Physiologie Musculaire 2023/2024 PDF

01/12/2024 13h30-14h30 L2 Pharma Pr Sylviane LORTET 2023/2024 UE01-Base de physiologie et de pharmacologie Physiologie musculaire Rédacteurs : Benmessaoud Neïla et Clément Apel Ronéo n° : 7 Nombre de p...

01/12/2024 13h30-14h30 L2 Pharma Pr Sylviane LORTET 2023/2024 UE01-Base de physiologie et de pharmacologie Physiologie musculaire Rédacteurs : Benmessaoud Neïla et Clément Apel Ronéo n° : 7 Nombre de pages : 13 Plan I. Les différents types de muscles II. Structure du muscle squelettique Sarcomère Filaments épais Filaments fins III. Bases moléculaires de la contraction du muscle squelettique Glissement des filaments Couplage excitation-contraction I. Les différents types de muscles Dans notre corps, nous pouvons compter 3 types de muscles : - Les muscles cardiaques - Les muscles squelettiques Muscles striés - Les muscles lisses Dans ce cours nous nous intéressons aux muscles squelettiques. Dans le cours de physio cardiaque on parlera des muscles cardiaques et lorsque l’on parlera des vaisseaux sanguins, on s’intéressera aux muscles lisses. Il existe donc 3 types de muscles différents qui représentent 50% du poids du corps (part importante) Différences structurelles et fonctionnelles entre ces 3 types de muscles : Les squelettiques et les cardiaques sont des muscles striés. Effectivement, il y a présence de sarcomères qui correspondent aux stries. Ainsi, au niveau moléculaire, la contraction de ces deux types de muscules est relativement similaire. ≠ En revanche, les muscles lisses, eux, ne sont pas striés. Les muscules lisses ne sont pas volontaires (notre cerveau ne décide pas de contracter les vaisseaux). A la différence du muscle squelettique, qui, lui, est volontaire. C'est-à-dire que sa contraction résulte d’une stimulation décidée par notre cerveau (voir TP : stimulation du nerf qui entraîne la contraction du pouce). Le muscle cardiaque est un peu entre les deux. (C’est que la prof a dit à l’oral même si dans sa diapo elle considère le muscle cardiaque non volontaire)  Les cellules du muscle squelettique (=myocytes) sont très grandes, avec plusieurs noyaux (résultent d’une fusion de plusieurs cellules musculaires) qu’on peut observer à la surface des cellules.  Les cellules du muscle cardiaque possèdent un seul noyau, sont ramifiées et imbriquées comme des « legos ». Cette structure est indispensable afin d’éviter que les cellules se détachent lors de la contraction du cœur.  Les cellules du muscle lisse, sont petites et ne présentent qu’un seul noyau. 2 II. Structure du muscle squelettique Les cellules musculaires squelettiques que l’on appelle aussi les fibres musculaires ou encore myocytes sont des cellules géantes. Elles naissent de la fusion de plusieurs cellules au départ, c’est pour cela que ce sont des cellules qui ont plusieurs noyaux. On peut marquer les noyaux grâce au DAPI (coloration bleu) Myocytes : Anticorps fluorescents reconnaissent protéines contractiles Marqueur qui marque les noyaux en bleu A. Sarcomère Le muscle est composé de différentes sous unités :  Les faisceaux sont constitués de fibres ou cellules musculaires.  Ces fibres musculaires sont composées de myofibrilles.  Ces myofibrilles (assemblage de protéines contractiles) sont constituées myofilaments.  Les myofilaments sont des protéines contractiles qui permettent la contraction. Ces myofilaments sont l’actine et la myosine En bleu : l’actine En rouge : la myosine On a dit que les muscles squelettiques sont des muscles striés. On les appelle ainsi car lorsqu’on fait une coupe, on peut observer des stries et ces dernières correspondent à la juxtaposition de sous unités contractiles : les sarcomères. Le sarcomère est l’unité du muscle et correspond à l’assemblage des protéines contractiles (actine/myosine) très organisées. 3 Organisation d’un sarcomère : ★ Un sarcomère est délimité par deux stries Z. ★ De cette strie Z, partent des filaments fins constitués d’actine qui se rendent vers le centre du sarcomère. ★ Au centre du sarcomère, on retrouve les filaments épais (constitués de myosine). Filament fin constitué d’actine L’actine et la myosine sont les deux protéines responsables de la contraction du muscle et correspondent à l’assemblage des protéines contractiles qui sont assemblées de façon très organisée dans le muscle squelettique. Filament épais constitué de myosine Historiquement, on a défini le sarcomère par une succession de bandes (pas d’intérêt majeur) :  Bande A (Sombres = anisotropes) traversées par une zone plus claire : la zone H Au centre de la zone H, on observe une ligne plus sombre : la ligne M.  Bande I (Claires = isotropes) Les sarcomères sont délimités les lignes Z (milieu bande claire). Coupe du sarcomère : on va voir le filament épais au centre entouré des filaments fins qui forment une structure cristalline due à une organisation très ordonnée. 4  B. Filaments épais (Myosine) Les filaments épais sont constitués d ’ u n grand nombre de molécule de myosine. Par muscle on peut compter environ une centaine de molécules de myosine. Une molécule de myosine est constituée d’une partie linéaire et une partie arrondie (=la tête).  Sur la tête (= pont d’union) de la molécule de myosine, on retrouve 2 sites : o Un site de liaison à l’actine o Un site de liaison à l’ATP qui permettra son hydrolyse. Cette activité ATPasique permettra de donner l’énergie aux têtes de myosine indispensable à leur contraction. Ainsi la contraction s’effectue grâce à la myosine (l’actine subit) On retrouve ici une structure de sarcomère : On retrouver la ligne Z (en bleu), les filaments fins (en orange), et les filaments épais (en rouge) avec les têtes de myosines qui vont aller se fixer sur les filaments fins d’actine. Ainsi le filament épais est au centre du sarcomère, et les têtes de myosines sont à la périphérie du filament et ce sont ces têtes qui vont pouvoir se fixer avec les filaments fins d’actines (juste au-dessus). De plus on peut observer que de part et d’autre du centre du filament épais, les molécules sont placées têtes bèches, ce qui va jouer un rôle dans la contraction puisque chaque tête va pouvoir basculer vers le centre du sarcomère. (No panic si vous n’avez pas tout compris on revoit cette notion plus loin dans le ronéo) Dans ce schéma on retrouve d’autres protéines telle que les « filaments de titines » qui vont permettre de maintenir cette construction très ordonnées (ne rentre pas dans le détail pour cette protéine) 5  C. Filaments fins (Actine) Les filaments fins sont constitués d’un assemblage de molécules d’actines (= protéines globulaires) qui s’associent entre elles pour former deux filaments qui vont constituer une hélice d’actine (= double collier de perles). A la surface de ces molécules d’actines, on retrouve un site de liaison à la myosine. Ainsi, la myosine va pouvoir aller se fixer sur chaque molécule d’actine. Pour rappel : les filaments fins partent de la ligne Z et se rendent vers le centre du sarcomère. Il existe deux autres protéines qui vont réguler la contraction : La troponine et la tropomyosine. La troponine est placée au niveau du filament fin et est composée de 3 sous unités dont une qui fixe le calcium, très important, car cela va permettre la contraction. Effectivement, lorsque le calcium se fixe sur le troponine, le filament de tropomyosine se déplace, libérant ainsi les sites de liaisons pour que la myosine puisse se fixer sur l’actine = phénomène de contraction. Donc le calcium est indispensable à la contraction.  Il existe 3 types/ sous unités de TROPONINE : - TROPONINE C : fixe le calcium (qui va permettre la contraction) - TROPONINE T : se lie à la tropomyosine - TROPONINE I : va inhiber l’interaction actine-myosine et empêche la myosine de se fixer sur l’actine. Dans cette conformation (schéma ci-dessous), il n’y a PAS de calcium, donc il ne peut pas y avoir de contraction car le filament de tropomyosine est placé sur les sites d’interactions entre l’actine et la myosine. Donc la myosine ne pourra pas se fixer sur l’actine, il n’y aura pas de contraction. Le muscle est au repos. Dans le cas où il y a du calcium, le filament de tropomyosine va se déplacer et permettre les contractions 6 III. Bases moléculaires de la contraction du muscle squelettique A. Glissement des filaments La contraction du muscle squelettique correspond à un raccourcissement des sarcomères ++ Attention : il ne s’agit pas d’un raccourcissement de la taille des filaments MAIS d’un glissement des filaments fins (actine) vers le centre du sarcomère. Les filaments épais de myosine eux ne bougent pas. Lors de la contraction, les têtes de myosine vont se fixer sur l’actine et va changer de conformation pour une conformation énergisée (=basculement) et va emmener avec elle le filament fin d’actine. Le filament fin est alors déplacé vers la gauche et ainsi va se rapprocher du centre du sarcomère. (Insiste +++ sur le fait que la contraction soit un glissement des filaments FINS vers le centre du sarcomère) 7  Explication du cycle de liaison-dissociation entre l’actine et la myosine : 1) Hydrolyse de l’ATP : Lorsque le muscle est relâché, la tête de myosine est liée à sa surface à l’ATP. La myosine va hydrolyser l’ATP (au niveau de son site ATPasique) en ADP + Pi (phosphate) ce qui libère de l’énergie qui va être utilisé par la tête de myosine pour changer de conformation = se redresser. L’ADP et le Pi reste fixé à la surface de la tête de myosine. —> La myosine est ainsi sous sa forme « énergisée » mais n’est pas encore fixée sur l’actine 2) Formation d’un pont actine-myosine : En présence de calcium, la tête de myosine se fixe sur l’actine avec formation d’un pont actine ATTENTION : Jusqu’à présent il n’y a pas eu de mouvement/contraction du muscle 3) CONTRACTION : flexion de la tête de myosine grâce à un détachement de l’ADP + Pi = la myosine revient à son état initial —> glissement du filament fin d’actine qui va être déplacer vers le centre du sarcomère 4) RELÂCHEMENT : Pour que le muscle se relâche il faut de l’énergie = lorsque qu’une nouvelle molécule d’ATP se fixe sur la tête de myosine. Ça provoque la rupture(séparation) de la liaison actine - myosine À chaque fois que notre muscle se contracte de nombreuses têtes de myosine effectuent ce cycle de manière simultanée. La contraction est ainsi permise grâce à 2 éléments :  Le calcium  L’ATP En absence d’ATP, il n’y a pas de rupture de la liaison actine – myosine = pas relâchement du muscle. En absence de calcium, les têtes de myosine ne peuvent pas se fixer sur l’actine =PAS de contraction. La tropomyosine va bloquer les sites d’interactions entre l’actine et la myosine. Ce qui régule la contraction : la quantité de calcium dans la cellule squelettique 8 9  Mais d’où provient le calcium ? Ce calcium est libéré par le réticulum sarcoplasmique, pour permettre la contraction (en vert sur le schéma). Il entoure les myofibrilles et il est en contact avec la membrane cellulaire grâce aux tubules T. C’est la membrane cellulaire qui lui donne l’ordre de libéré le calcium. Donc le réticulum sarcoplasmique est notre réservoir intracellulaire en calcium et va être libéré pour permettre la contraction. Récap : Donc il y aura contraction lorsque le RS va libérer du calcium, qui va se fixer sur la troponine et permettre de démasquer les sites d’interactions entre l’actine et la myosine. Ainsi pour arrêter la contraction, on va « repomper » le calcium dans le RS Pour expliquer comment on décide de faire bouger, par exemple, notre bras, du calcium est libéré pour permettre la contraction. Ce phénomène est issu d’une commande volontaire, c’est-à-dire qu’il y a un nerf, qui part du cerveau, qui va être excité et va donner l’ordre au muscle de bouger. C’est ce qu’on appelle le couplage excitation-contraction. Récap : en premier excitation nerveuse puis excitation musculaire et enfin contraction B. Couplage excitation-contraction Lorsqu’il y a une stimulation nerveuse = Couplage excitation – contraction. Sans excitation par un nerf pas de contraction du muscle squelettique ! Ici chaque fibres musculaires va recevoir une synapse (Issu du nerf) pour se contracter 10 Le système nerveux somatique volontaire innerve les muscles squelettiques. C’est lui qui est à l’origine de la libération, au niveau des terminaisons axonales, d’un neurotransmetteur spécifique : l’acétylcholine qui va se fixer sur les récepteurs nicotiniques (spécifique de l’Ach) qui sont présents à la surface du muscle squelettique. On parle de synapse neuromusculaire. La synapse neuromusculaire permet de transmettre l’excitation du nerf au muscle par transformation du potentiel d’action nerveux en potentiel d’action musculaire grâce à la libération d’acétylcholine ++ Chaque cellule musculaire reçoit une terminaison nerveuse. Explication passage du potentiel d’action nerveux au potentiel d’action musculaire : 1) Le potentiel d’action nerveux permet la libération de l’acétylcholine contenue dans les vésicules dans la fente synaptique (= espace entre le nerf et le muscle) 2) L’acétylcholine se fixe sur les récepteurs nicotiniques du muscle ouverture des récepteurs nicotiniques 3) Entrée d’ion Na+ (=charge positive) grâce aux récepteurs nicotiniques dans la cellule musculaire = création du potentiel d’action musculaire (entrée de Na+ = dépolarisation et sortie de K+ = repolarisation) 11  4) Propagation du potentiel d’action musculaire le long de la membrane du muscle 5) Le potentiel d’action pénètre dans la cellule grâce aux tubules T (=transverse) et cela va permettre d’amener l’excitation au centre de la cellule 6) Le potentiel d’action permet de déformer le canal calcique de la membrane musculaire qui transmet son excitation et permet l’ouverture des canaux calciques du réticulum sarcoplasmique et donc la libération du calcium. 7) Le calcium se fixe sur la troponine C ce qui permet de déplacer la tropomyosine et donc de démasquer les sites d’interaction entre l’actine et la myosine = CONTRACTION 8) A l’arrêt de la contraction : fermeture des canaux, le calcium libéré va retourner dans le réticulum sarcoplasmique et la tropomyosine reprend sa place et empêche l’interaction entre l’actine et la myosine RECAP : La prof insiste sur les différentes étapes notamment sur le fait que pour qu’il y ait contraction d’un muscle il faut qu’un élément nerveux lui en ordonne puis création d’un potentiel d’action nerveux qui chemine le long du nerf qui vont se rendre jusqu’au niveau des muscles. Puis il v y avoir libération d’acétylcholine qui va se fixer sur les récepteurs nicotiniques et cela va permettre la création d’un potentiel musculaire qui va se propager le long de la membrane du muscle et qui va pénétrer dans le tubule T. Ce dernier étant vraiment à côté du Réticulum endoplasmique va permettre la libération du calcium. Celui-ci, va se fixer sur la troponine et basculer le filament de tropomyosine et de libérer les sites d’interactions actine myosine et ainsi CONTRACTION Excitation Contraction Ach Ca2+ Nerf Muscle squelettique Pour finir le cours la prof décrit le TP que nous aurons prochainement. Il consistera à mesurer le potentiel d’action au niveau du muscle du pouce en plaçant des électrodes 12  L’excitation nerf est à l’origine de l’excitation du muscle et donc de sa contraction ++ Schéma Bilan Film en mis par la prof : https://www.youtube.com/watch?v=HPcoot65 13