L’essentiel
La contraction musculaire est le raccourcissement d’un muscle sous l’effet d’un message nerveux. Dans chaque cellule musculaire, les filaments de myosine tirent sur ceux d’actine, ce qui raccourcit les sarcomères. Ce glissement demande des ions calcium, qui le déclenchent, et de l’ATP, qui fournit l’énergie.
La cellule musculaire et ses structures
Une cellule musculaire, ou fibre musculaire, est une très longue cellule à plusieurs noyaux. Elle se forme par la fusion de nombreuses cellules. Son cytoplasme est rempli de myofibrilles, des cordons de protéines disposés sur toute sa longueur.
| Échelle | Structure | Particularité |
|---|---|---|
| Organe | Muscle | Relié aux os par des tendons |
| Cellule | Fibre musculaire | Plusieurs noyaux, nombreuses mitochondries |
| Dans la cellule | Myofibrille | Alternance de bandes claires et sombres |
| Unité de contraction | Sarcomère | Compris entre deux stries Z |
| Molécules | Actine et myosine | Filaments fins et filaments épais |
Le mécanisme de la contraction
Le sarcomère se raccourcit, mais ses filaments gardent leur longueur : les filaments fins d’actine glissent entre les filaments épais de myosine. Ce sont les têtes de myosine qui produisent ce glissement.
L’ATP sert à la fois à détacher la tête de myosine et à la réarmer.
- Fixation : la tête de myosine, chargée d’ADP et de Pi, se fixe sur l’actine.
- Pivotement : la tête bascule, libère l’ADP et le Pi, et tire le filament d’actine vers le centre du sarcomère.
- Détachement : une nouvelle molécule d’ATP se fixe sur la tête, qui lâche l’actine.
- Redressement : l’hydrolyse de l’ATP remet la tête en position, prête pour un nouveau cycle.
Le schéma de la contraction musculaire
Pour un schéma clair, dessine un sarcomère relâché et un sarcomère contracté, l’un au-dessus de l’autre.
| Élément | Variation |
|---|---|
| Longueur du sarcomère | Diminue |
| Longueur des filaments d’actine et de myosine | Ne change pas |
| Bande sombre (longueur de la myosine) | Ne change pas |
| Bande claire (actine seule) | Diminue |
| Zone de recouvrement entre actine et myosine | Augmente |
Du message nerveux à la contraction : le rôle du calcium
- Le motoneurone libère de l’acétylcholine à la plaque motrice.
- Ce neurotransmetteur déclenche un potentiel d’action sur la membrane de la fibre musculaire.
- Le signal provoque la sortie d’ions Ca²⁺ stockés dans le réticulum sarcoplasmique.
- Le calcium libère les sites de fixation de la myosine sur l’actine.
- Quand le message s’arrête, le calcium est repompé, ce qui consomme de l’ATP, et le muscle se relâche.
L’énergie de la contraction
Le muscle dépense beaucoup d’ATP, alors que son stock ne couvre que quelques secondes. Il le régénère grâce à la phosphocréatine, à la fermentation lactique et à la respiration. Ces deux dernières voies utilisent le glucose issu du glycogène, et la respiration utilise aussi les acides gras.
| Type de fibre | Métabolisme dominant | Exemple d’effort |
|---|---|---|
| Fibres lentes | Respiration, beaucoup de mitochondries | Marathon |
| Fibres rapides | Fermentation | Sprint |
Les erreurs à éviter
Les filaments se raccourcissent pendant la contraction. Les filaments glissent les uns sur les autres sans changer de longueur.
Seul le sarcomère raccourcit, parce que le recouvrement entre filaments augmente.
Le muscle pousse les os. Un muscle ne peut que tirer.
En se contractant, il raccourcit et tire sur le tendon. Un muscle antagoniste assure le mouvement inverse.
L’ATP n’est nécessaire que pour tirer sur l’actine. L’ATP est nécessaire pour détacher la myosine et pour repomper le calcium.
Sans ATP, les têtes restent accrochées à l’actine.
Exercices corrigés
1. Quelle est l’unité de contraction du muscle ?
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Le sarcomère. Le sarcomère, compris entre deux stries Z, est l’unité contractile de la myofibrille.
2. Quelles sont les deux protéines de la contraction ?
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L’actine et la myosine. Les têtes de myosine tirent sur les filaments d’actine.
3. Quel ion déclenche la contraction ?
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Le calcium. Les ions Ca²⁺ rendent accessibles les sites de fixation de la myosine sur l’actine.
4. Quelle est la conséquence de la fixation d’ATP sur une tête de myosine ?
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Le détachement de la tête. L’ATP provoque le décrochage de la tête de myosine de l’actine.
5. Un sarcomère passe de 2,4 µm à 2,0 µm. Comment varie la longueur des filaments de myosine ?
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Elle ne change pas. Les filaments ne changent pas de longueur : ils glissent les uns par rapport aux autres.
6. Un muscle est privé d’ATP alors que les têtes de myosine sont attachées à l’actine. Que se passe-t-il ?
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Le muscle reste rigide. Sans ATP, les têtes ne se détachent pas. C’est ce qui explique la rigidité d’un muscle après la mort.
Questions fréquentes
Qu’est-ce qu’une cellule musculaire ?
C’est une cellule allongée et plurinucléée, capable de se contracter, remplie de myofibrilles. On l’appelle aussi fibre musculaire.
Quel est le rôle de l’ATP dans le muscle ?
L’ATP permet le décrochage et le réarmement des têtes de myosine, ainsi que le repompage du calcium.
Pourquoi le muscle a-t-il besoin de calcium ?
Sans calcium, les sites de fixation sur l’actine restent masqués. L’arrivée du Ca²⁺ permet à la myosine de s’y accrocher.