Un exemple d`utilisation de l`énergie dans la cellule : la contraction

Un exemple d’utilisation de l’énergie dans la cellule : la contraction musculaire
Correction des interventions orales
Intervention 1 : Organisation et activité musculaire (documents p 44 et 45). Voir aussi le cours de la partie 1.1 p50
du livre.
Document 1a : il s’agit d’une photo au microscope optique, résultat d’une immunofluorescence et
Ces observations montrent nettement une striation des cellules musculaires. Cette striation est perpendiculaire à
l’axe de la fibre musculaire.
Document 1b : il s’agit d’une photographie prise au microscope électronique à balayage.
Sur la photographie prise au MEB, on peut remarquer que la striation n’est pas simplement lié à la superposition des
cellules les unes sur les autres. Chaque cellule=chaque fibre musculaire contient des myofibrilles. Ces myofibrilles
donnent une striation dans le sens de la longueur du muscle (cela ne correspond pas aux striations observées en
immunofluorescence).
On peut observer que les myofibrilles sont elles-mêmes chacune subdivisées dans le sens de la largeur de la fibre
musculaire en sous unités : les sarcomères.
De quoi sont constitués les sarcomères, comment peut-on relier cette structure en succession de sarcomères à la
fonction des muscles qui est de se contracter ?
Document 2 : Ce document est une série de 2 photographies d’un sarcomère au microcopie électronique à
transmission.
Sur ce document, on observe que le sarcomère est composé d’une bande sombre au centre et de 2 bandes claires à
leurs extremités. On peut se rendre compte par comparaison du raccourcissement du sarcomère lors de la
contraction du muscle. On remarque que la bande sombre centrale ne change pas de longueur et que les bandes
claires sont raccourcies.
L’interprétation du document 2 se fait gràce au document 3 :
Le sarcomère est composé de protéines : l’actine et la myosine.
Au repos, le sarcomère est constitué successivement d’actine (bande claire)et de myosine (bande sombre).
Lors de la contraction, les filaments de myosine coulissent sur l’actine, s’emboitant ainsi dans la structure des
bandes claires d’actine. Ce coulissage des filaments de myosine permet un raccourcissement de la fibre musculaire.
Intervention 2 : ATP et contraction musculaire (document 1 p 46). Voir aussi le cours de la partie 1.2 p 50 du livre.
Document 1p46
Ce document est un graphique présentant la force de contraction en fonction du temps dans différentes conditions
expérimentales.
On peut observer que lorsque l’on ajoute de l’ATP du liquide physiologique où baignent les fibres musculaires, la
force de contraction augmente. Plus tard, lorsque l’on ajoute du salyrgan, on s’aperçoit que la force de contraction
diminue jusqu’à devenir nulle
On peut déduire de ces observations que l’ATP est nécessaire la la contraction musculaire. L’utilisation du poison
nous permet de conclure que c’est l’hydrolyse de l’ATP qui est indispensable à la contraction. On peut se demander
où intervient l’ATP dans la contraction du muscle et donc plus précisément dans le raccourcissement du sarcomère ?
Document 2 p 47 :
Ce document est le résultat d’une expérience sur le mouvement des protéines actine et myosine. Pour étudier ce
mouvement, les queues des protéines de myosine sont fixées sur une plaque de verre.
On observe alors que les protéines se déplacent les unes par rapport aux autres. Les molécules de myosine sont
fixées par leurs queues qui ne peuvent donc pas avoir de rôle dans le mouvement.
On peut donc déduire de cette expérience que les têtes de myosine, en présence d’ATP, sont impliquées dans le
mouvement relatif de ces 2 protéines. D’autre part, on a vu (doc 1) que c’est l’hydrolyse de l’ATP qui permet la force
de contraction . On peut donc s’avancer à dire que la tête des protéines de myosine est impliquée dans l’hydrolyse
de l’ATP, mécanisme à l’origine du mouvement relatif des myosines sur les filaments d’actine.
Document3 p 46 et 47:
Le document 3a est une photo prise au microscope électronique à transmission.
On remarque des élements globuleux et une structure protéique filamenteuse.
Le schéma d’interprétation nous montre que les éléments globuleux constituent les têtes de filaments de myosine
et les zones plus filamenteuses correspondent aux queues des filaments de myosine et aux filaments d’actine dans
la zone de contact actine/myosine.
Le document 3 nous apporte des données supplémentaires :
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-
Comme ce que nous avions envisagé au document 2, l’hydrolyse de l’ATP permet le mouvement de la
tête de myosine.
La rigidité cadavérique nous montre également que l’absence d’ATP engendre une fixation définitive des
myosines sur les actines.
Le document 3c nous montre la structure de la myosine : la tête de la myosine contient un site de
fixation de l’ATP
Le document 3d est un graphique montrant la fréquence de contraction en fonction de la mutation
appliquée à la myosine. On remarque que pour une myosine normale (témoin), la fréquence de
contraction est de 150 Hz. Une mutation de la zone de conversion de la myosine diminue la fréquence
de contraction : cette mutation touche la zone permettant le basculement de la myosine . Le
basculement de la myosine étant affecté, le raccourcissement de la fibre musculaire et donc du muscle
sera moins efficace.
Une mutation concernant le site de fixation de l’ATP affecte encore davantage l fréquence de
contraction. L’ATP ne pouvant se fixer sur la myosine, la myosine reste fixée de façon définitive sur
l’actine, comme dans le cas de la rigidité cadavérique (absence d’ATP produit donc disponible pour le
muscle)
Intervention 4 :L’ATP des fibres musculaires (docs p 48 et 49)
Document 1p 48 :
On observe dans ce tableau que la quantité d’énergie nécessaire à faire une course sur 100m correspond environ à
la quantité intracellulaire d’ATP.
On peut donc en conclure que les réserves intracellulaires en ATP sont très limitées et l’ATP doit donc être
régénéré par la cellule musculaire pour subvenir aux besoins des cellules musculaires dont la contraction nécessite
beaucoup de consommation d’ ATP.
Document 2 p49 :
Ce document est un graphique montrant la concentration d’ATP dans des cellules musculaires soumises à une
supplémentation en créatine / ou en placebo.
On remarque que la concentration en ATP est plus importante en fin d’exercice pour des personnes ayant pris une
supplémentation en créatine. Cette expérience montre que l’hydrolyse de la phosphocréatine en créatine permet
la synthèse d’ATP utilisable par le muscle pour un exercice de faible durée.
Intervention 5 : régénération de l’ATP selon le type d’effort.
Document 3 p 48 :
Document 3a : Ce document est un graphique montrant la concentration en glycogène selon le type d’effort.
On peut remarquer que plus l’individu fait un effort intense (VO2 max plus importante), plus la diminution de la
quantité de glycogène dans le quadriceps est important.
On peut en déduire que le glycogène est une forme de stockage du glucose utilisé par les muscle pour régénérer
l’ATP nécessaire pour la contraction musculaire.
Document 3b :
Ce document est un graphique montrant la concentration sanguine en acide lactique (produit de la fermentation
lactique) et la concentration en ATP musculaire dans les cellules musculaires en fonction de la distance parcourue.
On remarque que la concentration en acide lactique augmente jusqu’à une distance de 80m parcourus et puis cette
concentration augmente moins rapidement, pourtant la concentration en ATP intracellulaire reste constante.
En suivant la concentration en acide lactique, on suit le métabolisme de la fermentation lactique qui se produit
dans le muscle. On peut donc en déduire que la régénération de l’ATP (après l’hydrolyse de la phosphocréatine),
commence par un métabolisme de fermentation lactique, puis la respiration prend le relai.
Intervention 6 : résumé sur schéma bilan p 52
Attention, il faut rajouter le métabolisme d’hydrolyse de la phosphocréatine en créatine !