Sarcomère: Structure et pièces, fonctions et histologie

Un sarcomère est l'unité fonctionnelle fondamentale du muscle strié, c'est-à-dire du muscle squelettique et cardiaque. Le muscle squelettique est le type de muscle utilisé dans les mouvements volontaires et le muscle cardiaque est le muscle qui fait partie du cœur.

Dire que le sarcomère est l'unité fonctionnelle signifie que tous les composants nécessaires à la contraction sont contenus dans chaque sarcomère. En fait, le muscle strié est composé de millions de petits sarcomères qui raccourcissent, individuellement, à chaque contraction musculaire.

C'est là que réside le but principal du sarcomère. Les sarcomères sont capables d’initier de grands mouvements en se contractant à l’unisson. Sa structure unique permet à ces petites unités de coordonner les contractions des muscles.

En fait, les propriétés contractiles du muscle sont une caractéristique déterminante des animaux, car leur mouvement est remarquablement lisse et complexe. La locomotion nécessite un changement de longueur du muscle lors de la flexion, ce qui nécessite une structure moléculaire permettant le raccourcissement du muscle.

Structure et pièces

Si le tissu musculaire squelettique est examiné de près, un aspect strié appelé striation est observé. Ces "bandes" représentent un motif de bandes alternées, claires et sombres, correspondant à différents filaments de protéines. C'est-à-dire que ces bandes sont formées par des fibres de protéines entrelacées qui composent chaque sarcomère.

Myofibrilles

Les fibres musculaires sont composées de centaines à des milliers d'organelles contractiles appelées myofibrilles; Ces myofibrilles sont disposées en parallèle pour former du tissu musculaire. Cependant, les myofibrilles elles-mêmes sont essentiellement des polymères, c’est-à-dire des unités répétitives de sarcomères.

Les myofibrilles sont des structures fibreuses et longues, constituées de deux types de filaments de protéines empilés les uns sur les autres.

Myosine et actine

La myosine est une fibre épaisse à tête globuleuse et l'actine est un filament plus fin qui interagit avec la myosine au cours du processus de contraction musculaire.

Une myofibrille donnée contient environ 10 000 sarcomères, dont la longueur est d'environ 3 micromètres. Bien que chaque sarcomère soit petit, plusieurs sarcomères regroupés couvrent la longueur de la fibre musculaire.

Myofilaments

Chaque sarcomère est constitué de faisceaux épais et minces des protéines mentionnées ci-dessus, qui s'appellent ensemble des myofilaments.

En développant une partie des myofilaments, vous pouvez identifier les molécules qui les composent. Les filaments épais sont faits de myosine, tandis que les fins filaments sont constitués d'actine.

L'actine et la myosine sont les protéines contractiles qui provoquent le raccourcissement des muscles lorsqu'elles interagissent. De plus, les filaments minces contiennent d'autres protéines à fonction régulatrice appelées troponine et tropomyosine, qui régulent l'interaction entre les protéines contractiles.

Fonctions

La fonction principale du sarcomère est de permettre à une cellule musculaire de se contracter. Pour cela, le sarcomère doit être raccourci en réponse à une impulsion nerveuse.

Les filaments épais et minces ne raccourcissent pas mais glissent les uns sur les autres, ce qui provoque le raccourcissement du sarcomère tandis que les filaments conservent la même longueur. Ce processus est connu sous le nom de modèle à filament glissant de la contraction musculaire.

Le glissement du filament génère une tension musculaire, qui est sans aucun doute l'apport principal du sarcomère. Cette action donne aux muscles leur force physique.

Une analogie rapide à cela est la manière dont une longue échelle peut être étendue ou pliée selon nos besoins, sans raccourcir physiquement ses parties métalliques.

Implication de la myosine

Heureusement, des recherches récentes donnent une bonne idée du fonctionnement de ce glissement. La théorie du filament glissant a été modifiée pour inclure la manière dont la myosine est capable de tirer l'actine pour raccourcir la longueur du sarcomère.

Dans cette théorie, la tête globulaire de la myosine est située près de l'actine dans une région appelée région S1. Cette région est riche en segments avec des charnières pouvant être pliées et facilitant ainsi la contraction.

La flexion de S1 peut être la clé pour comprendre comment la myosine est capable de "marcher" le long des filaments d'actine. Ceci est réalisé par les cycles de liaison du fragment de myosine S1, sa contraction et sa libération finale.

Union de myosine et d'actiba

Lorsque la myosine et l'actine se rencontrent, elles forment des extensions appelées "ponts croisés". Ces ponts croisés peuvent se former et rompre avec la présence (ou l’absence) d’ATP, molécule énergétique permettant la contraction.

Lorsque l'ATP se lie au filament d'actine, il le déplace dans une position qui expose son site de liaison à la myosine. Cela permet à la tête globulaire de la myosine de s’attacher à ce site pour former le pont croisé.

Cette union entraîne la dissociation du groupe phosphate de l'ATP, ce qui permet à la myosine de démarrer sa fonction. Ensuite, la myosine entre dans un état d'énergie inférieure où le sarcomère peut être raccourci.

Pour rompre le pont croisé et permettre à nouveau la liaison de la myosine à l'actine dans le cycle suivant, il est nécessaire de lier une autre molécule d'ATP à la myosine. En d'autres termes, la molécule d'ATP est nécessaire à la fois pour la contraction et la relaxation.

Histologie

Les coupes histologiques du muscle montrent les caractéristiques anatomiques des sarcomères. Des filaments épais, composés de myosine, sont visibles et sont représentés par la bande A d'un sarcomère.

Des filaments minces, composés d'actine, se lient à une protéine du disque Z (ou ligne Z) appelée alpha-actinine, et sont présents sur toute la longueur de la bande I et d'une partie de la bande A.

La région où les filaments épais et minces se chevauchent a une apparence dense, car il y a peu d'espace entre les filaments. Cette zone de chevauchement des filaments fins et épais est très importante pour la contraction musculaire, car c’est l’endroit où commence le mouvement du filament.

Les filaments minces ne s'étendent pas complètement dans les bandes A, laissant une région centrale de la bande A qui ne contient que des filaments épais. Cette région centrale de la bande A semble légèrement plus claire que le reste de la bande A et est appelée zone H.

Le centre de la zone H a une ligne verticale appelée ligne M, où les protéines accessoires maintiennent ensemble les filaments épais.

Les principales composantes de l'histologie d'un sarcomère sont résumées ci-dessous:

Bande A

Zone de filaments épais, composée de protéines de myosine.

Zone H

Zone centrale de la bande A, sans protéines d’actine superposées lorsque le muscle est relâché.

Bande I

Zone de filaments minces, composée de protéines d'actine (sans myosine).

Z disques

Ce sont les limites entre les sarcomères adjacents, formés par des protéines se liant à l'actine perpendiculairement au sarcomère.

Ligne m

Zone centrale formée de protéines accessoires. Ils sont situés au centre de l'épais filament de myosine, perpendiculaire au sarcomère.

Comme mentionné ci-dessus, le rétrécissement se produit lorsque les filaments épais glissent le long des fils fins en succession rapide pour raccourcir les myofibrilles. Cependant, une distinction cruciale à retenir est que les myofilaments eux-mêmes ne se contractent pas; c'est l'action glissante qui leur donne le pouvoir de raccourcir ou d'allonger.