Quali fasi della contrazione muscolare richiedono ioni calcio?

La contrazione muscolare è un processo complesso che richiede l’interazione di più proteine, tra cui actina e miosina. Gli ioni calcio (Ca2+) svolgono un ruolo cruciale in diverse fasi della contrazione muscolare, in particolare nel processo di accoppiamento eccitazione-contrazione (EC), che collega il segnale elettrico proveniente dal nervo alla risposta meccanica del muscolo:

1. Propagazione del potenziale d'azione:

- Quando un potenziale d'azione raggiunge la giunzione neuromuscolare, provoca il rilascio di acetilcolina (ACh) dalla terminazione nervosa.

- L'ACh si lega ai recettori sulla membrana delle cellule muscolari, determinando l'apertura dei canali ionici e l'afflusso di ioni sodio (Na+) e calcio (Ca2+) nella fibra muscolare.

2. Rilascio di calcio dal reticolo sarcoplasmatico:

- L'afflusso di ioni Ca2+ durante il potenziale d'azione innesca il rilascio di una maggiore quantità di Ca2+ dal reticolo sarcoplasmatico (SR), un sistema specializzato di membrana intracellulare.

- Questo rilascio avviene attraverso l'apertura di canali specializzati noti come recettori della rianodina (RyR) sulla membrana SR.

3. Legame del calcio con la troponina:

- L'aumento della concentrazione di Ca2+ nella fibra muscolare le consente di legarsi alla troponina, un complesso proteico regolatore che controlla l'interazione tra i filamenti di actina e miosina.

- Quando il Ca2+ si lega alla troponina, induce un cambiamento conformazionale che espone il sito di legame della miosina sui filamenti di actina.

4. Formazione di ponti trasversali tra actina e miosina:

- Dopo l'esposizione del sito di legame della miosina, le teste di miosina, che sporgono dai filamenti spessi, possono legarsi ai filamenti di actina per formare ponti trasversali.

- Questo legame porta alla formazione di un complesso generatore di forza tra le teste di actina e miosina.

5. Colpo di potenza e contrazione muscolare:

- L'idrolisi dell'ATP (adenosina trifosfato) avviene all'interno della testa della miosina, provocando un cambiamento conformazionale che genera forza.

- Questo cambiamento conformazionale, noto come colpo di potenza, attira i filamenti di actina verso il centro del sarcomero (l'unità base della contrazione muscolare), provocando un accorciamento e una contrazione muscolare.

6. Rilassamento:

- Alla cessazione del potenziale d'azione, gli ioni calcio vengono attivamente pompati nuovamente nel reticolo sarcoplasmatico mediante pompe del calcio (pompe SERCA).

- Quando i livelli di Ca2+ diminuiscono, la troponina subisce un altro cambiamento conformazionale, bloccando il sito di legame della miosina sull'actina, causando la rottura dei ponti trasversali e il rilassamento della fibra muscolare.

Pertanto, gli ioni calcio sono essenziali in diverse fasi della contrazione muscolare, in particolare nell’innescare il rilascio di Ca2+ dal reticolo sarcoplasmatico, nel regolare l’interazione tra i filamenti di actina e miosina e nell’avviare il colpo di potenza per l’accorciamento muscolare.