Introduction : Tout être humain se mettant en mouvement fait fonctionner ses muscles. C’est encore plus marqué chez les sportif, car il doit performer. Comme tous les organes, les muscles sont constitués de cellules spécialisées : les fibres musculaires ou myocytes. Celles-ci ont une structure bien spécifique, qui explique la possibilité de mouvement.
Problème : Comment est assurée la contraction musculaire ? Comment associer la structure à la fonction ?
Objectifs :
- Déterminer le rôle des structures responsables du mouvement aux différentes échelles du muscle et les conditions nécessaires à sa contraction
- Faire des observations microscopiques de cellules musculaires
- Comprendre la relation structure-fonction entre les différents acteurs de la contraction musculaire
- Comprendre les conséquences d’une maladie génétique au niveau musculaire
Ressources :
I- L’organisation d’un muscle
A- A l’échelle de l’organe : (p 334-335 Nathan + Vidéo 0-5 min)
1) Compléter les schémas suivants avec le vocabulaire ci-dessous :
Os, tendon, muscle agoniste, muscle antagoniste, veine-artère-nerf dans le tissus conjonctif, faisceau musculaire, cellule (fibre) musculaire, myofibrille, noyau, sarcolemme.
2) Identifier les déformations de chaque muscle lors d’une flexion et d’une extension :
| Déformations du : | Muscle agoniste = biceps | Muscle antagoniste= triceps |
| Flexion | ||
| Extension |
B- A l’échelle de la cellule : la fibre musculaire et les conditions nécessaires à sa contraction(p 336-337 du manuel Nathan).
Nous allons prélever des fibres musculaires du muscle psoas de lapin préalablement conservés au frais dans une solution de glycérol à 50% pendant 24h. Cette opération a pour but d’éliminer la majorité des constituants cellulaires (dont l’ATP) et de faciliter la dissociation des fibres. Les faisceaux musculaires ont ensuite été immergés dans de l’eau distillée afin d’y prélever les fibres.
Protocole de la réalisation de la préparation microscopique de fibresmusculaires
- Dilacérer, à l’aide d’une épingle et des pinces fines, un fragment de faisceaux de fibres musculaires dans un verre de montre. Essayer d’isoler quelques fibres.
- Verser quelques gouttes de bleu de méthylène sur les fibres. Laisser pendant 5 à 10 minutes. Remarque : le bleu de méthylène colore préférentiellement certains constituants cellulaires comme les noyaux.
- Dilacérer de nouveau si nécessaire puis monter entre lame et lamelle soit avec de l’eau distillée soit avec une solution de cyanure (attention prendre gants et lunettes!!).
- Observer au microscope puis capturer une image de fibre musculaire isolée (« coupe » longitudinale) avec le grossissement maximum afin de l’imprimer et la légender.
- ๏Sans enlever la lame du microscope et toujours sous la mikrocam, faire diffuser par capillarité une goutte de solution d’ATP à 6 g.L-1 sous la lamelle en positionnant un papier buvard d’un côté et en faisant tomber la goutte de l’autre côté.
- Capturer une image de la même fibre musculaire isolée contractée avec le même grossissement immédiatement après l’apport d’ATP. (Il est également possible d’acquérir une vidéo de la contraction en suivant le même protocole et de travailler ensuite sur une image avant/après.)
- Imprimer les deux photos les titrer, légender puis faire une mesure de la longueur d’une fibre non contractée puis contractée. Calculer le pourcentage de raccourcissement d’une fibre, donc du muscle.
A l’aide du lien suivant, https://www.histologyguide.com//slidebox/04-muscle- tissue.html#skeletal-muscle on peut observer les coupesmicroscopiques de cellules musculaires squelettiqueen coupe transversale : MHS 262 skeletal muscle (MHS 237 skeletal muscle = coupe longitudinale).
Légender la photo ci-contre avec sarcolemme, sarcoplasme contenant les filaments d’actine et myosine, noyaux.
C- A l’échelle moléculaire : Les filaments protéiques d’actine et myosine
Animation https://www.edumedia-sciences.com/fr/media/312-la-contraction-musculaire-sarcomere
Consignes :
- Identifier les structures photographiées en coupes longitudinales avant, et indiquer laquelle est relâchée et laquelle est contractée. Leur donner un titre.
- Sous chaque photo, schématiser la position les différentes structures internes permettant la contraction. Légender.
- Associer, au niveau de chaque flèche, une photo en coupe transversale (1, 2 , 3).
II- mécanismes moléculaires à l’origine de la contraction
Comprendre les mécanismes moléculaires à l’origine de la contraction(p 338-339)
La contraction des fibres musculaires se réalise selon une chronologie très précise d’événements ; ces derniers sont présentés dans le lien suivant :
https://staps.univ-grenoble-alpes.fr/la-contraction-musculaire-281204.kjsp
Compléter le schéma de la page suivante puis expliquer les mécanismes moléculaires ayant lieu aux 4 étapes dans le tableau.
Schéma : Les étapes moléculaires de la contraction musculaire
D’après JBoscq
Légende fonctionnelle :
Source : Lewebpedagogique.com
| 1 | |
| 2 | |
| 3 | |
| 4 |
III- Une anomalie génétique musculaire : la myopathie de Duchenne
Quand un défaut génétique conduit à la destruction de tous les muscles
La myopathie de Duchenne, ou dystrophie musculaire de Duchenne, est une maladie génétique provoquant une dégénérescence progressive de l’ensemble des muscles de l’organisme. Elle est liée à une anomalie du gène DMD, responsable de la production d’une protéine impliquée dans le soutien de la fibre musculaire. La recherche est très active concernant cette maladie. De nombreuses pistes visant à mise au point d’un traitement curatif sont à l’étude.
Chez les patients atteints de myopathie de Duchenne, en l’absence de dystrophine, les fibres qui constituent les muscles squelettiques, les muscles lisses et le muscle cardiaque s’abiment à chaque contraction et finissent par se détruire. Des cellules souches musculaires tentent de régénérer le tissu musculaire lésé, mais ce processus est vite débordé et la dégénérescence finit par l’emporter.
Le gène DMD responsable de la maladie étant situé sur le chromosome X, 99,9 % des malades sont des garçons. Les femmes peuvent être porteuses d’une mutation affectant ce gène. Mais comme elles possèdent deux chromosomes X, et donc deux copies du gène DMD, elles développent extrêmement rarement la maladie (voir encadré plus bas).
La myopathie de Duchenne est une maladie rare. Elle touche chaque année 150 à 200 garçons nouveaux-nés en France. Environ 2 500 personnes sont affectées par la maladie en France.
D’après https://www.inserm.fr/dossier/myopathie-duchenne/
Ressources :
Unité 4 du manuel Nathan p 340-341
MOOC Contraction des muscles + Vidéo cours Nathan =>11 à 15 min
Consigne : Analyser de manière méthodique les différents documents afin de rédiger un texte argumenté dans lequel vous présenterez les caractéristiques à différentes échelles de cette maladie et son origine