TP3 : Le déroulement de la photosynthèse
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Partie 1 : Energie et cellule vivante TP 7 : ATP et contraction musculaire Objectif du TP : Les muscles sont des organes qui nécessitent beaucoup d'énergie au cours d'un effort physique. Comment l'ATP intervient-il dans la contraction musculaire ? Activité 1 : A la découverte des muscles 1-A) Réaliser le protocole suivant. Appeler le professeur pour vérifier votre préparation et votre mise au point 1-B) Compléter le document 1 afin de retrouver la structure d´une fibre musculaire. Protocole : Préparation et observation de fibres musculaires Le protocole suivant permet d´observer les fibres musculaires au microscope optique : - Prélever aux ciseaux un fragment de muscle (boeuf ou lapin). - Dilacérer les fibres musculaires à l'aide d'une aiguille directement sur la lame. - Séparer les fibres en les écrasant délicatement avec une deuxième lame. - Mettre quelques gouttes de colorant (bleu de méthylène) et laisser agir quelques minutes. - Recouvrir d'une lamelle, chasser les bulles d'air et nettoyer la préparation avant de passer au microscope. Etape de dilacération du muscle Activité 2 : Structure d’un sarcomère 2-A) Titrer et légender précisément les deux photographies du document 2, en délimitant un sarcomère, les différentes bandes claires et sombres et en positionnant les stries. 2-B) Compléter le schéma suivant représentant deux sarcomères associés avec les principales structures qui le composent. 2-C) Faire une hypothèse afin d’expliquer les modifications de la structure du sarcomère lors de la contraction musculaire. Appeler le professeur pour vérifier 1 Activité 3 : rôle du complexe actine-myosine et de l’ATP dans la contraction musculaire A partir de l’étude des molécules d’actine et de myosine, formuler une hypothèse concernant le rôle de l’ATP dans la contraction musculaire. La myosine existe dans deux configurations différentes : « myosine 1 » et « myosine 2 ». Les têtes de myosine peuvent être comparées dans les deux configurations à l'aide du logiciel Rastop. - Ouvrir le logiciel Rastop puis le dossier « actine-myosine » et les fichiers « myosine1.rsm » et « myosine2.rsm ». - « Fenêtre/mosaïque verticale » pour comparer les deux molécules - Afficher les deux molécules en représentation « sphères » Faire un schéma de comparaison simple des deux molécules. Appeler le professeur pour vérifier - Afficher les deux molécules en représentation « fil de fer ». - Sélectionner dans la fenêtre expression « AbC » les molécules d'ATP ou d'ADP éventuellement fixés sur les têtes de myosine : ATP (en représentation sphères rouges), ADP (en représentation sphères jaunes). Mettre en relation la forme de la molécule avec la présence d’ATP ou d’ADP fixée en complétant votre schéma. - Sélectionner dans la fenêtre expression « AbC » pour chaque molécule les trois acides aminés suivants : Asp30 (sphères blanches), Gly413 (sphères bleues) et Thr758 (sphères vertes). Compléter votre schéma en localisant les 3 acides aminés. - Mesurer l'angle entre ces trois acides aminés pour chaque molécule : cliquer sur l’icône « angles » puis cliquer sur l’acide aminés Asp30, puis sur Thr758 puis enfin sur Gly413 : la valeur de l’angle entre les 3 acides aminés apparaît. Compléter votre schéma. Appeler le professeur pour vérifier votre travail 2 Document 1 : schéma d´interprétation de la structure d´un muscle strié Le muscle strié est un tissu musculaire caractérisé par la présence de stries observables au microscope. Ce muscle est constitué de ……………………. musculaires. Chaque faisceau regroupe des cellules appelées ………… ………………., ou aussi myocytes, mesurant jusqu´à 30 centimètres de long, pour un diamètre de 10 à 100 µm. L’essentiel du volume cytoplasmique de chaque fibre est occupé par un assemblage de protéines ou …………………….. disposées parallèlement au grand axe de la cellule qui ont un aspect strié d´où le nom de cellule musculaire striée squelettique. Chaque myofibrille est organisée en unité répétitive appelée ………….. formée par l’alternance de bandes ………… et de bandes ………… ------ 0,8 µm 3 Le ………………. est délimité par des disques ou stries ….. . Il forme l’unité structurale et contractile de la myofibrille. Une myofibrille en contient plusieurs milliers. Document 2 : Le sarcomère, unité de base de la myofibrille Le sarcomère est délimité par 2 stries sombres ou disques Z sur lesquels se rattachent les filaments fins d’actine. Entre deux stries Z, les 2 types de filaments, d’actine et de myosine, sont disposés de telle manière qu’ils font apparaître une alternance de bandes claires I et de bandes sombres A entrecoupées d’une zone H plus claire. Les filaments fins d’actines sont fixés aux disques Z, tous alignés parallèlement, faisant face sans les toucher à d’autres filaments fins, eux-mêmes attachés à un autre disque Z. Entre deux disques Z et dans l’espace laissé par les filaments fins, on trouve des filaments épais constitués par des molécules de myosine Document à légender Titre : Titre : 4 Activité 4 : Le mécanisme de la contraction musculaire et le rôle de l´ATP Lors d'une contraction musculaire, les sarcomères de la fibre musculaire se raccourcissent. Les filaments épais et fins glissent les uns contre les autres, vers le milieu de la bande A, jusqu'à faire disparaître la zone H. Les lignes Z sont entrainées dans leur mouvement et ainsi l'ensemble de la contraction des sarcomères permettent le rapprochement des deux extrémités de la fibre musculaire. L'énergie chimique se transforme en énergie mécanique au cours d'une contraction musculaire. L´ATP est le substrat qui permet l'interaction entre le filament épais de myosine et le filament fin d´actine. Il s'agit d'une réaction cyclique qui passe par 4 états : Etat 1 : La tête de myosine est basculée : Une molécule d´ATP est fixée le site de fixation de la tête de myosine. L´hydrolyse de la molécule d´ATP en ADP et Pi change la configuration de la tête de myosine qui se redresse. Etat 2 : La tête de myosine associée à l´ADP et Pi est armée mais elle n´est toujours pas fixée à l´actine. C´est la présence de calcium qui va permettre l´ouverture du site de fixation sur l'actine et donc la fixation de la tête de myosine sur une protéine d´actine. Rem : Sans calcium, l´actine et la myosine ne peuvent interagir : la cellule est au repos. Etat 3 : La tête de myosine est armée, fixée à l'actine. La libération de l´ADP et du Pi provoque le basculement (elle pivote) de la tête de myosine faisant glisser l´actine en direction du centre du sarcomère. Etat 4 : Une nouvelle molécule d´ATP se fixe sur la tête de myosine ce qui entraîne la rupture des ponts de liaison et la séparation des deux filaments. Retour à l'état 1 (tête de myosine basculée non fixée à l'actine). Rem : En l´absence d´ATP, les têtes de myosine restent solidairement attachées à l´actine : c´est la rigidité cadavérique en cas de décès. Compléter le schéma bilan ci-dessous du mieux que possible avec des flèches et des légendes. 5 Correction TP 7 6 http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiers/contractionmuscle/contractmuscle.htm La contraction musculaire correspond à un raccourcissement des sarcomères dû au glissement relatif des filaments d'actine et de myosine : les deux disques Z délimitant un sarcomère se rapprochent l'un de l'autre. Ce phénomène se produisant simultanément pour tous les sarcomères de la cellule, il en résulte un raccourcissement global de la cellule musculaire selon l'axe longitudinal. 7 Une autre animation : http://espace-svt.ac-rennes.fr/cartelec/cartelec_lyc/terminale_s/metabolisme/actine-myosine/actinemyosine.htm Comparaison avec le logiciel RASTOP : 8 9 http://eric.lacouture.free.fr/lycee/termS_spe/cours_term_spe_ch3.htm 10
