Comment les muscles fournissent la puissance ?
Pour cette problématique nous y reponderons sous la forme d'un entonnoir, c'est à dire que nous partirons du phénotype macroscopique pour aller vers le phénotype cellulaire et enfin nous terminerons par le phénotype moléculaire.
Dans un premier temps, nous nous demanderons qu'est-ce que la puissance musculaire ?
- La puissance musculaire est la facultée d'éxécuter un mouvement avec une intensité maximum ( comprenant la force et la vitesse ).
- La puissance est une force divisée par un temps F/t, On l'exprime en Kg/m/s.
- La puissance résulte dans la contraction et le relachement du muscle.
Donc pour répondre à la problématique nous devons nous concentrer sur la contraction du muscle , alors, qu'est ce qu'est vraiment la contraction musculaire ?
La contraction musculaire résulte de la contraction coordonée de chacune des cellules du muscles.
Il existe quatre phases au cours d'une contraction d'une cellule musculaire "type" :
- L'excitation ou stimulation qui correspond à l'arrivée du message nerveux sur la fibre musculaire.
- Le couplage excitation - contraction qui regroupe l'ensemble des processus permettant de transformer le signal nerveux reçu par la cellule en un signal intracellulaire vers les fibres contractiles.
- La contraction proprement dite.
- Le relachement qui est le retour de la cellule musculaire à l'etat de repos physiologique.
Mais, d'où vient l'énergie qui contracte le muscle ?
La contraction musculaire utilise comme forme d'énergie chimique, une petite molécule appelée l'ATP. La déstruction d'une molécule d'ATP libère de l'énergie. L'adénosine-5'-triphosphate ou adénosine triphosphate (ATP) est la molécule qui dans la biochimie de tous les organismes vivants connus fournit par hydrolyse l'énergie nécéssaire aux réactions chimiques du métabolisme.
C'est le processeur d'un certain nombres de cofacteur enzymatique essentiels. La fibre musculaire utilise cette ATP pour "armer" les filaments des sarcomères comme des ressorts, prêts à se contracter. Les sarcomères sont des accomodations de plusieurs protéines composées de trois systèmes différents de filament :
- Le système de filaments épais, formé à partir d'une protéine appelé la myosine ( de type 2 ).
- Le système de filaments minces, fais de monomère d'actine.
- Le système de filaments élastiques, composé d'une protéine "géante", la connectine. Cette protéine est enchâssée sur le myofilament epais.
La fibre musculaire d'un biceps peut contenir plus de 10000 filaments. Le relâchement de la fibre nécéssite donc de l'ATP pour réarmer les filaments. La production d'ATP est assurée principalement par la respiration cellulaire : cela consiste en une dégradation de glucose par oxydation grâce à l'oxygène fournie par le sang. Lors d'un effort intense prolongé, la cellule peut venir à manquer d'oxygène. La dégradation du glucose se fait alors par un autre mécanisme "la fermentation",qui produit moins d'ATP mais n'utilise pas d'oxygène.
Les réserves de la cellule sont constituées par du glucogène qui est une macromolécule constituée de longue chaîne de glucose. Le glucogène constitue donc une réserve de glucose. C'est donc le sang qui approvisionne la cellule en glucose.
Pour bien comprendre comment se déroule la contraction du muscle nous allons observer présisément ce qui se passe dans un sarcomère.
-L'intéraction entre l'actine et la myosine du sarcomère est responsable de la contraction du muscle. L'actine joue le rôle de la molécule tractée, et la myosine est le moteur moléculaire qui tire les filaments d'actine . Cela se déroule en 5 étapes:
1. À l'état inactif, le domaine d'interaction avec l'actine de la myosine est recouvert par la tropomyosine. La myosine est sous une forme redressée, de haute énergie, liée à l'ATP.
2. Lorsque la cellule musculaire striée squelettique est stimulée par un motoneurone (via le neurotransmetteur acétylcholine), il y a activation de canaux calciques voltage-dépendants, ce qui provoque l'entrée de calcium dans la cellule. On a également sortie de calcium du réticulum sarcoplasmique (la forme musculaire du réticulum endoplasmique). Ce calcium vient se fixer sur la troponine ce qui provoque un changement de conformation de cette dernière, libérant le domaine d'interaction de la myosine. Au terme de cette étape la myosine est fixée à l'actine.
3. Lors de l'interaction myosine-actine, la molécule d'ADP fixée sur la tête de la myosine est libérée, ce qui provoque un changement de conformation et bascule la tête de myosine. Ce basculement tracte l'actine vers la bande M, provoquant un raccourcissement du sarcomère.
4. Au terme de ce mouvement, la tête de myosine lie une molécule d'ATP ce qui provoque son détachement de la molécule d'actine et le retour à une position repliée, de basse énergie.
5. Elle hydrolyse son ATP en un ADP plus un ion phosphate, et l'énergie libérée par cette réaction fait passer la myosine a un état de haute énergie, capable d'interagir avec l'actine. La troponine peut à ce moment empêcher cette interaction si elle n'est plus fixée au calcium. Le cycle est terminé et peut recommencer.
C'est ainsi que des milliers de têtes de myosine réalisant ce cycle parviennent à raccourcir la taille du sarcomère de 3,4µM (forme étirée) à 2,4µM (forme contractée).
Donc le muscle fournie la puissance grâce à une accumulation stricte et précise citée ci-dessus.
Afin d'optimiser votre compréhension voici un schéma extrêmement simplifier de ce qui ce qui se passe :
