Cours : Rôle du muscle strié squelettique dans la conversion de l’énergie.

Cours et exercices Rôle du muscle strié squelettique dans la conversion de l’énergie, chapitre 2 de programme science de la vie et de la terre, 2 Bac international option Français Maroc.

Unité 1 : Consommation de la matière organique et flux d’énergie.

Chapitre 2 : Rôle du muscle strié squelettique dans la conversion de l’énergie.

Introduction :
Les muscles squelettiques striés assurent la posture et la motricité du corps grâce à leurs contractions. Au cours de la contraction, les muscles transforment l’énergie chimique (ATP) en énergie mécanique avec un dégagement de chaleur.
L’étude du rôle du muscle dans la conversion de l’énergie consiste à :

Montrer que la cellule musculaire est l’unité structurelle et fonctionnelle de la contraction musculaire à travers l’étude de sa structure et ultra-structure.
Mettre en évidence le mécanisme de contraction musculaire et la conversion de l’énergie chimique (ATP) en énergie mécanique.
Déterminer les différentes voies de régénération de l’ATP dans la cellule musculaire.

I- Enregistrement des contractions musculaires (Myogrammes):

1- Réponse à une seule excitation efficace :
Le muscle strié squelettique est dit contractile, car sa longueur diminue (se contracte) en réponse à une excitation (électrique, chimique, thermique...).
L’enregistrement d’une contraction musculaire s’effectue à l’aide d’un appareil nommé myographe, l’enregistrement obtenu est lui nommé myogramme.
In vitro, si on applique une seule excitation on obtient une seule réponse nommée secousse musculaire simple, caractérisée par trois phases :

La phase de latence : laps de temps entre le moment de

l’excitation et le moment où le muscle commence la contraction.
La phase de contraction : Elle s’étend jusqu’au sommet de la courbe, lorsque le raccourcissement du muscle est à son maximum.
La phase de décontraction : s’étend du sommet du myogramme jusqu'au moment où le muscle retrouve sa longueur initiale.

2- La réponse musculaire à des excitations répétées :

Voir : Exercice « Enregistrement des contractions »

La réponse d’un muscle à des excitations répétées de même intensité, va dépendre du temps qui sépare deux excitations successives :

✓ Si l’intervalle entre deux excitations successives est supérieur à la durée de la secousse simple, on va obtenir deux (ou plusieurs) secousses isolées.

✓ Si la deuxième excitation survient pendant la période de décontraction de la première secousse, celle-ci ne s’achève pas et on obtient une seconde réponse d’amplitude supérieure à la première liée à celle-ci, on parle de sommation partielle des deux secousses. Dans ces conditions, si le muscle est soumis à une série d’excitation, on aura une réponse en forme de vague appelée tétanos imparfait.

✓ Si la deuxième excitation survient pendant la période de contraction de la première secousse, on obtient alors une fusion complète des deux secousses (sommation totale des deux secousses), aboutissant à une seule réponse plus ample et plus longue qu’une secousse simple. Dans ces conditions, si le muscle est soumis à une série d’excitation, on aura fusion complète des réponses appelée tétanos parfait.

II- Structure et ultrastructure du muscle strié squelettique :

1- Structure du muscle :
Le muscle strié squelettique est le muscle qui se fixe au squelette et permet le mouvement de celui-ci dans une direction bien définie grâce à sa fonction essentielle de contraction sous contrôle du système nerveux central.
Le muscle squelettique est formé de plusieurs faisceaux de fibres musculaires entourés chacun de membranes conjonctives qui s’unissent pour former les tendons qui attachent les muscles aux os.
2- Ultrastructure du muscle :
Chaque fibre musculaire striée est considérée comme étant une cellule musculaire, on y trouve :

Le Sarcoplasme (équivalent du cytoplasme dans les cellules) avec à l’intérieur des mitochondries, le réticulum sarcoplasmique , et une réserve importante de glycogène. La cellule est limité par une membrane appelée sarcolemme,
Une multitude de noyaux tout au long de la cellule (cellule plurinucléée),
Des myofibrilles constituées par une série d’unité appelée Sarcomère, alterne des stries claires (bandes clairs) et de stries sombres (bandes sombres). Les bandes clairs correspondent à des zones contenants des filaments fins constitués par de l’actine, et les bandes sombres correspondent à des filaments épais de myosine.

Activité 1 : Dessinez dans la zone ci-dessous un schéma simplifié de sarcomère.

III- Mécanismes de la contraction musculaire :

1- Mise en évidence des modifications des fibres musculaires lors de la contraction :

Activité 2 : Le document 6 représente une image microscopique d’un sarcomère décontracté et en contraction.
1- Relevez les modifications que connait le sarcomère lors de la contraction musculaire.
2- Que peut-on déduire concernant le mécanisme de contraction

Réponse :
1- Pendant la contraction musculaire :
Les sarcomères se raccourcissent (rapprochement des stries Z) Les bandes sombres gardent une longueur constante, Les bandes claires ainsi que les zones H diminuent de longueur,
2- Il n’y a donc pas un raccourcissement des filaments d’actine et de myosine mais un glissement ou coulissage de l’actine par rapport à la myosine.

2- Le mécanisme moléculaire de la contraction :

Activité 3 :

Des fibres musculaires isolées d’un muscle de Lapin sont montées entre lame et lamelle et observées au microscope optique. On peut alors mesurer leur état de contraction (tension) dans différentes conditions :

Expérience a : étude de la contraction d’une fibre isolée en présence ou en absence de salyrgan, poison bloquant l’hydrolyse de l’ATP (Courbe 1).
Expérience b : étude de la contraction d’une fibre isolée en présence ou en absence d’un chélateur du calcium (Courbe 2).

1- Décrivez la courbe 1, que déduisez-vous ? 2- Décrivez la courbe 2, que déduisez-vous ?

Réponse :
1- La courbe montre l’absence de tension avant l’introduction d’ATP et d’ions calcium dans le milieu. Cette tension augmente rapidement en présence d’ATP et Ca2+, puis continue à augmenter jusqu’à l’injection de Salyrgan dans le milieu, après quoi, la tension de la fibre diminue jusqu’à ce qu’elle s’annule après 5 secondes.
→Puisque le salyrgan inhibe l’hydrolyse de l’ATP, on déduit que l’énergie issue de l’hydrolyse de l’ATP est nécessaire pour la contraction des fibres musculaires.
2- La courbe 2 à une allure semblable à la première courbe, la tension augmente de la même manière jusqu’à l’introduction du chélateur qui fixe les ions calcium, après quoi la tension chute, et ne reprend qu’en présence à nouveau de Ca2+ et ATP.
→La suppression de l’action du calcium par le chélateur arrête la contraction musculaire, on déduit que ces ions interviennent lors du phénomène de contraction.

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