15.4 : Contraction musculaire (2023)

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    Bras de fer

    Un sport comme le bras de fer dépend des contractions musculaires. Les bras de fer doivent contracter les muscles de leurs mains et de leurs bras etgarderils se sont contractés pour résister à la force adverse de leur adversaire. Le lutteur dont les muscles peuvent se contracter avec plus de force remporte le match.

    15.4 : Contraction musculaire (2)

    Contraction musculaire

    Comment commence une contraction des muscles squelettiques

    À l’exception des réflexes, toutes les contractions des muscles squelettiques résultent d’un effort conscient provenant du cerveau. Le cerveau envoie des signaux électrochimiques à travers le système nerveux somatique aux motoneurones qui innervent les fibres musculaires (pour revoir le fonctionnement du cerveau et des neurones, voir le chapitreSystème nerveux). Un seul motoneurone doté de plusieurs terminaisons axonales peut innerver plusieurs fibres musculaires, les obligeant ainsi à se contracter en même temps. La connexion entre une terminaison axonale d'un motoneurone et une fibre musculaire se produit au niveau d'un site de jonction neuromusculaire.Il s'agit d'une synapse chimique où un motoneurone transmet un signal à la fibre musculaire pour initier une contraction musculaire.

    Le processus par lequel un signal est transmis au niveau d'une jonction neuromusculaire est illustré dans la figure \(\PageIndex{2}\). La séquence d’événements commence lorsqu’un potentiel d’action est initié dans le corps cellulaire d’un motoneurone et que le potentiel d’action se propage le long de l’axone du neurone jusqu’à la jonction neuromusculaire. Une fois que le potentiel d'action atteint l'extrémité de la terminaison axonale, il provoque l'émission du neurotransmetteur acétylcholine (ACh) à partir des vésicules synaptiques de la terminaison axonale. Les molécules d'ACh diffusent à travers la fente synaptique et se lient aux récepteurs des fibres musculaires, initiant ainsi une contraction musculaire. La contraction musculaire est initiée par la dépolarisation du sarcolemme provoquée par l'entrée des ions sodium par les canaux sodiques associés aux récepteurs ACh.

    15.4 : Contraction musculaire (3)

    Les choses arrivent très vite dans le monde des membranes excitables (pensez à la rapidité avec laquelle vous pouvez claquer des doigts dès que vous décidez de le faire). Immédiatement après la dépolarisation de la membrane, elle se repolarise, rétablissant le potentiel membranaire négatif. Pendant ce temps, l’ACh dans la fente synaptique est dégradée par l’enzyme acétylcholinestérase (AChE). L'ACh ne peut pas se lier à un récepteur et rouvrir son canal, ce qui provoquerait une excitation et une contraction musculaires prolongées et indésirables.

    La propagation d'un potentiel d'action le long du sarcolemme entre dans leTubules en T. Pour que le potentiel d'action atteigne la membrane du réticulum sarcoplasmique (SR), il existe des invaginations périodiques dans le sarcolemme, appeléesTubules en T(« T » signifie « transversal »). La disposition d'un tubule en T avec les membranes de SR de chaque côté est appelée untriade(Figure \(\PageIndex{3}\)). La triade entoure la structure cylindrique appeléemyofibrille, qui contient de l'actine et de la myosine. Les tubules T transportent le potentiel d'action à l'intérieur de la cellule, ce qui déclenche l'ouverture des canaux calciques dans la membrane du SR adjacent, provoquant la diffusion de \(\text{Ca}^{++}\) hors de la cellule. SR et dans le sarcoplasme. C'est l'arrivée de \(\text{Ca}^{++}\) dans le sarcoplasme qui initie la contraction de la fibre musculaire par ses unités contractiles, ou sarcomères.

    15.4 : Contraction musculaire (4)

    Couplage excitation-contraction

    Bien que le termecouplage excitation-contractiondéroute ou effraie certains étudiants, cela se résume à ceci : pour qu’une fibre musculaire squelettique se contracte, sa membrane doit d’abord être « excitée » – en d’autres termes, elle doit être stimulée pour déclencher un potentiel d’action. Le potentiel d'action des fibres musculaires, qui balaie le sarcolemme comme une onde, est « couplé » à la contraction réelle par la libération d'ions calcium (\(\text{Ca}^{++}\)) du SR. Une fois libéré, le \(\text{Ca}^{++}\) interagit avec les protéines de protection, le complexe de troponine et de tropomyosine, les forçant à s'écarter afin que les sites de liaison à l'actine soient disponibles pour la fixation par les têtes de myosine. La myosine tire alors les filaments d’actine vers le centre, raccourcissant ainsi la fibre musculaire.

    15.4 : Contraction musculaire (5)

    Dans le muscle squelettique, cette séquence commence par des signaux provenant de la division somatique motrice du système nerveux. En d’autres termes, l’étape « d’excitation » dans les muscles squelettiques est toujours déclenchée par un signal provenant du système nerveux.

    Théorie des filaments coulissants de la contraction musculaire

    Une fois que la fibre musculaire est stimulée par le motoneurone, les filaments de protéines d'actine et de myosine dans la fibre musculaire squelettique glissent les uns sur les autres pour produire une contraction. Lethéorie du filament glissantest l’explication la plus largement acceptée de la façon dont cela se produit. Selon cette théorie, la contraction musculaire est un cycle d’événements moléculaires dans lesquels d’épais filaments de myosine s’attachent et tirent de manière répétée sur de fins filaments d’actine, de sorte qu’ils glissent les uns sur les autres. Les filaments d'actine sont attachés à des disques Z, dont chacun marque l'extrémité d'un sarcomère. Le glissement des filaments rapproche les disques Z d'un sarcomère, raccourcissant ainsi le sarcomère. Ce faisant, le muscle se contracte.

    15.4 : Contraction musculaire (6)

    Cyclisme à Crossbridge

    Cyclisme à Crossbridgeest une séquence d'événements moléculaires qui sous-tend la théorie du filament glissant. Il existe de nombreuses projections d'épais filaments de myosine, chacune étant constituée de deux têtes de myosine (vous pouvez voir les projections et les têtes sur les figures \(\PageIndex{5}\) et \(\PageIndex{3}\)). Chaque tête de myosine possède des sites de liaison pour l'ATP (ou produits d'hydrolyse de l'ATP : ADP et Pje) et l'actine. Les minces filaments d'actine ont également des sites de liaison pour les têtes de myosine : un pont croisé se forme lorsqu'une tête de myosine se lie à un filament d'actine.

    Le processus de cycle cross-bridge est illustré dans la figure \(\PageIndex{6}\). Un cycle de pont croisé commence lorsque la tête de myosine se lie à un filament d'actine. ADP et Pjesont également liés à la tête de myosine à ce stade. Ensuite, un coup de force déplace le filament d'actine vers l'intérieur vers le centre du sarcomère, raccourcissant ainsi le sarcomère. En fin de course motrice, ADP et Pjesont libérés de la tête de myosine, laissant la tête de myosine attachée au mince filament jusqu'à ce qu'un autre ATP se lie à la tête de myosine. Lorsque l’ATP se lie à la tête de myosine, celle-ci se détache du filament d’actine. L'ATP est à nouveau divisé en ADP et Pjeet l'énergie libérée est utilisée pour déplacer la tête de myosine dans une position « armée ». Une fois dans cette position, la tête de myosine peut à nouveau se lier au filament d'actine et un autre cycle de ponts croisés commence.

    15.4 : Contraction musculaire (7)
    Dossier : La biologie humaine dans l'actualité

    Des recherches fondamentales intéressantes et pleines d’espoir sur la contraction musculaire font souvent la une des journaux, car les contractions musculaires sont impliquées dans de nombreux processus et troubles corporels différents, notamment l’insuffisance cardiaque et les accidents vasculaires cérébraux.

    • Insuffisance cardiaqueest une maladie chronique dans laquelle les cellules du muscle cardiaque ne peuvent pas se contracter avec suffisamment de force pour maintenir les cellules du corps suffisamment alimentées en oxygène. En 2016, des chercheurs du Southwestern Medical Center de l’Université du Texas ont identifié une nouvelle cible potentielle pour développer des médicaments destinés à augmenter la force des contractions du muscle cardiaque chez les patients souffrant d’insuffisance cardiaque. Les chercheurs de l'UT ont découvert une protéine jusqu'alors non identifiée impliquée dans la contraction musculaire. La protéine minimale désactive le « frein » du cœur, ce qui permet à celui-ci de pomper le sang plus vigoureusement. Au niveau moléculaire, la protéine affecte la pompe à ions calcium qui contrôle la contraction musculaire. Ce résultat est susceptible de conduire à des recherches pour de telles protéines supplémentaires.
    • UNaccident vasculaire cérébralse produit lorsqu’un caillot sanguin se loge dans une artère du cerveau et coupe le flux sanguin vers une partie du cerveau. Les dommages causés par le caillot seraient réduits si les muscles lisses qui tapissent les artères cérébrales se détendaient après un accident vasculaire cérébral, car les artères se dilateraient et permettraient un plus grand flux sanguin vers le cerveau. Dans une étude récente entreprise à la faculté de médecine de l’université de Yale, des chercheurs ont déterminé que les muscles qui tapissent les vaisseaux sanguins du cerveau se contractent réellement après un accident vasculaire cérébral. Cela resserre les vaisseaux, réduit le flux sanguin vers le cerveau et semble contribuer à des lésions cérébrales permanentes. Le point positif de cette découverte est qu’elle suggère une nouvelle cible pour le traitement de l’AVC.

    Revoir

    1. Qu’est-ce que la contraction des muscles squelettiques ?
    2. Distinguer les contractions isométriques et isotoniques du muscle squelettique.
    3. Comment un motoneurone stimule-t-il une contraction des muscles squelettiques ?
    4. Quelle est la théorie du filament glissant ?
    5. Décrire le cyclisme sur les ponts.
    6. D’où vient l’ATP nécessaire à une contraction musculaire ?
    7. Expliquez pourquoi un potentiel d'action dans un seul motoneurone peut provoquer la contraction de plusieurs fibres musculaires.
    8. Le nom de la synapse entre un motoneurone et une fibre musculaire est le _______________ _________.
    9. Si un médicament bloque les récepteurs de l’acétylcholine sur les fibres musculaires, quel effet cela aurait-il sur la contraction musculaire ? Expliquez votre réponse.
    10. Vrai ou faux:Selon la théorie des filaments glissants, les filaments d'actine s'attachent activement aux filaments de myosine et les tirent.
    11. Vrai ou faux:Lorsqu’un motoneurone produit un potentiel d’action, les sarcomères de la fibre musculaire qu’il innerve deviennent alors plus courts.
    12. Expliquez comment le cycle des ponts croisés et la théorie des filaments coulissants sont liés les uns aux autres.
    13. Quand la respiration anaérobie se produit-elle généralement dans les cellules musculaires humaines ?
    14. S’il n’y avait pas d’ATP disponible dans un muscle, comment cela affecterait-il le cyclisme cross-bridge ? Quel effet cela aurait-il sur la contraction musculaire ?

    Explore plus

    https://bio.libretexts.org/link?16812#Explore_More

    Attributions

    1. Bras de ferpar la marine américaine, photo du lieutenant-colonel. Kenneth Honek, domaine public : Wikimedia Commons
    2. Plaque d'extrémité du moteur et innervationparOuvrirStax,CC PAR 4.0via Wikimédia Commons
    3. Muscle squelettiquepar le personnel de Blausen.com (2014). "Galerie médicale de Blausen Medical 2014". WikiJournal de médecine 1 (2).EST CE QUE JE:10.15347/wjm/2014.010.ISSN 2002-4436. autoriséCC PAR 3.0via Wikimédia Commons
    4. Actine-tropomyosine-troponinepar Daniel Walsh et Alan Sved,CC PAR 4.0via Wikimédia Commons
    5. Modèle à filament coulissantparOuvrirStax,CC PAR 4.0via Wikimédia Commons
    6. Cyclisme à CrossbridgeparOuvrirStax,CC PAR 4.0via Wikimédia Commons
    7. Texte adapté deBiologie humaineparCK-12autoriséCC BY-NC 3.0

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    Author: Wyatt Volkman LLD

    Last Updated: 06/17/2023

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