Thème 3 B : Produire le mouvement, contraction musculaire et apport d’énergie

Term spé SVT. Test 43. Cellule musculaire : Organisation.

Term spé SVT. Test 44. Cellule musculaire : Contraction.

Les mouvements mobilisent les muscles. La cellule musculaire dispose d’une organisation structurale lui permettant de se raccourcir, ce qui entraine la contraction du muscle. Elle a besoin d’énergie apportée sous forme d’ATP, produit à partir de glucose. L’approvisionnement des cellules musculaires en glucose nécessite le maintien de la concentration en glucose sanguin, régulé par des hormones.

Quels sont les processus mécaniques, structuraux et énergétiques impliqués dans la réalisation d’un mouvement ?

Chapitre 1 : La cellule musculaire : une structure spécialisée permettant son propre raccourcissement

          A.Le muscle, organe contractile constitué de fibres musculaires

Le muscle strié squelettique est composé d’une multitude de fibres musculaires, reliées entre elles et organisées en faisceaux. Chaque fibre est une cellule géante plurinucléé (plusieurs noyaux) de plusieurs centimètres de long. La contraction synchrone des fibres d’un muscle entraine sont raccourcissement. Le muscle étant relié à un os par un tendon, de proche en proche, cela tire sur le tendon puis sur l’os ce qui permet un mouvement au niveau de l’articulation (flexion ou extension).

1)  Organisation des fibres musculaires

Les fibres musculaires présentent un aspect strié. Ceci s’explique par l’organisation intracellulaire des myofibrilles formant le cytosquelette de la cellule. Chaque myofibrille est constituée d’un ensemble d’unités contractiles d’environ 2,5 µm mises bout à bout appelées les sarcomères. Chaque sarcomère est un assemblage des deux types de filaments protéique disposés parallèlement à l’axe de l’allongement de la myofibrille : les filaments fins d’actine et épais de myosine, on les appelle les myofilaments. Les filaments d’actine sont accrochés aux extrémités du sarcomère (strie Z) et pénètrent en partie dans la zone centrale, alternant à ce niveau avec les filaments de myosine, centraux.

Les différents niveaux d’organisation du muscle 

Lors de la contraction, les sarcomères se raccourcissent d’environ 25% de leur longueur grâce au coulissement des filaments d’actine et de myosine entre eux.

La contraction d’un sarcomère

2)  Les mécanismes de la contraction

Le coulissement des myofilaments est permis grâce à l’hydrolyse de l’ATP qui fournit l’énergie nécessaire au mouvement de ces protéines ainsi que la présence d’ions calcium.

La myosine possède une extrémité globulaire appelée « tête » qui peut se fixer sur les microfilaments d’actine mais aussi de l’ATP. L’hydrolyse de l’ATP (et donc la présence d’ADP + Pi sur la myosine) entraine la mise en contact de la tête de myosine avec l’actine. La libération de l’ADP + Pi entraine le pivotement de la tête de myosine toujours accrochée à l’actine. C’est ce mouvement qui provoque de proche en proche le coulissage des microfilaments entre eux et le raccourcissement du sarcomère. La mise en contact n’est possible qu’en présence de calcium car il permet de libérer le site de fixation de la myosine sur l’actine. Le site de fixation de l’ATP étant libre, une nouvelle molécule peut s’y fixer, ce qui décroche la tête de myosine de l’actine. Et ainsi de suite.

Le rôle du calcium 

 
Modèle de couplage entre l’hydrolyse de l’ATP et le mouvement

          B. Les myopathies, une dégénérescence des cellules musculaires

La myopathie de Duchenne (DMD) est une affection génétique qui touche toute la musculature. Elle se caractérise par un affaiblissement progressif des muscles des membres et du tronc, aboutissant à une grave incapacité motrice et cardio-respiratoire, en général après l’âge de 10-13 ans. Elle résulte de mutation(s) du gène de la dystrophine, localisé sur le chromosome X et touche les garçons (1/3500 naissances masculines).

La dystrophine est une grosse protéine en forme de bâtonnet qui relie les filaments d’actine au cytoplasme à la matrice extracellulaire. Pour cela, elle s’attache à un complexe de molécules qui traversent la membrane des cellules musculaires et s’ancre dans la matrice. Cet assemblage assure une cohérence structurale nécessaire à des contractions répétées. Si la dystrophine est absente ou se dégrade, les fibres musculaires dégénèrent. Le traitement des myopathies est aujourd'hui l’objet de recherches intensives.