Fisiologia muscolare (meccanismi di contrazione).

Le miofibrille sono responsabili della contrazione muscolare e sono composte da proteine contrattili (actina e miosina), proteine regolatrici (troponina e tropomiosina) e proteine strutturali citoscheletriche (titina e nebulina).

La miosina è una proteina capace di utilizzare l'energia derivante dall'idrolisi di ATP (in ADP+Pi) per legarsi alle molecole di actina e generare forza e motilità. Le miosine sono coinvolte anche nei movimenti cellulari, nel trasporto vescicolare e in altri processi cellulari. Nel muscolo si trova la miosi II, formata da 2 catene pesanti, che si attorcigliano a elica, e 4 catene leggere. Ogni catena pesante presenta da un lato una testa (zona globulare) e dall'altro una coda (zona allungata). Le teste sono le regioni dove si trovano i siti di legame per ATP e actina e la coda guida l'assemblaggio della miosina a formare i filamenti spessi. L'unione di diverse molecole di miosina determina la formazione del filamento spesso, che presenta proiezioni delle teste di miosina, che sporgono in modo da formare ponti trasversali per permettere la connessione dei filamenti spessi a quelli sottili.

L'actina è una proteina di forma globulare (G-actina) che contiene un sito di legame per la testa della miosina. Diverse molecole di G-actina polimerizzano a formare un filamento (F-actina). Il filamento sottile è formato da due polimeri di F-actina, avvolti tra di loro a formare una doppia elica, e dalle proteine regolatrici tropomiosina e troponina. La tropomiosina è posta nel solco della doppia elica dei filamenti sottili di actina. La troponina è una proteina formata da 3 subunità globulari: troponina T, che si lega alla tropomiosina; troponina I, che si lega all'actina; troponina C, che possiede un sito di legame per lo ione Ca⁺⁺. L'aumento della concentrazione di Ca⁺⁺ determina il legame della subunità troponina C con lo ione Ca⁺⁺. Ciò induce modificazioni conformazionali nella troponina, che determinano lo spostamento della tropomiosina, liberando i siti di legame tra actina e miosina e permettendo l'innesco dei fenomeni che portano alla contrazione muscolare.

Associate alle proteine contrattili ci sono le proteine accessorie titina e nebulina. La titina è una proteina filamentosa, posta parallelamente ai filamenti contrattili con funzione stabilizzante che mantiene la miosina al centro del sarcomero durante la contrazione e per le sue proprietà elastiche permette al sarcomero di tornare nella posizione iniziale dopo la contrazione. La nebulina è una proteina gigante, presente esclusivamente nel muscolo striato scheletrico, che si estende lungo tutta la lunghezza dei filamenti sottili, guidandone la formazione e allineamento.

Teoria dello scorrimento dei filamenti: i filamenti di actina e miosina scorrono gli uni sugli altri senza modificare la loro lunghezza.

Teoria dei ponti trasversali: è il movimento delle teste della miosina (ponti trasversali) a generare il movimento. Ogni testa di miosina presenta un sito di legame per actina e uno per ATP. Le teste di miosina si legano alle molecole di actina e durante la contrazione il movimento veloce delle teste di miosina, detto colpo di forza, spinge il filamento di actina verso il centro del sarcomero. Al termine del processo, la testa di miosina si stacca dalla molecola di G-actina e, nel ciclo successivo, si legherà a un'altra molecola di G-actina. L'energia è fornita dall'attività ATPasica (idrolizza ATP in ADP e Pi) della miosina, che permette di produrre il colpo di forza.

Schema ciclico della contrazione:

• Legame di ATP a miosina (legame molecola di ATP e testa miosina, distacco testa dalla molecola di G-actina, inizio ciclo dei ponti trasversali).
• Idrolisi ATP (enzima ATPasi sulla testa della miosina scinde l'ATP in ADP e Pi, che rimangono attaccati alla testa della miosina).
• Legame actina-miosina (gli ioni Ca⁺⁺ si legano alle subunità TnC della troponina, cambiamento conformazionale, liberazione siti di legame dell'actina, la testa di miosina ruota e si lega all'actina).
• Colpo di forza (Pi rilasciato dalla testa della miosina, innescando colpo di forza, movimento delle teste lungo l'asse del filamento spesso e trascinamento filamenti di actina. Accorciamento del sarcomero).
• Stato di rigor (ADP rilasciato dalla testa della miosina, saldo legame tra actina e miosina e di durata molto breve, poi una nuova molecola di ATP si lega al sito attivo ATPasi sulla miosina, questo complesso non ha affinità per l'actina, che si stacca dalla testa e, se c'è calcio disponibile, ricomincia un altro ciclo dei ponti trasversali).