Répondre aux questions suivantes qui permettront d'expliquer quels sont les mécanismes de la contraction musculaire.
Quel élément du muscle est responsable de sa contraction ?
Le muscle se contracte grâce à la contraction des cellules musculaires qui le composent.
Quel stimulus déclenche la contraction d'un muscle squelettique ?
La contraction des cellules musculaires d'un muscle squelettique est déclenchée par l'arrivée d'un message nerveux au niveau des plaques motrices (= synapses neuromusculaires). Ce message nerveux correspond à un train de potentiels d'actions émis par un neurone moteur.
Quelles sont les deux principales protéines, constitutives des myofilaments, impliquées dans le mécanisme de contraction musculaire ?
Les deux protéines impliquées dans la contraction des cellules musculaires sont l'actine et la myosine. Le glissement des filaments d'actine est permis par l'accrochage et le changement de conformation des tête de myosine par l'hydrolyse de l'ATP et en présence de calcium dans le cytosol. Ce calcium est libéré du réticulum endoplasmique suite à la réception d'un message nerveux moteur médié par l'acétylcholine.
Remarque : l'ATP (adénosine triphosphate) est un nucléotide triphosphate, tandis que l'acétylcholine est un neurotransmetteur.
Comment nomme-t-on l'unité fonctionnelle de la contraction musculaire ?
Les sarcomères, délimités par les bandes Z, sont les unités fonctionnelles de la contraction musculaires : ils mettent en voisinage les filaments d'actine et de myosine en directions opposées, ce qui permet le raccourcissement des sarcomères durant la contraction. Une myofibrille est une succession de sarcomères, et se trouve au sein de la cellule musculaire (= fibre musculaire). Le faisceau musculaire est quant à lui composé d'un ensemble de fibres musculaires. Plusieurs faisceaux musculaires forment un muscle.
Quel ion joue un rôle central dans la contraction musculaire ?
L'ion calcium joue un rôle-clé dans la contraction musculaire. La réception d'un message nerveux moteur au niveau de la plaque motrice conduit à la libération des ions \ce{Ca2+} stockés dans le réticulum endoplasmique. Cet ion permet alors l'interaction entre les têtes de myosine et l'actine, rendant ainsi la contraction possible.
Les mouvements du corps sont permis grâce à la contraction des muscles squelettiques, couplés à l'extension des muscles qui leur sont antagonistes. Tandis que cette extension est passive (relâchement du muscle), la contraction est un phénomène actif qui nécessite de l'énergie. Un muscle est composé de faisceaux musculaires, eux-mêmes formés d'un ensemble de fibres musculaires (= cellules musculaires), qui contiennent des myofibrilles au sein de leur cytoplasme. Chacune de ces myofibrilles est formée de plusieurs unités contractiles juxtaposées les unes à la suite des autres : les sarcomères.
Un sarcomère est une zone délimitée par deux stries Z auxquelles sont accrochés des filaments d'actine, et qui présente en son centre de nombreux filaments de myosine dont les têtes pointent vers les myofilaments fins. Le glissement des filaments d'actines « tirés » vers le centre du sarcomère par les têtes de myosine provoque son raccourcissement. Ce glissement se déroule en plusieurs étapes et nécessite de l'énergie sous forme d'ATP :
1) L'actine et la tête de la myosine en conformation pliée sont fixées l'une à l'autre. La fixation de l'ATP sur la tête de myosine provoque leur décrochement.
2) La tête de myosine hydrolyse l'ATP en ADP+Pi. L'énergie libérée lui permet de passer en conformation dépliée.
3) La tête de myosine se fixe de nouveau sur l'actine.
4) L'ADP et le Pi sont libérés, ce qui provoque le passage de la tête de myosine en conformation pliée, ce qui entraîne le déplacement de l'actine vers le centre du sarcomère.
Cependant, l'actine et la myosine ne peuvent interagir qu'en présence d'ions calcium \ce{Ca2+}. C'est l'arrivée d'un message nerveux moteur au niveau de la synapse neuromusculaire (= plaque motrice) qui permet la libération dans le cytosol du \ce{Ca2+}, normalement piégé dans le réticulum endoplasmique des cellules musculaires. Ce message nerveux est codé sous la forme d'un train de potentiel d'action, il est transmis par un neurone moteur et déclenche la libération d'acétylcholine (un neurotransmetteur) dans la fente synaptique.
Ainsi, la contraction des cellules musculaires nécessite :
- Un message nerveux moteur qui provoque la libération dans le cytosol d'ions calcium qui conduisent à l'interaction entre l'actine et la myosine des sarcomères.
- De l'ATP, produit dans les cellules musculaires par leurs mitochondries ou par fermentation lactique à partir du glucose apporté par le sang ou de leurs stocks de glycogène. L'hydrolyse de l'ATP fournit l'énergie nécessaire aux changements de conformation successifs des têtes de myosine, et permet donc le raccourcissement des sarcomères.
Durant la contraction, l'ensemble des sarcomères d'une myofibrille se raccourcissent, provoquant la contraction de l'ensemble des myofibrilles d'une cellule musculaire, provoquant le raccourcissement global du muscle ou sa mise en tension. La contraction musculaire est donc un événement moléculaire qui se répercute à l'échelle de l'organisme.