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ATP et contraction musculaire

Mise en évidence du rôle de l’ATP dans la contraction musculaire et estimation de la contraction musculaire par acquisition d’image numérique.

Auteur : Jean-Philippe PERRET, lycée du Val de Saône, Trévoux

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Programme de sciences de la vie et de la Terre de terminale spécialité
BO spécial n°8 du 25 juillet 2019
Terminale spécialité : Corps humain et santé
Produire le mouvement : contraction musculaire et apport d’énergie
La cellule musculaire : une structure spécialisée permettant son propre raccourcissement

Connaissances

Le muscle strié est un ensemble de cellules musculaires dites striées.
La cellule musculaire, cellule spécialisée, est caractérisée par un cytosquelette particulier (actine et myosine) permettant le raccourcissement de la cellule.
La contraction musculaire nécessite des ions calcium et l’utilisation d’ATP comme source d’énergie.

Capacités, attitudes

Réaliser et/ou observer au microscope optique et au microscope électronique des préparations de cellules musculaires striées, pour enrichir la notion de cellule eucaryote spécialisée.


 

Objectifs

Enrichir la notion de cellule eucaryote spécialisée.
Mettre en évidence le rôle de l’ATP dans la contraction musculaire.

Production attendue

Photographies légendées et titrées et/ou vidéogramme commenté illustrant :

  • la structure de la cellule musculaire ;
  • la nécessité de l’apport d’ATP pour la contraction musculaire.

Compétences travaillées

  • Pratiquer des démarches scientifiques : Interpréter des résultats et en tirer des conclusions.
  • Concevoir, créer, réaliser : Mettre en œuvre un protocole.
  • Pratiquer des langages : Communiquer dans un langage scientifiquement approprié : oral, écrit, graphique, numérique.

Matériel et logiciels

  • Solution d’ATP à 6 g.L-1 (0,3 g / 50 mL) fraîchement préparée (elle se conserve cependant au moins une bonne demi-journée)
  • Solution aqueuse de glycérol à 50%
  • Muscle psoas de lapin fraichement tué (24 h) et conservé dans le glycérol
  • Microscope + caméra numérique (ou smartphone)
  • Lames + lamelles
  • Verres de montre
  • Petites pipettes
  • Ordinateur + logiciel Mesurim ou Mesurim2

Apports théoriques


Les myofibrilles sont composées de filaments épais (composés de myosine) et de filaments fins (composés d’actine, de troponine et de tropomyosine). En coupe longitudinale, les myofibrilles présentent une striation transversale due à la présence de zones claires et de zones sombres.
La strie Z sépare deux sarcomères (qui sont les unités fonctionnelles contractiles). Un sarcomère est composé d’une demi-bande claire, d’une bande sombre et d’une deuxième demi-bande claire. La contraction musculaire s’effectue par glissement des filaments épais entre les filaments fins aboutissant au raccourcissement du sarcomère :

Il y a nécessité de l’apport d’ATP pour la contraction musculaire (pivotement des têtes de myosine).

Déroulement de l’activité

Cette manipulation s’inspire de celle proposée par Georges Lascombes dans l’ouvrage "Manuel de travaux pratiques de physiologie animale et végétale", éditions Hachette, 1968 (Manipulation n°87, p 210).

  1. Étalonner le microscope équipé d’un oculaire micrométrique au grossissement maximum et créer une échelle dans le logiciel Mesurim (voir fiche technique).
  2. Réaliser la préparation microscopique d’un fragment de muscle (voir fiche protocole).
  3. Avec le microscope équipé d’un oculaire micrométrique, la caméra numérique et le logiciel d’acquisition, enregistrer l’image d’un muscle avec le grossissement maximum.
  4. Ajouter de l’ATP selon le protocole fourni et enregistrer une nouvelle image correspondant au fragment muscle contracté.
  5. Avec le logiciel Mesurim, faire une mesure de la longueur réelle d’un sarcomère non contracté. Reproduire l’opération avec un sarcomère contracté.
  6. Calculer le pourcentage de raccourcissement d’un sarcomère, donc du muscle.

Prolongement envisageable

Étudier le phénomène au niveau moléculaire avec un logiciel de modélisation (Libmol) pour mettre en évidence le pivotement des têtes de myosine (possibilité de mesurer des angles…).

Documents en téléchargement

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