Du signal nerveux au pont actine-myosine

Chaque coup de force d’une tête de myosine déplace le filament fin d’environ 10 nanomètres, et chaque cycle utilise de l’ATP.

Le signal arrive

La décision de bouger commence dans le cerveau, mais l’ordre qui atteint une fibre musculaire squelettique vient d’un neurone moteur. La plupart de ces neurones ont leur corps cellulaire dans la moelle épinière, et leurs axones peuvent parcourir jusqu’à environ 90 cm pour atteindre le muscle. Le point de rencontre entre la terminaison axonale et la fibre est la jonction neuromusculaire. La terminaison y libère un messager chimique, l’acétylcholine (ACh). Celle-ci traverse un minuscule espace, la fente synaptique, et se fixe à des récepteurs de la membrane de la fibre, au niveau de la plaque motrice. Ces récepteurs sont des canaux : quand l’ACh s’y fixe, ils s’ouvrent et des ions positifs entrent, rendant l’intérieur de la fibre moins négatif.

Ce changement ouvre des canaux sodiques dépendants du voltage. Le sodium entre rapidement et un potentiel d’action parcourt toute la membrane. Pendant ce temps, une enzyme, l’acétylcholinestérase, dégrade l’ACh restée dans la fente pour l’empêcher de stimuler la fibre à répétition.

De la membrane au calcium

Une fibre musculaire peut avoir 100 micromètres d’épaisseur : c’est trop pour qu’un signal de surface atteigne rapidement le centre. La membrane s’enfonce donc dans la cellule en tubes étroits, les tubules T (T pour transverses), qui conduisent le potentiel d’action en profondeur. Chaque tubule T passe entre deux sacs élargis du réticulum sarcoplasmique, la réserve de calcium ; les trois forment une triade. Au passage du potentiel d’action, des canaux du réticulum sarcoplasmique s’ouvrent et les ions calcium (Ca2+) affluent dans le sarcoplasme. Ce lien entre un signal électrique et une traction mécanique est appelé couplage excitation-contraction.

Les cinq étapes du cycle des ponts actine-myosine

Au repos, un brin de tropomyosine longe l’actine et masque les sites de fixation de la myosine ; la troponine le maintient en place. Étape 1 : Ca2+ se fixe à la troponine, qui déplace la tropomyosine et découvre les sites de fixation. Étape 2 : une tête de myosine, déjà réarmée et portant encore l’ADP et le phosphate du cycle précédent, se fixe à l’actine. Cette liaison est un pont actine-myosine. Étape 3, le coup de force : le phosphate est libéré, la tête s’accroche plus fermement et pivote vers la ligne M, tirant le filament fin d’environ 10 nanomètres. L’ADP se détache ensuite, mais la tête reste fixée. Étape 4 : une nouvelle molécule d’ATP se fixe à la tête et provoque son détachement de l’actine. Étape 5 : la tête dégrade l’ATP en ADP et en phosphate et utilise l’énergie libérée pour revenir en position réarmée, prête à se fixer plus loin.

Choisis chaque étape dans la liste Étape du modèle et observe la tête orange. Appuie ensuite sur Jouer. De nombreuses têtes effectuent leur cycle à des moments différents : certaines restent donc toujours accrochées pendant que d’autres avancent, un peu comme une équipe qui tire sur une corde en alternant les mains.

Pourquoi l’ATP intervient deux fois

L’ATP est nécessaire à deux moments du cycle. Il permet à la tête de se détacher de l’actine, puis l’énergie de sa dégradation réarme la tête. L’ATP alimente aussi les pompes qui renvoient le calcium dans le réticulum sarcoplasmique. Sans ATP, les têtes de myosine restent verrouillées sur l’actine. C’est l’origine de la rigidité cadavérique, le raidissement des muscles peu après la mort : aucun nouvel ATP ne peut être fabriqué et les ponts ne se détachent donc plus. Désactive ATP dans le modèle : toutes les têtes qui peuvent atteindre l’actine restent fixées.

L’arrêt de la contraction

La contraction s’arrête quand le neurone moteur cesse de libérer de l’ACh. La membrane revient au repos, les canaux calciques se ferment et les pompes renvoient Ca2+ dans le réticulum sarcoplasmique. La troponine libère son calcium, la tropomyosine recouvre les sites de fixation et, sans formation de nouveaux ponts, la fibre se relâche. Le muscle lisse utilise lui aussi le calcium, mais autrement. Comme il n’a pas de troponine, le calcium se fixe à une protéine appelée calmoduline, qui active une enzyme chargée d’activer les têtes de myosine.

Un signal, une secousse

Un seul potentiel d’action produit une brève contraction appelée secousse musculaire. Selon le muscle, elle dure de quelques millisecondes à environ 100 millisecondes. Les signaux qui arrivent avant le relâchement de la fibre s’additionnent et produisent une traction plus forte. À une fréquence suffisante, les secousses fusionnent en une contraction continue et soutenue appelée tétanos. Le système nerveux ajuste aussi la force en faisant varier le nombre d’unités motrices utilisées. Une unité motrice comprend un neurone moteur et toutes les fibres qu’il innerve. Dans les muscles qui déplacent l’œil, un neurone n’innerve qu’environ six fibres, ce qui permet une commande très fine. Dans les gros muscles de la cuisse et du dos, un neurone peut en innerver des milliers.

Ce contenu explique comment le corps est construit et fonctionne. Ce n'est pas un avis médical, et il ne sert ni à diagnostiquer ni à soigner qui que ce soit.