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Capitolo 5
Il tessuto muscolare

Il tessuto muscolare è il tessuto specializzato a compiere un lavoro, trasformando l'energia chimica in energia meccanica. Esistono tre tipi di muscolo: scheletrico, cardiaco e liscio (Fig.5.1). La cellula muscolare scheletrica è multinucleata e può raggiungere dimensioni notevoli. L'unità contrattile, il sarcomero, è costituito dall'alternarsi di miofilamenti sottili (actina) e spessi (miosina) che conferiscono al tessuto il tipico aspetto striato evidenziabile al microscopio (Fig.5.2). L'actina F è una proteina fibrosa a doppio filamento costituita da tante unità uguali di forma globulare, dette actina G, che presentano siti specifici di legame per la miosina (Fig.5.3). Nella scanalatura tra i due filamenti si dispone la tropomiosina (Fig.5.4) a sua volta legata a tre subunità di troponina (TnC, TnI, TnT). Il ruolo di queste proteine legate all'actina è quello di regolare il processo di contrazione in relazione alla concentrazione citoplasmatica di Ca2+. Quando questa raggiunge valori cento volte superiori a quelli della cellula a riposo (Fig.5.10) i siti di legame della TnC per il Ca2+ sono tutti occupati e ciò determina uno spostamento della tropomiosina, tale da esporre i siti attivi dell'actina (Fig.5.14). La miosina è ora in grado di formare dei legami con l'actina (ponti actomiosinici) e, secondo il ciclo della contrazione, provocare piccoli ma ripetuti spostamenti del filamento sottile tali da promuovere l'accorciamento di tutto il fascio muscolare (Fig.5.13). La miosina ha una forma a bastoncino che termina con una estremità globulare bilobata detta testa della miosina (Fig.5.5). In questa parte della molecola si trova il "dominio motore" che trasforma, tramite l'attività ATPasica, l'energia dell'ATP in energia meccanica (Fig.5.8). Altre proteine del citoscheletro svolgono ruoli di supporto strutturale, come la titina che impedisce al sarcomero di estendersi eccessivamente durante la fase di rilassamento (Fig.5.11). Molte proteine fanno inoltre da tramite tra il citoscheletro e la matrice extracellulare (Fig.5.12). Esse svolgono funzioni importanti in quanto la loro mancanza causa gravi deficit contrattili tipicamente evidenziabili nelle distrofie muscolari.

Le membrane delle cellule muscolari connesse con l'attività contrattile sono il sarcolemma e il reticolo sarcoplasmatico. Nel sarcolemma sono presenti i canali del Ca2+ voltaggio dipendenti (VOCC) che consentono a questo catione di entrare nella cellula in relazione al diffondersi dell'onda di depolarizzazione (Fig.5.15). Questi canali sono addensati nei tubuli a T, strutture specializzate del sarcolemma che lo collegano direttamente al reticolo sarcoplasmatico (segmento giunzionale). Questo contatto fa sì che, col potenziale d'azione, vengano aperti anche i canali del reticolo che consentono al Ca2+ in esso accumulato di diffondersi nel citoplasma. Al termine della contrazione il Ca2+ viene nuovamente introdotto nelle cisterne del reticolo sarcoplasmatico con un meccanismo attivo operato da una Ca2+-ATPasi (Fig.5.16, Fig.5.17). In alcuni tipi di fibre muscolari la Ca2+-ATPasi è inibita da una proteina, il fosfolambano, che, quando viene fosforilata mediante segnali Ca2+ e AMPc dipendenti, non è più in grado di contrastare l'ingresso del Ca2+ all'interno del reticolo (Fig.5.18).

Il metabolismo delle cellule muscolari scheletriche dipende dal tipo di fibre che lo compongono: rosse e bianche. Il muscolo rosso, altamente vascolarizzato, ha un metabolismo prettamente aerobico e sfrutta quindi l'ossidazione completa dei suoi substrati (glucosio, acidi grassi) per produrre energia. Nei muscoli bianchi, deputati a sostenere sforzi più brevi ma intensi, il metabolismo è di tipo glicolitico con formazione finale di acido lattico. Nel muscolo bianco ci sono inoltre maggiori riserve di glicogeno e fosfocreatina, un composto altamente energetico che può immediatamente trasferire il suo gruppo fosfato all'ADP per formare ATP. Quando il muscolo produce acido lattico, questo può diffondere al fegato che, tramite la gluconeogenesi, lo trasforma in glucosio per tornare al muscolo stesso e ricostituire le riserve di glicogeno. Questo processo viene detto ciclo di Cori e vede coinvolta, oltre all'acido lattico, anche l'alanina che si genera in seguito a sforzi muscolari (Fig.5.19). La sintesi e la degradazione del glicogeno è sotto il controllo ormonale (catecolamine, insulina), metabolico (glucosio-6-fosfato, AMP) e nervoso (noradrenalina), capaci di regolare sia l'attività della fosforilasi, enzima glicogenolitico, sia quella della glicogeno sintetasi.

Il muscolo cardiaco presenta differenze strutturali rispetto alle fibre scheletriche specialmente nei punti di contatto tra cellula e cellula (dischi intercalari). Queste zone del sarcolemma sono infatti specializzate nel favorire la propagazione dell'onda di depolarizzazione (Fig.5.20) e a conferire continuità meccanica ai miociti durante il processo di contrazione. Anche l'accoppiamento eccitazione-contrazione è diverso in quanto, a differenza delle fibre scheletriche, nel muscolo cardiaco è proprio il Ca2+ che entra dai VOCC che stimola l'apertura dei canali del reticolo sarcoplasmatico (Fig.5.21). Circa il 30 % della massa cellulare è occupata dai mitocondri. Il muscolo cardiaco è quindi il tessuto a più elevato metabolismo aerobico, tenuto conto che i composti più utilizzati per fornire energia sono gli acidi grassi. Tutti i substrati possono essere comunque ossidati completamente nei mitocondri cardiaci, la cui attività di fosforilazione ossidativa è sempre molto intensa. Più del 70 % dell'ATP prodotto è infatti necessario a garantire una valida contrazione del miocardio. L'attività del muscolo cardiaco può essere regolata dalle catecolamine. Questi ormoni si legano principalmente ai recettori 1-adrenergici favorendo, tramite l'attivazione della proteina chinasi AMPc dipendente, la fosforilazione di strutture come il fosfolambano, la TnI e i VOCC (Fig.5.23).

Il muscolo liscio, infine, si differenzia anzitutto perché non possiede la caratteristica struttura a bande del tessuto muscolare scheletrico e cardiaco e non sono in esso presenti le subunità della troponina (Fig.5.25). Specifiche proteine regolatrici Ca2+-dipendenti sono state comunque identificate come la calponina e il caldesmon, con funzioni analoghe a quelle delle troponine (Fig.5.26). Nel muscolo liscio la contrazione può essere innescata esclusivamente da fattori ormonali o da neurotrasmettitori che provocano un aumento della concentrazione di Ca2+ intracellulare tale da attivare le miofibrille (Fig.5.27). Questo meccanismo si avvale dell'apertura del canale del Ca2+ del reticolo sarcoplasmatico provocata non solo dal Ca2+ stesso, ma anche dall'inositolo trisfosfato (IP3), secondo messaggero di numerosi fattori che favoriscono la contrazione del muscolo liscio (Fig.5.28). Il conseguente aumento dei livelli citoplasmatici di Ca2+ costituisce, come negli altri tipi di muscolo, l'evento scatenante la contrazione, sebbene con meccanismi completamente diversi. Nelle cellule muscolari lisce il Ca2+ attiva la miosina chinasi, enzima che fosforila la testa della miosina in corrispondenza di strutture proteiche a basso peso molecolare ad essa legate, dette per questo catene leggere della miosina. La fosforilazione aumenta di oltre mille volte la velocità del ciclo contrattile è ciò favorisce la rapida formazione dei ponti actomiosinici (Fig.5.30). Ormoni come le catecolamine, l'angiotensina e la serotonina, o stimoli paracrini, possono modificare la concentrazione citoplasmatica di AMPc e GMPc regolando in tal modo sia l'omeostasi intracellulare del Ca2+, sia l'attività della miosina chinasi (Fig.5.31). Durante una prolungata contrazione la muscolatura liscia può mantenere la tensione raggiunta anche quando la miosina non è più fosforilata. Questo stato, detto di contrazione tonica, è probabilmente riconducibile alla formazione di ponti "a catenaccio" (latch bridges) costituiti da complessi actomiosinici defosforilati, il cui ciclo contrattile è talmente rallentato da ridurre al minimo anche la quantità di energia richiesta per l'attività dell'ATPasi miosinica.

 

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