LA FIBRA MUSCOLARE e il meccanismo della contrazione
LA FIBRA MUSCOLARE e il meccanismo della contrazione MODULO: Studio del corpo umano SILSIS - VIII ciclo Paola Morandi
CLASSE 2° I. T. C. S. con indirizzo biologico Chimica/SN Laboratorio 1° anno 2° anno 4 2 MOMENTO DEL PERCORSO FORMATIVO ü introduzione al corpo umano - definizione di tessuto - organizzazione gerarchica: cellula, tessuto, organo, apparato - principali tipi di tessuto ü studio del corpo umano (integrazione e controllo delle attività corporee) - sistema endocrino - sistema nervoso e trasmissione dell’impulso - organi di senso struttura del muscolo scheletrico - organi effettori ossa e… meccanismo della contrazione regolazione della contrazione …muscoli giunzione neuromuscolare
DURATA E SCANSIONE TEMPORALE 2(3) ore di lezione frontale e 1 ora di laboratorio, così ripartite: (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) NB Non si è prevista una verifica specifica su questo argomento § Se necessario, in base al livello della classe
PREREQUISITI ü ü ü ü 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 ü ü ü 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 ü Dal macroscopico al microscopico: gli esseri viventi hanno un’organizzazione strutturale di tipo gerarchico ü Concetto di unità funzionale ü Flusso dell’energia (energia chimica energia meccanica) ü Il metodo sperimentale: dall’osservazione alla comprensione dei fenomeni
STRUMENTI DIDATTICI ü libro di testo: “Invito alla biologia” di Curtis e Barnes, ed. Zanichelli ü lavagna: disegni della fibra muscolare e del sarcomero ü powerpoint: fotografie e disegni ü laboratorio MULTIDISCIPLINARIETÀ 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
LA FIBRA MUSCOLARE cellula specializzata 5 -50 μm Cellula normale FIBRA MUSCOLARE cilindrica, molto allungata nucleo polinucleata (sincizio) membrana plasmatica sarcolemma (potenziale d’azione) reticolo endoplasmatico sarcoplasma (Ca 2+, glicogeno mioglobina) • Sistema T: tubuli trasversali in continuità con il sarcolemma (potenziale d’azione) • Nel sarcoplasma sono strettamente impacchettate le miofibrille
I MIOFILAMENTI ACTINA Troponina e tropomiosina: regolazione della contrazione MIOSINA assemblaggio MIOFILAMENTO SOTTILE possiede siti di legame per la miosina MIOFILAMENTO SPESSO siti di legame per actina e ATP
ORGANIZZAZIONE DEI MIOFILAMENTI: IL SARCOMERO sarcomero immagine al microscopio elettronico 0. 5 μm Filamento sottile (actina) Linea M Filamento spesso (miosina) Banda H Banda A scura dettagli, sezione trasversale Banda I chiara Linea Z Le miofibrille sono disposte parallelamente all’asse maggiore della fibra muscolare ! …e con le bande A e I allineate a registro
LA CONTRAZIONE sarcomero immagine al microscopio elettronico Filamento sottile (actina) Banda A scura Linea Z Filamento spesso (miosina) Banda I chiara 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.
LABORATORIO osservare 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) 2) Che cosa colora il blu di metilene e perché? Perché il campione presenta delle striature? Colorazione con reattivo del biureto 1) 2) Che cosa colora il reattivo del biureto? 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 http: //www. hansonrobotics. com/ http: //eap. jpl. nasa. gov/ 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.
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