in rilascio del Ca risposta ad un PA
  14. 14. Ruolo del Reticolo Sarcoplasmatico • Rete di cisterne intracellulari che immagazzinano e rilasciano Ca2+ Tubulo a T RS Longitudinale Ca2+ Ca2+ RS Terminale (cisterna) Triade
  15. 15. Ruolo del Reticolo Sarcoplasmatico • Rete di cisterne intracellulari che immagazzinano e rilasciano Ca2+ • Il RS longitudinale contiene Ca2+-ATPasi che pompano Ca2+ nel RS alla fine della contrazione Ca2+ Ca2+ Ca2+ ATPasi
  16. 16. Ruolo del Reticolo Sarcoplasmatico • Rete di cisterne intracellulari che immagazzinano e rilasciano Ca2+ • Il RS longitudinale contiene Ca2+-ATPasi che pompano Ca2+ nel RS alla fine della contrazione Ca2+ Ca2+ • Il RS terminale contiene un grosso complesso proteico denominato canale di rilascio del Ca2+ o recettore per la ryanodina2+ 2+ ATPasi Ca Canale per il rilascio del Ca
  17. 17. Modello per il rilasciovoltaggio-dipendente del Ca 2+ TT RS + - + - 2+ A riposo + Ca + - + - Sensore Canale del volt. di rilascio Vm - + - + 2+ 2+ Depolarizzata + Ca Ca - + - +
  18. 18. Accoppiamento EC in Azione Sarcolemma Tubulo a TSR + + + +Ca2+ + + + + Ca2+ + + + + Pompa del Ca2+ DHPR RyR1
  19. 19. Meccanismo di rilascio del Ca2+ dal reticolo sarcoplasmatico
  20. 20. Schema riassuntivo
  21. 21. Accoppiamento Eccitamento- Contrazione (EC) nel Muscolo Scheletrico Ritardo Vm TensioneC’è un significativo ritardo tral’eccitamento del muscolo (PA) e la
  22. 22. 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
  23. 23. Il Tetano MuscolareA) Scosse muscolari sempliciTensione Tempo (ms) B) Sommazione Tensione Tempo (ms)
  24. 24. Il Tetano MuscolareC) Sommazione che porta ad un tetano incompleto Tensione massimaTensione Tempo (ms)
  25. 25. Il Tetano Muscolare D) Sommazione che porta ad un tetano completo Tensione massima Fatica Tensione Scossa muscolare semplice Tempo (ms)Il tetano muscolare consiste nella sommazione o fusione delle scosse muscolarisemplici nelle singole fibre muscolariLa sommazione e ’ resa possibile dalla breve durata del periodo direfrattarieta ’ rispetto alla durata della singola contazione della fibramuscoloare
  26. 26. 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 dallalunghezza del sarcomero
  27. 27. Metabolismo muscolare Il sangue porta nutrienti al muscolo , che li usa per fare ATP (adenosina trifosfato)
  28. 28. Carboidrati (CHO) glucosio Trasportato dal sangue Immagazzinato come glicogeno ATP è prodotto più velocemente dal glucosio che da altri substrati Le scorte di CHO possono esaurirsi
  29. 29. trigliceridi 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 Hglicerolo Acidi grassi
  30. 30. Acidi grassi Immagazzinati nel tess. adiposo e muscolo producono ATP più lentamente di CHO Scorte di acidi grassi non esauribili
  31. 31. Proteine 1º ruolo è fornire a. acidi per sintesi proteica Forniscono 5-15% di ATP
  32. 32.  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
  33. 33. Potenza e capacitàSistema Max potenza Max Capacità -1 (kcal· min ) (kcal)Immediato 36 11Anaerobico 16 15Aerobico 10 illimitata
  34. 34.  Aerobico. Beta ossidazione acidi grassi impiega 2-3 min per attivarsi Anaerobico. La glicolisi impiega ~5s per attivarsi Immediato. Produce ATP immediatamente
  35. 35. 30-s Sprint
  36. 36. Fonti di energia Immediate ATPase ATP ADP + Pi creatine kinasePCr + ADP ATP + Cr adenylate kinaseADP + ADP ATP + AMP
  37. 37. Cambi in [ATP]e [PCr]durante sprint
  38. 38. glicolisi sangue glucosiosarcolemma ATP glicolisi glicogenolisi ATP PFK 4 ATP piruvato mitochondria lattato acetyl CoA
  39. 39. GlicogenoGlicogenolisi• Regolata da fosforilasiGluconeogenesi• Regolata da glicogeno sintasi
  40. 40. Riposo sangue glucosio sarcolemma + insulin ATP + insulin glicolisi glycogen synthase glicogeno PFK - insulin mitochondria
  41. 41. Esercizio fisico blood glucose sarcolemma ATP glicolisi phosphorylase glicogeno ATP PFK 4 ATP pyruvate FT ST mitochondria Lactate + acetyl CoA
  42. 42. Metabolismo Aerobico O2 H2O Glicolisi NAD (carboidrati) H+ NADH Catena (proteine) acetyl Krebs CoA FADH2 respiratoria H+ Beta Ossidazione FAD (grassi) mitocondri ADP + Pi ATP1. 2. 3. Sintesi ATP
  43. 43. Metabolismo lipidico1. lipolisi TG scissi ad acidi grassi (FFA)2. FFA trasportati almuscolo da albumina3. FFA entrano nel muscolo e traslocano nei mitocondri4. -ossidazione forma acetyl CoA5. acetyl CoA entra nel ciclo di Krebs
  44. 44. Produzione di ATP Glucosio Ac. Palmitico (C6) (C16) Glicolisi/b 2 --ossidazione Krebs 2 8 Catena 32-34 121respiratoria Totale 36-38 129
  45. 45. Misura dell’energia utilizzataCalorimetria 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
  46. 46. Substrati utilizzati Dipende da intensità e durata dell’esercizio CHO per esercizi intensi Grassi per esercizi di durata
  47. 47. Esercizio intenso: lattato blood glucosesarcolemma +Ca2+, insulin ATP +Ca2+, EPI, Pi, ADP glicolisi phosphorylase glicogeno ATP PFK +Pi, ADP, EPI 4 ATP pyruvate ST mitochondria lactate acetyl CoA
  48. 48. Ciclo di CoriFegato convertelattato in glucosio
  49. 49. Variazioni Metaboliche riposo Fatica [ATP] 25 17 [ADP] 3 4 [PCr] 85 5 [Pi] 5 90 + [H ] 0.1 mM 1.0 mMmmol•kg-1
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