Dal segnale nervoso al ponte trasversale

Ogni colpo di forza di una testa di miosina sposta il filamento sottile di circa 10 nanometri, e ogni ciclo consuma ATP.

Arriva il segnale

La decisione di muoversi nasce nel cervello, ma l'ordine che raggiunge una fibra muscolare scheletrica proviene da un motoneurone. La maggior parte di questi neuroni ha il corpo cellulare nel midollo spinale; i loro assoni possono percorrere fino a circa 90 cm per raggiungere il muscolo. Il punto d'incontro fra la terminazione assonica e la fibra è la giunzione neuromuscolare. Qui la terminazione rilascia un messaggero chimico, l'acetilcolina (ACh). Questa attraversa un piccolo spazio, la fessura sinaptica, e si lega ai recettori della membrana della fibra sulla placca motrice. I recettori sono canali: quando l'ACh si lega, si aprono ed entrano ioni con carica positiva, rendendo meno negativo l'interno della fibra.

Questa variazione apre i canali del sodio voltaggio-dipendenti: il sodio entra rapidamente e un potenziale d'azione percorre tutta la membrana. Intanto un enzima, l'acetilcolinesterasi, degrada l'ACh rimasta nella fessura, impedendole di attivare ripetutamente la fibra.

Dalla membrana al calcio

Una fibra muscolare può avere uno spessore di 100 micrometri, troppo per consentire a un segnale superficiale di raggiungere rapidamente il centro. La membrana si ripiega quindi all'interno della cellula formando stretti tubi detti tubuli T (T sta per trasversali), che portano il potenziale d'azione in profondità. Ogni tubulo T passa fra due sacche dilatate del reticolo sarcoplasmatico, il deposito di calcio; insieme formano una triade. Quando passa il potenziale d'azione, i canali del reticolo sarcoplasmatico si aprono e gli ioni calcio (Ca2+) si riversano nel sarcoplasma. Questo collegamento fra segnale elettrico e trazione meccanica è detto accoppiamento eccitazione-contrazione.

Cinque fasi del ciclo dei ponti trasversali

A riposo un filamento di tropomiosina decorre lungo l'actina e copre i siti a cui potrebbe legarsi la miosina; la troponina lo mantiene in posizione. Fase 1: Ca2+ si lega alla troponina, che sposta la tropomiosina dai siti di legame. Fase 2: una testa di miosina, già carica e ancora legata ad ADP e fosfato del ciclo precedente, si lega all'actina. Questo collegamento è un ponte trasversale. Fase 3, il colpo di forza: il fosfato viene rilasciato, la testa stringe la presa e ruota verso la linea M, tirando il filamento sottile di circa 10 nanometri. Poi si stacca l'ADP, ma la testa resta attaccata. Fase 4: una nuova molecola di ATP si lega alla testa e la fa staccare dall'actina. Fase 5: la testa scinde l'ATP in ADP e fosfato e usa l'energia per tornare nella posizione carica, pronta a legarsi di nuovo più avanti.

Scegli ogni fase nell'elenco Fase del modello e osserva la testa arancione. Poi premi Riproduci. Molte teste compiono il ciclo in momenti diversi: alcune mantengono sempre la presa mentre altre si protendono in avanti, un po' come una squadra che tira una corda alternando le mani.

Perché l'ATP conta due volte

L'ATP è necessario in due momenti del ciclo. Fa staccare la testa dall'actina e, con l'energia liberata dalla sua scissione, ricarica la testa. L'ATP alimenta anche le pompe che riportano il calcio nel reticolo sarcoplasmatico. Senza ATP, le teste di miosina restano bloccate sull'actina. È la causa del rigor mortis, la rigidità muscolare che compare poco dopo la morte: non si può produrre nuovo ATP, quindi i ponti trasversali non si staccano. Disattiva ATP nel modello: ogni testa che riesce a raggiungere l'actina rimane attaccata.

La fine della contrazione

La contrazione termina quando il motoneurone smette di rilasciare ACh. La membrana torna a riposo, i canali del calcio si chiudono e le pompe riportano Ca2+ nel reticolo sarcoplasmatico. La troponina rilascia il calcio, la tropomiosina torna a coprire i siti di legame e, non formandosi nuovi ponti trasversali, la fibra si rilassa. Anche il muscolo liscio usa il calcio, ma in modo diverso. Non possiede troponina: il calcio si lega quindi a una proteina chiamata calmodulina, che attiva un enzima capace di attivare le teste di miosina.

Un segnale, una scossa

Un singolo potenziale d'azione produce una breve contrazione detta scossa semplice, che dura da pochi millisecondi a circa 100 millisecondi a seconda del muscolo. I segnali che arrivano prima che la fibra si sia rilassata si sommano producendo una trazione maggiore; a frequenze sufficientemente alte, le scosse si fondono in una contrazione uniforme e prolungata detta tetano. Il sistema nervoso regola la forza anche attraverso il numero di unità motorie utilizzate. Un'unità motoria comprende un motoneurone e tutte le fibre che innerva. Nei muscoli che muovono l'occhio, un neurone innerva soltanto circa sei fibre, permettendo un controllo molto preciso. Nei grandi muscoli della coscia e della schiena, un neurone può innervarne migliaia.

Questo è materiale didattico su come è fatto e come funziona il corpo. Non è un consiglio medico e non serve a diagnosticare o curare nessuno.