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LA FIBRA MUSCOLAREe il meccanismo della
contrazione
MODULO: Studio del corpo umano
SILSIS - VIII ciclo Paola Morandi
MOMENTO DEL PERCORSO FORMATIVO
introduzione al corpo umano
- definizione di tessuto - organizzazione gerarchica: cellula, tessuto, organo, apparato- principali tipi di tessuto
studio del corpo umano (integrazione e controllo delle attività corporee)
- sistema endocrino - sistema nervoso e trasmissione dell’impulso - organi di senso
- organi effettori ossa e…
struttura del muscolo scheletricomeccanismo della contrazioneregolazione della contrazionegiunzione neuromuscolare
…muscoli
CLASSE
2° I.T.C.S. con indirizzo biologico1°
anno2°
anno
Chimica/SNLaboratorio
42
42
DURATA E SCANSIONE TEMPORALE
(1 ora)§ - recupero prerequisiti- tre tipi di tessuto muscolare (ricapitolazione)
1 ora - caratteristiche della fibra muscolare- le proteine contrattili - organizzazione dei miofilamenti: il sarcomero (1)
1 ora - organizzazione dei miofilamenti: il sarcomero (2)- meccanismo della contrazione e (in breve) sua regolazione
1 ora esperienza di laboratorio (compresa spiegazione iniziale)
2(3) ore di lezione frontale e 1 ora di laboratorio, così ripartite:
NB Non si è prevista una verifica specifica su questo argomento
§ Se necessario, in base al livello della classe
PREREQUISITI
Proteine (monomero/polimero, globulare/filamentosa) Interazione fra proteine (sito di legame, modificazione
conformazionale) Nucleo, membrana plasmatica, reticolo endoplasmatico, mitocondrio Cellula specializzata/differenziata e tessuto Molecola di ATP Potenziale d’azione Microscopio ottico ed elettronico
OBIETTIVI DIDATTICI
Principali caratteristiche della fibra muscolare Componenti strutturali del sarcomero: actina e miosina Modello di scorrimento dei miofilamenti Ruolo dell’ATP e del calcio nella contrazione Definizione di unità motoria
OBIETTIVI FORMATIVI
Dal macroscopico al microscopico: gli esseri viventi hanno un’organizzazione strutturale di tipo gerarchico
Concetto di unità funzionale
Flusso dell’energia (energia chimica energia meccanica)
Il metodo sperimentale: dall’osservazione alla comprensione dei fenomeni
STRUMENTI DIDATTICI
MULTIDISCIPLINARIETÀ
libro di testo: “Invito alla biologia” di Curtis e Barnes, ed. Zanichelli
lavagna: disegni della fibra muscolare e del sarcomero
powerpoint: fotografie e disegni
laboratorio
Educazione fisica
- coppie di muscoli antagonisti per produrre i movimenti ed assicurare la stazione eretta
- fonti energetiche del muscolo e debito di ossigeno
IL TESSUTO MUSCOLARE SCHELETRICO
livelli di organizzazione
Tessuto muscolare scheletrico: insieme di fibre muscolari
Fibra muscolare: cellula allungata che contiene le miofibrille
Miofibrilla: insieme di filamenti proteici (miofilamenti) organizzati in unità ripetute, i sarcomeri
Sarcomero: unità contrattile
Per ricordare: muscolo - fibra muscolare - miofibrilla - sarcomero
Cellula normale
nucleo
membrana plasmatica
reticolo endoplasmatico
FIBRA MUSCOLARE
cilindrica, molto allungata
polinucleata (sincizio)
sarcolemma (potenziale d’azione)
sarcoplasma (Ca2+, glicogeno mioglobina)
LA FIBRA MUSCOLARE cellula
specializzata
• Sistema T: tubuli trasversali in continuità con il sarcolemma (potenziale d’azione)• Nel sarcoplasma sono strettamente impacchettate le miofibrille
5 -50 μm
I MIOFILAMENTI
ACTINA MIOSINA
assemblaggio
MIOFILAMENTO SOTTILE MIOFILAMENTO SPESSO
possiede siti di legame per la miosina siti di legame per actina e ATP
Troponina e tropomiosina: regolazione della contrazione assemblaggio
ORGANIZZAZIONE DEI MIOFILAMENTI: IL SARCOMERO
Filamento sottile (actina)
Filamento spesso (miosina)
sarcomero
Linea Z
immagine al microscopio elettronico
Le miofibrille sono disposte parallelamente all’asse maggiore della fibra muscolare !…e con le bande A e I allineate a registro
Banda A scura
Banda I chiara
Banda H
Linea M0.5 μm
dettagli, sezione trasversale
LA CONTRAZIONE
Filamento sottile (actina)Filamento spesso (miosina)
sarcomero
Linea ZBanda A scuraBanda I chiara
immagine al microscopio elettronico
Osservazione: durante la contrazione
• le linee Z si avvicinano (il sarcomero si accorcia)• la banda I diventa più piccola• la banda A rimane costante
IL MODELLO DI SCORRIMENTO DEI FILAMENTI
?!
LA CONTRAZIONE: MECCANISMO MOLECOLARE
…oppure figura 33.27 del libro di testo
REGOLAZIONE DELLA CONTRAZIONE
1. Un impulso nervoso provoca il rilascio del calcio dal reticolo sarcoplasmatico
2. Il calcio diffonde nel sarcoplasma e si lega alla troponina
3. Il complesso troponina-tropomiosina libera i siti di legame per la miosina sull’actina (inizia la contrazione) §
4. Quando cessa la stimolazione, il calcio viene risequestrato nel reticolo sarcoplasmatico (la fibra si rilassa)
§ figura 33.28 del libro di testo
UNITÀ MOTORIA
Ogni fibra muscolare è innervata da un neurone motorio.
Si definisce unità motoria l’insieme del neurone motorio e delle fibre da esso innervate.
LABORATORIOosservare la struttura del tessuto muscolare scheletrico
Figura: immagine al microscopio ottico di un campione di tessuto muscolare scheletrico
NO ! NB : 1) ripasso reattivo del biureto
2) quantitativo vs qualitativo
3) lettura critica !!
SCHEDA DI LABORATORIO
Studente: Data:
Titolo dell’esperimento:
Colorazione con blu di metilene
1) Che cosa colora il blu di metilene e perché?
2) Perché il campione presenta delle striature?
Colorazione con reattivo del biureto
1) Che cosa colora il reattivo del biureto?
2) Come si colora il campione dopo trattamento con il reattivo del biureto? Perché?
I muscoli artificiali
• Sveglia !!• Perché studiare la scienza ?• La scienza in evoluzione
Possibile intervento di un esperto di robotica/biomimetica
Biomimetica: copiare quanto di più efficiente c’è nel mondo naturale per creare oggetti artificiali che siano più forti, più veloci e più agili di quelli oggi esistenti…ciò implica la comprensione dei principi fondamentali che stanno alla base del loro funzionamento e la loro successiva implementazione nei dispositivi robotici.
http://www.hansonrobotics.com/
http://eap.jpl.nasa.gov/