LA FIBRA MUSCOLARE
e il meccanismo della contrazione
MODULO: Studio del corpo umano
SILSIS - VIII ciclo
Paola Morandi
CLASSE
2° I.T.C.S. con indirizzo biologico
Chimica/SN
Laboratorio
1° anno
2° anno
4
2
4
2
MOMENTO DEL PERCORSO FORMATIVO
 introduzione al corpo umano
- definizione di tessuto
- organizzazione gerarchica: cellula, tessuto, organo, apparato
- principali tipi di tessuto
 studio del corpo umano (integrazione e controllo delle attività corporee)
- sistema endocrino
- sistema nervoso e trasmissione dell’impulso
- organi di senso
struttura del muscolo scheletrico
- organi effettori ossa e…
meccanismo della contrazione
regolazione della contrazione
…muscoli
giunzione neuromuscolare
DURATA E SCANSIONE TEMPORALE
2(3) ore di lezione frontale e 1 ora di laboratorio, così ripartite:
(1 ora)§
- recupero prerequisiti
- tre tipi di tessuto muscolare (ricapitolazione)
1 ora
- caratteristiche della fibra muscolare
- le proteine contrattili
- organizzazione dei miofilamenti: il sarcomero (1)
1 ora
- organizzazione dei miofilamenti: il sarcomero (2)
- meccanismo della contrazione e (in breve) sua regolazione
1 ora
esperienza di laboratorio (compresa spiegazione iniziale)
NB Non si è prevista una verifica specifica su questo argomento
§
Se necessario, in base al livello della classe
PREREQUISITI







Proteine (monomero/polimero, globulare/filamentosa)
Interazione fra proteine (sito di legame, modificazione conformazionale)
Nucleo, membrana plasmatica, reticolo endoplasmatico, mitocondrio
Cellula specializzata/differenziata e tessuto
Molecola di ATP
Potenziale d’azione
Microscopio ottico ed elettronico
OBIETTIVI DIDATTICI
 Principali caratteristiche della fibra muscolare
 Componenti strutturali del sarcomero: actina e miosina
 Modello di scorrimento dei miofilamenti
 Ruolo dell’ATP e del calcio nella contrazione
 Definizione di unità motoria
OBIETTIVI FORMATIVI
 Dal macroscopico al microscopico: gli esseri viventi hanno un’organizzazione
strutturale di tipo gerarchico
 Concetto di unità funzionale
 Flusso dell’energia (energia chimica  energia meccanica)
 Il metodo sperimentale: dall’osservazione alla comprensione dei fenomeni
STRUMENTI DIDATTICI
 libro di testo: “Invito alla biologia” di Curtis e Barnes, ed. Zanichelli
 lavagna: disegni della fibra muscolare e del sarcomero
 powerpoint: fotografie e disegni
 laboratorio
MULTIDISCIPLINARIETÀ
Educazione fisica
- coppie di muscoli antagonisti per produrre i movimenti ed assicurare la stazione
eretta
- fonti energetiche del muscolo e debito di ossigeno
IL TESSUTO MUSCOLARE SCHELETRICO
livelli di organizzazione
Tessuto muscolare scheletrico:
insieme di fibre muscolari
Fibra muscolare: cellula allungata
che contiene le miofibrille
Miofibrilla: insieme di filamenti proteici
(miofilamenti) organizzati in unità
ripetute, i sarcomeri
Sarcomero: unità contrattile
Per ricordare: muscolo - fibra muscolare - miofibrilla - sarcomero
LA FIBRA MUSCOLARE
cellula specializzata
5 -50 μm
Cellula normale
FIBRA MUSCOLARE
cilindrica, molto allungata
nucleo
polinucleata (sincizio)
membrana plasmatica
sarcolemma (potenziale d’azione)
reticolo endoplasmatico
sarcoplasma (Ca2+,
glicogeno mioglobina
• Sistema T: tubuli trasversali in continuità con il sarcolemma (potenziale d’azione)
• Nel sarcoplasma sono strettamente impacchettate le miofibrille
)
I MIOFILAMENTI
ACTINA
Troponina e tropomiosina: regolazione della contrazione
MIOSINA
assemblaggio
assemblaggio
MIOFILAMENTO SOTTILE
possiede siti di legame per la miosina
MIOFILAMENTO SPESSO
siti di legame per actina e ATP
ORGANIZZAZIONE DEI
MIOFILAMENTI: IL SARCOMERO
sarcomero
immagine al microscopio elettronico
0.5 μm
Filamento sottile
(actina)
Linea M
Filamento spesso
(miosina)
Banda H
Banda A scura
dettagli, sezione trasversale
Banda I chiara
Linea Z
Le miofibrille sono disposte parallelamente all’asse maggiore della fibra muscolare !
…e con le bande A e I allineate a registro
LA CONTRAZIONE
sarcomero
immagine al microscopio elettronico
Filamento sottile (actina)
Banda A scura
Linea Z
Filamento spesso (miosina)
Banda I chiara
Osservazione: durante la contrazione
?!
• le linee Z si avvicinano (il sarcomero si accorcia)
• la banda I diventa più piccola
• la banda A rimane costante
 IL MODELLO DI SCORRIMENTO DEI FILAMENTI
LA CONTRAZIONE: MECCANISMO MOLECOLARE
…oppure figura 33.27 del libro di testo
REGOLAZIONE DELLA CONTRAZIONE
1.
Un impulso nervoso provoca il rilascio del calcio dal
reticolo sarcoplasmatico
2.
Il calcio diffonde nel sarcoplasma e si lega alla
troponina
3.
Il complesso troponina-tropomiosina libera i siti di
legame per la miosina sull’actina (inizia la contrazione)
§
4.
Quando cessa la stimolazione, il calcio viene
risequestrato nel reticolo sarcoplasmatico (la fibra si
rilassa)
§ figura 33.28 del libro di testo
UNITÀ MOTORIA
Ogni fibra muscolare è innervata da un neurone motorio.
Si definisce unità motoria l’insieme del neurone motorio e delle fibre
da esso innervate.
LABORATORIO
osservare la struttura del tessuto muscolare scheletrico
Figura: immagine al microscopio ottico di un
campione di tessuto muscolare scheletrico
NO !
NB : 1) ripasso reattivo del biureto
2) quantitativo vs qualitativo
3) lettura critica !!
SCHEDA DI LABORATORIO
Studente:
Data:
Titolo dell’esperimento:
Colorazione con blu di metilene
1)
2)
Che cosa colora il blu di metilene e perché?
Perché il campione presenta delle striature?
Colorazione con reattivo del biureto
1)
2)
Che cosa colora il reattivo del biureto?
Come si colora il campione dopo trattamento con il reattivo del biureto? Perché?
I muscoli artificiali
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Sveglia !!
Perché studiare la scienza ?
La scienza in evoluzione
http://www.hansonrobotics.com/
http://eap.jpl.nasa.gov/
Possibile intervento di un esperto di robotica/biomimetica
Biomimetica: copiare quanto di più efficiente c’è nel mondo naturale per creare
oggetti artificiali che siano più forti, più veloci e più agili di quelli oggi
esistenti…ciò implica la comprensione dei principi fondamentali che stanno alla
base del loro funzionamento e la loro successiva implementazione nei dispositivi
robotici.