Définition du sarcomère

Un sarcomère est l’unité fonctionnelle du muscle strié. Cela signifie que c’est l’unité la plus élémentaire qui compose notre muscle squelettique. Le muscle squelettique est le type de muscle qui initie tout notre mouvement volontaire. C’est là que réside l’objectif principal du sarcomère. Les sarcomères sont capables d’initier un grand mouvement de balayage en se contractant à l’unisson. Leur structure unique permet à ces minuscules unités de coordonner les contractions de nos muscles.

L’image représente la fibre musculaire squelettique.

En fait, les propriétés contractiles du muscle sont une caractéristique déterminante des animaux. Le mouvement des animaux est particulièrement fluide et complexe. Le mouvement adroit nécessite un changement de longueur musculaire à mesure que le muscle fléchit. Cela nécessite une structure moléculaire qui peut raccourcir avec le muscle qui raccourcit. De telles conditions se trouvent dans le sarcomère.

En y regardant de plus près, le tissu musculaire squelettique dégage une apparence rayée, appelée striation. Ces « rayures » sont dégagées par un motif de bandes alternées claires et sombres correspondant à différents filaments protéiques. Ces rayures sont formées par les fibres imbriquées qui constituent chaque sarcomère. Les fibres tubulaires appelées myofibrilles sont les composants de base qui forment le tissu musculaire. Cependant, les myofibrilles elles-mêmes sont essentiellement des polymères, ou motifs répétitifs, de sarcomère. Les myofibrilles sont fibreuses et longues, et constituées de deux types de filaments protéiques qui s’empilent l’un sur l’autre. La myosine est une fibre épaisse avec une tête globulaire, et l’actine est un filament plus fin qui interagit avec la myosine lorsque nous fléchissons.

Représenté est une illustration de base des composants sous-jacents du muscle squelettique, jusqu’au sarcomère.

Structure du sarcomère

Vues au microscope, les fibres musculaires de longueurs variées sont organisées en un motif empilé. Les brins de myofibril, donc l’actine et la myosine, forment des faisceaux de filaments disposés parallèlement les uns aux autres. Lorsqu’un muscle de notre corps se contracte, il est entendu que la façon dont cela se produit suit la théorie du filament coulissant. Cette théorie prédit qu’un muscle se contracte lorsque les filaments sont autorisés à glisser les uns contre les autres. Cette interaction est donc capable de produire une force contractile. Cependant, la raison pour laquelle la structure du sarcomère est si cruciale dans cette théorie est qu’un muscle doit se raccourcir physiquement. Ainsi, il existe un besoin d’une unité capable de compenser l’allongement ou le raccourcissement d’un muscle fléchissant.

La théorie du filament glissant a d’abord été postulée par des scientifiques qui avaient utilisé la microscopie à haute résolution et les taches de filament pour observer les filaments de myosine et d’actine en action à différents stades de contraction. Ils ont pu visualiser l’allongement physique du sarcomère dans son état détendu et le raccourcissement dans son état contracté. Leurs observations ont conduit à la découverte de zones de sarcomères.

La figure représente la structure d’un Sarcomère. (Chaque zone est étiquetée).

Ils ont d’abord observé que les changements dynamiques en cours se produisaient toujours aux mêmes endroits ou zones. Ils ont remarqué qu’une zone de sarcomère répété, appelée plus tard la « bande A”, maintenait une longueur constante pendant la contraction. La bande A a une teneur plus élevée en filament de myosine épais, comme prévu par la rigidité de la zone. La bande A est la zone au centre du sarcomère où se chevauchent des filaments épais et minces. Cela a donné aux chercheurs une idée de l’emplacement central de la myosine. Dans la bande A se trouve la zone H, qui est la zone composée uniquement de myosine épaisse. Essentiellement, on peut penser que la bande A comprend « tout » de la myosine, y compris la myosine entrelacée avec de l’actine à sa tête bulbeuse. La bande I est située à chaque extrémité de la longueur du sarcomère. Les bandes I sont les deux régions qui contiennent exclusivement des filaments minces. Un moyen rapide de s’en souvenir est que la bande I a des filaments « minces, d’actine”. Les filaments épais sont situés pas trop loin de l’emplacement de la bande I; mais de part et d’autre, leurs marges délimitent l’endroit où se terminent les filaments épais. De même, les lignes Z ou disques qui donnent aux sarcomères un aspect rayé au microscope optique délimitent en fait les régions entre les sarcomères adjacents. La ligne M, ou division médiane, se trouve au milieu des lignes Z et contient un troisième filament moins important appelé myomésine.

Raccourci mental du filament:

Comme mentionné précédemment, la contraction se produit lorsque les filaments épais glissent le long des filaments minces en succession rapide pour raccourcir les myofibrilles. Cependant, une distinction cruciale à retenir est que les myofilaments eux-mêmes ne se contractent pas. C’est l’action de glissement qui leur confère leur pouvoir de raccourcir ou d’allonger.

Fonction sarcomère

Le glissement du filament génère une tension musculaire, ce qui est sans aucun doute la principale contribution du sarcomère. Cette action confère aux muscles leur force physique. Une analogie rapide de ceci est la façon dont une longue échelle peut être étendue ou pliée en fonction de nos besoins, sans raccourcir physiquement ses parties métalliques.

Heureusement, des recherches récentes nous donnent une bonne idée du fonctionnement de ce glissement. La théorie du filament coulissant a été modifiée pour inclure la façon dont la myosine est capable de tirer sur l’actine pour raccourcir la longueur du sarcomère. Dans cette théorie, la tête globulaire de la myosine est située près de l’actine dans une zone appelée région S1. Cette région est riche en segments articulés qui peuvent se plier et ainsi faciliter la contraction. La flexion de S1 peut être la clé pour comprendre comment la myosine est capable de ”marcher » le long des filaments d’actine. Ceci est accompli par le cyclisme myosine-actine. Il s’agit de la liaison du fragment de myosine S1, de sa contraction et de sa libération éventuelle.

Lorsque la myosine et l’actine se lient, elles forment des extensions appelées « ponts croisés. »Ces ponts croisés peuvent se former et se rompre avec la présence (ou l’absence) d’ATP. L’ATP rend possible la contraction de S1. Lorsque l’ATP se lie au filament d’actine, il le déplace dans une position qui expose son site de liaison à la myosine. Cela permet à la tête globulaire de la myosine de se lier à ce site pour former le pont transversal. Cette liaison provoque la dissociation du groupe phosphate de l’ATP, et donc la myosine initie son coup de puissance. La myosine entre ainsi dans un état d’énergie inférieure où le sarcomère peut se raccourcir. De plus, l’ATP doit lier la myosine pour briser le pont transversal et permettre à la myosine de se lier à nouveau à l’actine et d’initier le spasme suivant.

Quiz

1. Quelle zone du sarcomère maintient une longueur constante pendant la contraction?
Lignes A. Z
Bande B. A
Bande C. I
D. Zone S

2. Lequel des éléments suivants ne contient que du filament d’actine?
Bande A.A
Bande B. H
Bande C. I
Ligne D. Z

3. Lequel des éléments suivants ne contient que du filament de myosine?
Bande A.A
Bande B. H
Bande C. I
Ligne D. Z

• Krans, Jacob et al. (2010). « La théorie du filament glissant de la contraction musculaire. »Éducation à la nature 3. 3(9):66.
• Éducation MH (2017).  » Animation : Contraction du Sarcomère. »Anatomie humaine: Mckinley O’Loughlin. » Récupéré le 16/6/2017 de http://www.macroevolution.net/sarcomere.html
• Boundless (2017). « ATP et contraction musculaire. »Sans Limites: Le Système Musculo-Squelettique. Récupéré le 15/6/2017 de https://www.boundless.com/biology/textbooks/boundless-biology-textbook/the-musculoskeletal-system-38/muscle-contraction-and-locomotion-218/atp-and-muscle-contraction-826-12069/