Le rôle du muscle strié squelettique dans la conversion de l’énergie chimique en énergie mécanique

 

4– La contraction musculaire:

Durant la contraction musculaire l’énergie provient directement de l’hydrolyse de l’ATP, selon la réaction suivante:

 

ATP + H2O ——-Enzyme(ATPase)—————> ADP + P+ 7,3Kcal (30,5 kjoules)

 

Cette énergie libérée par hydrolyse d’ATP est convertie en énergie mécanique avec dégagement de chaleur (chaleur initiale de contraction).

 

Comment intervient l’ATP dans le mécanisme de contraction musculaire?

 

Pour comprendre les mécanismes de la contraction, on réalise les observations et expériences suivantes:

Document 1: Observations au microscope électronique d’un myofibrille au repos et en contraction,

http://svtmarcq.e-monsite.com/medias/images/contraction-fibre.png

1 –A partir de l’exploitation du document 1, Comparez l’aspect du myofibrille quand le muscle est au repos (a) et quand il est contracté (b).

1 – L’observation au microscope électronique du myofibrille au repos et en état de contraction révèle que la contraction se traduit par:

– un raccourcissement du sarcomère;

– une réduction de longueur de la bande claire I et de la zone H;

– une constance des dimensions de la bande sombre A.

Document 2: Schémas et animation illustrant le mécanisme du raccourcissement du sarcomère

 
https://cnx.org/contents/FPtK1zmh@8.25:fEI3C8Ot@10/Preface

2 – A partir du document 2, Expliquez les modifications de structure au niveau du myofibrille.

2 – Le sarcomère est essentiellement constitué de deux types de filaments protéiques; l’actine et la myosine, et puisque les dimensions des bandes sombres A restent constantes, le raccourcissement du sarcomère n’est pas dû à un raccourcissement des myofilaments, mais à un glissement des filaments d’actine entre les filaments de myosine.

Document 3: On mesure la force de contraction des myofibrilles isolées suite à l’ajout des ions Ca2+ et de l’ATP, puis le salyrgan qui est un poison qui bloque l’utilisation de l’ATP, et le chélateur qui fixe les ions Ca2+, inhibant ainsi leur action.

 

Document 4: On cultive des fibres musculaires dans un milieu contenant du calcium radioactif. On observe par autoradiographie que le calcium radioactif est localisé dans le réticulum sarcoplasmique quand les fibres musculaires sont relâchées et dans le sarcoplasme quand les fibres musculaires sont contractées.

1 – A partir de l’exploitation du document 3, Déduisez les conditions nécessaires à la contraction musculaire.

2 – Dégagez l’information supplémentaire apportée par le document 4

1 – L’ajout des ions Ca2+ et de l’ATP déclenche immédiatement une augmentation de l’intensité des myofibrilles. Mais L’ajoute du salyrgan qui bloque l’utilisation d’ATP ou du chélateur qui inhibe l’action des ions Ca2+, entraîne une diminution de la tension donc l’absence de contraction.

Ces résultats montrent que la contraction musculaire nécessite l’hydrolyse de l’ATP et la présence des ions Ca2+.

2 – le réticulum sarcoplasmique libère les ions Ca2+ lors de la contraction musculaire.

Document 5: Conformation des myofilaments d’actine de de myosine avant et après ajoute des ions Ca2+.

1 – A partir de l’exploitation du document 5, Déduisez le rôle des ions calcium.

1 – Avant l’ajout du calcium la tropomyosine masque le site de fixation de la tête de la myosine sur l’actine, par ailleurs la présence des ions Ca2+ fixé à la troponine induit une modification conformationnelle du système troponine-tropomyosine. Il change de forme et libère ainsi le site de fixation de la tête de myosine sur l’actine, ce qui permet la constitution du complexe acto-myosique (pont actomyosique).

Document 6: La jonction entre un neurone moteur (motoneurone) et une fibre musculaire (la jonction neuro-musculaire ou plaque motrice )

Les tubules transverses, également appelée tubules T, sont des invaginations du sarcolemme délimitant le contenu de la cellule musculaire.

Document 7: Cycle d’interaction entre l’actine et la myosine dans les sarcomères

http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/spip.php?article3134

1 – A partir de l’exploitation des documents 6,7 et 8, Décrivez le processus qui permet de transformer une énergie chimique en énergie mécanique au niveau musculaire.

Document 6: Au niveau de la jonction neuro-musculaire, et quand l’influx nerveux arrive sur la fibre musculaire, il se propage le long des tubules transverses du sarcolemme, parvient à proximité du réticulum sacroplasmique, ce qui permet l’ouverture des canaux Ca++ et la libération du calcium présent au niveau du réticulum sacroplasmique dans le sarcoplasme de la fibre musculaire.

Document 7 et 8: Le calcium libéré dans le sarcoplasme de la fibre musculaire, se fixe sur la troponine induisant une modification conformationnelle du système troponine-tropomyosine, libérant ainsi le site de fixation de la tête de myosine sur l’actine et formant le pont actomyosique. Le Pi puis l’ADP se détachent de la tête de myosine, entrainant une libération d’énergie permettant la rotation de la tête de myosine de 90° à 45°,et donc un glissement des filaments d’actine vers le centre du sarcomère. L’arrivé d’une nouvelle molécule d’ATP permet la rupture de la liaison entre l’actine et la myosine, et l’activation de l’enzyme ATPase de la tête de myosine qui hydrolyse l’ATP, ce qui permet le redressement de la tête de myosine, qui reprend sa configuration initiale. Le cycle se reproduit tant que la concentration en Ca²? est suffisante.

– Le mécanisme prend fin quand la concentration en Ca²⁺ est insuffisante (absence de stimulation). Les canaux calciques de la membrane du réticulum sarcoplasmique se ferment , et le calcium est transporté activement dans le réticulum sarcoplasmique.

– Si l’ATP n’est pas renouvelé, les têtes de myosine ne se détachent pas de l’actine et la myofibrille reste contractée.

 Bilan:

Le muscle convertit l’énergie chimique de l’ATP en rotation des têtes de myosine provoquant le glissement des filaments et raccourcissement des sarcomères (énergie mécanique = mouvement ), et une partie d’énergie est libéré sous forme de chaleur(énergie thermique).

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Créé sur Par Mostafa fathi

QUIZ 8

Testez vos connaissances

1 / 8

la contraction musculaire nécessite

2 / 8

pendant la contraction musculaire :

3 / 8

Au cours de la contraction musculaire

4 / 8

Un sarcomère, au cours de sa contraction, se caractérise par :

5 / 8

Lors de la contraction musclaire l'ATP :

6 / 8

Le raccourcissement des fibres musculaires est permis par 

7 / 8

L’unité structurale contractile de la cellule musculaire est :

8 / 8

Pour que la liaison actine-myosine se sépare il faut :

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