20.8: Ciclo dei ponti trasversali

Mentre il muscolo si contrae, la sovrapposizione tra i filamenti sottili e spessi aumenta, diminuendo la lunghezza del sarcomero, l’unità contrattile del muscolo, utilizzando l’energia sotto forma di ATP. A livello molecolare, questo è un processo ciclico e multifase che coinvolge il legame e l’idrolisi dell’ATP e il movimento dell’actina da parte della miosina.

Quando ATP, che è attaccato alla testa di miosina, è idrolizzato ad ADP, la miosina si muove in uno stato ad alta energia destinato ad actina, creando un ponte incrociato. Quando ADP viene rilasciato, la testa della miosina si sposta in uno stato di bassa energia, muovendo l’actina verso il centro del sarcomero. Il legame di una nuova molecola ATP dissocia la miosina dall’actina. Quando questo ATP è idrolizzato, la testa della miosina si legherà all’actina, questa volta su una porzione di actina più vicina alla fine del sarcomero. Proteine regolatorie troponina e tropomiosina, insieme al calcio, lavorano insieme per controllare l’interazione tra miosina-actina. Quando la troponina si lega al calcio, la tropomiosina viene allontanata dal sito legante della miosina sull’actina, consentendo alla miosina e all’actina di interagire e di verificarsi la contrazione muscolare.

Calcio

Come regolatore della contrazione muscolare, la concentrazione di calcio è strettamente controllata nelle fibre muscolari. Le fibre muscolari sono a stretto contatto con i motoneuroni. Potenziali di azione nei motoneuroni causano il rilascio del neurotrasmettitore acetilcolina in prossimità di fibre muscolari. Questo genera un potenziale d’azione (depolarizzazione) nella cellula muscolare, che viene trasportato lungo la membrana plasmatica e attraverso invaginazioni della membrana plasmatica chiamata trasversale, o tubuli T.

I tubuli T corrono in profondità nel muscolo e sono adiacenti a organelli di reticolo reticolo endoplasmatico specializzati chiamati reticolo sarcoplasmico, o SR. Il calcio sequestrato all’interno del SR viene rilasciato quando i canali ionici “voltage-gated” (canali ionici che si aprono e si chiudono in base alle cariche locali) si aprono in risposta alla depolarizzazione, permettendo agli ioni di calcio di entrare nel citoplasma e ai muscoli di contrarsi.

Quando la segnalazione da neuroni motori si ferma, il rilassamento del muscolo inizia come calcio viene pompato di nuovo nella SR, diminuendo i livelli citoplasmatici di calcio e ricostituire i depositi di calcio SR in preparazione per la successiva contrazione.

Degenerazione muscolare

Muscolo sano può contrarsi, ma il muscolo malato spesso perde questa capacità. Malattie come la mioasthenia gravis impediscono la stimolazione del motoneurone del muscolo che si traduce in atrofia muscolare e una diminuzione della massa muscolare. La sclerosi laterale amiotrofica (SLA o malattia di Lou Gehrig) fa degenerare i motoneuroni, il che porta in modo simile alla degenerazione muscolare e all’atrofia.