RICERCA ITALIANA     

Variazioni ultrastrutturali del filamento di miosina durante lo sviluppo della forza muscolare studiate mediante diffrazione dinamica ai raggiX.

Università degli Studi di Firenze

Abstract

La disposizione quasi cristallina delle molecole di miosina nel filamento spesso dei muscoli scheletrici permette di seguire le variazioni strutturali della molecola della miosina durante la contrazione mediante la tecnica della diffrazione ai raggi X. Lo spettro ai raggi X di una fibra muscolare contiene un riflessione assiale intensa (M3) che proviene dalle porzioni S1 della testa della miosina e che è sensibile alle variazioni strutturali della molecola. Sia l’intensità (IM3) che la spaziatura (dM3) della riflessione M3 cambiano durante l’attivazione del muscolo. E’ stato proposto che nello stato attivo dM3 dipenda dal numero dei legami S1-actina (i crossbridges) e quindi dM3 è stata usata come misura dell’attacco dei crossbridges durante lo sviluppo di tensione. D’altra parte, esperimenti con fibre demembranate hanno mostrato che nello stato di rigor, in assenza di ATP, dM3 aumenta di circa l’1% indipendentemente dal grado di sovrapposizione tra i miofilamenti. Questo dato suggerisce una dipendenza di dM3 dall’ATP invece che dai crossbrudges. Abbiamo riesaminato recentemente questo aspetto con la diffrazione ai raggi X in presenza del rilasciante muscolare BDM, ed abbiamo visto che il decremento nel numero dei crossbridges indotto dal BDM era accompagnato da un proporzionale decremento di dM3. Quando invece il numero dei crossbridges veniva ridotto mediante riduzione della sovrapposizione tra i miofilamenti ( ottenuta allungando le fibre muscolari), questa correlazione >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Giovanni Cecchi Università degli Studi di FIRENZE

Obiettivo del Programma di Ricerca

Negli organismi superiori , il lavoro meccanico viene effettuato per mezzo di motori molecolari che convertono l’energia chimica contenuta nell’ATP in movimento lineare. Nel muscolo striato le molecole di miosina, che costituiscono i motori molecolari, sono disposte in un reticolo molto ordinato, quasi cristallino, che rende possibile l’uso della diffrazione ai raggi X come metodo di indagine per lo studio dei cambiamenti strutturali che accompagnano lo sviluppo di forza. Lo spettro di diffrazione del muscolo contiene una diffrazione meridionale intensa (M3) ad una spaziatura corrispondente alla terza armonica del passo dell’elica della miosina. Questa riflessione è sensibile ai cambiamenti strutturali della miosina . Durante l’attivazione, M3 cambia sia in intensità (IM3 [1]) che in spaziatura (dM3) [2]. I cambiamenti di IM3 riflettono i cambiamenti strutturali che avvengono nelle porzioni S1 della molecola [3,4], che protrudono dalla superficie del filamento lungo il passo dell’elica e che contengono sia il sito attivo per l’actina sia quello per l’idrolisi dell’ATP.
DM3 aumenta di circal’1.5% durante l’attivazione. Questo cambiamento non si spiega con le variazioni strutturali in S1 ma può indicare un cambiamento della struttura del filamento che porta ad un aumento del periodo assiale delle proiezioni S1 dalla superficie del filamento[5]. Tuttavia, i dati ottenuti con esperimenti di meccanica muscolare veloce mostrano che questo cambiamento è troppo grande per >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Negli animali superiori, il lavoro meccanico viene effettuato da motori molecolari che convertono l’energia libera derivante dall’idrolisi dell’ATP in movimento lineare. Nel motore molecolare più diffuso, la miosina, questa conversione si ottiene con l’idrolisi dell’ATP che fornisce l’energia non solo per il muscolo scheletrico, liscio e cardiaco ma anche per una miriade di processi intracellulari. Le miosine formano una classe di 17 forme diverse di motori molecolari [1], ma solo la miosina II, la forma presente in tutti i tessuti muscolari, forma aggregati filamentosi elicoidali. Nel muscolo scheletrico i filamenti di miosina sono disposti in un reticolo quasi-cristallino, che permette lo studio dinamico degli eventi strutturali che avvengono nel motore molecolare per mezzo della tecnica della diffrazione dei raggi X. Lo spettro di diffrazione ai raggi X delle fibra muscolare scheletrica, contiene una riflessione assiale intensa (M3) con una spaziatura corrispondente alla terza armonica del passo fondamentale dell’elica della miosina. Questa riflessione è sensibile ai cambiamenti strutturali della miosina. In seguito all’attivazione del muscolo, la sua intensità, IM3 [2] e la sua spaziatura, dM3 [3] cambiano sensibilmente.
Le variazioni di IM3 riflettono i cambiamenti strutturali che avvengono nelle porzioni S1 della miosina [4,5] che si proiettano dalla superficie del filamento e che portano sia il sito attivo per la catalisi dell’ATP sia quello per il legame con >>>