Chapitre 3
Consommation et régénération de l'ATP dans la cellule musculaire.
Aprés avoir vu les différentes façons de produire de l'ATP, nous allons étudier un exemple d'utilisation de cet ATP chez les animaux : son utilisation pour réaliser la contraction musculaire.
1/ La structure du muscle.
Question : En vous basant sur l'observation microscopique de muscle strié et sur le document 1 page 50 du livre, expliquez la structure du muscle.
L'organisation du muscle est présentée dans le document 1 ci-dessous. Les cellules musculaires (ou myocytes, ou fibres musculaires) sont des cellules géantes issues de la fusion de plusieurs cellules. Leur cytoplasme est rempli de myofibrilles de nature protéique. Ces myofibrilles sont allongées et constituées de la répétition de structures appelées sarcomères. Cette répétition de bandes claires et sombres correspondant aux sarcomères sonne un aspect strié aux myofibrilles striées (c'est pour cela que l'on parle de muscle strié).
d'aprés une image provenant du site "banque de schema svt" de l'académie de Dijon
2/ Les sarcomères : unités contractiles du muscle.
Etude de documents : Voir docs 2 à 5 p 50-51
Bilan :
- Structure très organisée : stries Z, zones A, zones I.
- Deux types de protéines : actine (filaments fins et bleus sur le schéma) et myosine (filaments épais et rouges sur le schéma)
d'aprés une image provenant du site : www.chups.jussieu.fr/polys/histo/histoP1/POLY.Chp.9.2.html
Lors de la contraction d'un muscle (doc 2 p 50), les sarcomères se raccourcissent par diminution de la taille des zones I. Ce raccourcissement des sarcomères est lié au glissement des filaments d'actines sur les filaments de myosines (voir animation site internet snv jussieu). Ce glissement a pour conséquence le raccourcissement de chaque sarcomère et donc le raccourcissement global de la fibre musculaire et donc du muscle (contraction).
3/ Les mécanismes moléculaires de la contracion musculaire.
3-1/ ATP et ions Ca2+ sont indispensables.
Etude de documents : Voir docs page 52
1- mise en évidence de la nécessité de l'hydrolyse de l'ATP.
2/3- actine et myosine établissent des ponts d'union entre elles.
4- rôle des ions calcium, indispensables à la contraction musculaire.
3-2/ L'interaction Actine-Myosine : origine de la contracion musculaire
Etude de documents : Doc 6 page 53
Le cycle de la contraction musculaire (à connaître !) :
1- Hydrolyse de l'ATP par les myosines = changement d'orientation des têtes
2- En présence de Ca2+, libération des Pi et fixation des myosines sur les actines
3- libération des ADP et basculement des têtes de myosine => glissement des actines par rapport aux myosines
4- Fixation d'ATP et séparation des actines et des têtes des myosines
Retour à l'étape 1
d'aprés Banque de schémas SVT de Dijon/
La répétition de ce cycle de contracion au niveau de nombreuses têtes de myosine va permettre le raccourcissement du sarcomère (voir paragraphe 2) et donc la contraction du muscle.
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Animation interaction actine-myosine. Une autre page de Jussieu sur la structure des molécules d'actine et de myosine. |
4/ La régénération de l'ATP.
Exercice type Bac : métropole septembre 2014 : voies métaboliques pour la production d'ATP dans les cellules musculaires.
Un muscle ne peut fonctionner que s'il dispose d'énergie sous forme d'ATP. Les réserves d'ATP sont très faibles dans le muscle (1 seconde de réserve !), ce qui nécessite qu'elles soient régénérées rapidement. 3 voies métaboliques sont possibles pour régénérer l'ATP dans la cellule musculaire :
- la respiration cellulaire : elle se met en place lentement, donc après plusieurs minutes d'effort (adaptation du système cardiovasculaire), et permet de produire beaucoup d'ATP (bon rendement).
lors d'un effort plus court, la respiration n'a pas le temps de se mettre en place, ce qui fait que l'ATP va être régénéré par deux voies anaérobies (sans oxygène).
- La voie de la phosphocréatine : (voir doc 3 p 54) réserve énergétique limitée stockée dans le cytoplasme qui permet de régénérer de l'ATP pendant environ 30 secondes.
- La voie de la fermentation lactique : cette voie permet de produire de l'ATP rapidement après le début d'un effort mais présente un mauvais rendement (2%).
Conclusion chapitre
LE FONCTIONNEMENT ENERGETIQUE DES CELLULES EST DONC BASE SUR LA MOLECULE D'ATP, QUI EST L'INTERMEDIAIRE ENTRE LES SOURCES ENERGETIQUE D'UNE CELLULE (glucose grâce à la respiration par ex.) ET LES BESOINS ENERGETIQUES DES CELLULES POUR LEUR FONCTIONNEMENT (contraction musculaire par ex.). ON DIT QUE l'ATP JOUE UN RÔLE MAJEUR DANS LES COUPLAGES ENERGETIQUES NECESSAIRES AU FONCTIONNEMENT DES CELLULES.