background image

Lec 5 

Physiology

            Dr.HananLuay 

The muscle 

Objectives 
1-  Recognize  the  basic  structure  and  morphology  of  skeletal 
muscle. 
2-Define sarcotubular system and determine its function. 
3- State the electrical characteristics of skeletal muscles. 

The  muscles  are  excitable  cells;  they  are  machines  to  convert  the 
chemical energy to mechanical energy. 
The  muscle  can  be  excited  electrically,  mechanically,  chemically  → 
action potential (A.p.). 
  It differs from the nervous system by the fact that it has a contractile 
mechanism which is activated by action potential. 

Types of muscle: 

 

1-Skeletal muscles: These are voluntary muscles attach to bones except

 

the  tongue,  superior  portion  of  the  esophagus,  anal  sphincter,  and 
diaphragm are also composed of skeletal muscle, but they do not cause 
movements 

of 

the 

skeleton.                                                                                

         

 

 

 

Skeletal musclesSmoothmusclesCardiac muscles 

2-Smoothmuscles: Involuntary muscle. It is Muscle of the viscera (e.g., in 
walls of blood vessels, intestine, & other 'hollow' structures and organs 
in the body).  

3-Cardiac muscles: Muscle of the heart. Involuntary. 
40%    of the body is skeletal muscles and 10%  are smooth and cardiac 
muscles. 
Characteristics of muscle:  


background image

 

excitability - responds to stimuli (e.g., nervous impulses)  

 

contractility - able to shorten in length  

 

extensibility - stretches when pulled  

 

elasticity  -  tends  to  return  to  original  shape  &  length  after 
contraction or extension. 

Functions of muscle:  

 

motion  

 

maintenance of posture  

 

heat production 

 

The skeletal muscle: 

  It  is  that  type  of  the  muscles  that  is  attached  to  bones  &  moves 
skeleton
,  also  called  striated  muscle  (because  of  its  appearance  under 
the microscope), it lacks anatomical and functional connection between 
individual  muscle  fibers,  and  it  is  voluntary  muscle  (under  voluntary 
control).

 

Morphology: 
   It  is  composed  of  numerous  fibers  (building  units  of  the  muscular 
system), which is made up of smaller subunits. 
   Each muscle fiber extends along the length of the muscle, and each is 
innervated by one nerve fiber near the middle of the fiber. 
  The  muscle  fibers  are  arranged  in  parallel  between  the  two  tendon 
ends,  so  that  the  force  of  contraction  is  additive  also  this  allows  each 
fiber  to  be  controlled  individually  so  we  can  contract  fewer  or  more 

fibers and the strength of contraction will be graded.                       

 

The muscle fiber is a cylindrical single cell containing:

 

-multiple nuclei. 
-Cell  membrane  (sarcolemma)  fuses  with  the  tendons  at  the  muscle 
ends. 
-Sarcoplasm  (intracellular  fluid  fills  the  spaces  between  the  myofibrils 
{K+,  Phosphate,  protein  enzymes  and  mitochondria,  sarcoplasmic 
reticulum  which  controls  the  contraction(rapid  contracting  muscles 
means extensive reticula)} 
-Other organ cells 
-Small  muscle  fibrils,  which  consist  of  filaments  that  are  made  up  of 
contractile proteins (actin and myosin). 


background image

Actin  and  myosin  are  large  polymerized  protein  molecules,  responsible 
for actual muscle contraction. 
 

 

The striations: 

 

 
  The myosin and actin filaments interdigitate and cause the myofibrils to 
have alternate light and dark bands. 
The light bands are only Actin filaments called I bands, they are isotropic 
to polarized lights. 
  The dark bands contain Myosin (twice molecular weight of Actin) called 
A bands; they are anisotropic to polarized lights, overlapping with Actin 
filaments.  (It  does  not  change  in  contraction),  each  thick  filament  is 
surrounded by 6 thin filaments in a regular hexagonal pattern. 
So the striations are due to difference in the refractive index of the parts 
of the muscle fibers. 
The I band is divided in the middle by darker Z line (the actin filaments 
are  attached  to  the  Z  disc  from  which  the  filaments  extend  in  both 
directions to interdigitate with the myosin). 
 The  A  band  is  divided  by  the  lighter  H  band,  in  the  middle  of  it  a 
transverse line called M line. 
 On  the  ends  of  the  myosin  filaments  are  small  projections  called  the 
cross  bridges,  which  interact  with  the  actin  filaments  to  cause 
contraction. 
The portion of the myofibrils (or the whole muscle fiber) that is between 
2 successive Z discs is called Sarcomere. 


background image

  On  contraction,  the  length  of  it  is  about  2  micrometer  (the  actin 
completely  overlap  the  myosin,  the  tips  of  actin  are  just  beginning  to 
overlap one another.   
 

The sarcomere

 is  the smallest functional unit of the muscle; it is  the 

area  between  2  Z  lines.  It  increases  in  relaxation  and  decreases  in 
contraction. 
 

eu Mro ireroirMrlr al raeuceloM contractile filaments: 

 

etua oec  iiMola 

     It  is  composed  of  6  polypeptide  chains,  a/  2  heavy  (wrap  spirally 
around  each  other  to  form  double  helix  called  tail,  one  end  of  these 
chains  is  folded  bilaterally  into  a  globular  polypeptide  structure  called 
head (2 heads) with 2N terminals, they contain actin binding sites and a 
catalytic site that hydrolyse ATP and, b/ 4 light chains (are parts of the 
head (help control the function of the head during contraction). 
The tails are bundled together to form the body of the filaments, while 
many heads hang outwards from the body. 

 Part of the body with the head extends to form arms (called the cross 
bridges). 

There  are  no  cross  bridges  in  the  middle  of  myosin  filaments 

because the hinged arms extends away from the center.

 


background image

The cross bridges are flexible at 2 points one where the arm leaves the 
body, the other where the head attaches to the arm, these called hinges. 

 

 

 

The thin filament is made of actin ,torponin and tropomyosin

Actin molecules

Actin filament is  made up of 2  chains  of globular  unit that form a long 
double  helix  and  contain  binding  sites  for  myosin.  It  is  composed  of 
double stranded F actin protein molecule made in a helix, each strand is 
composed  of  polymerized  G    actin  molecule  ,attached  to  each  one 
molecule of ADP , these are the active sites with which the cross bridges 
of myosin interact.  

Tropomyosin molecule 

 They  are  located  in  the  groove  between  the  two  chains  forming  long 
filaments  overlying  the  binding  sits  of  myosin.  So  in  the  resting  state 
they lie on the top of the active sites of the actin strands so no attraction 
between actin and myosin. 

Troponin 

It is a protein attached intermittently at regular intervals along the sides 
of  tropomyosin  molecules.  It  is  a  complex  of  3  loosely  bound  protein 
subunits: 
Troponin has a strong affinity for actin inhibits the interaction between 
myosin to actin. 
Troponin binds troponin to tropomyosin. 
TropomyosinC  contains  binding  sites  for  calcium  ions  that  initiate 
contraction.  
The  troponin-  tropomyosin  complex  is  called  the  relaxating  protein, 
because  it  prevents  the  binding  of  actin  to  the  heads  of  myosin  and 
leads to muscle relaxation.  


background image

 
 
 

 

 
The sarcotubular system

 

 

  Because  the  skeletal  muscle  fiber  is  so  large,  the  action  potential 
cannot  flow  deep  within  the  muscle  fiber  to  cause  maximum  muscle 


background image

contraction,  current  must  penetrate  deeply  into  the  muscle  fiber,  and 
this is by: 
   The T system (transverse tubules): it is a system of transverse tubules 
in  the  form  of  letter  T  which  is  continuous  with  the  membrane  of  the 
muscle  fiber,  it  starts  from  one  side  of  the  cell  membrane  to  the 
opposite side,  so it is continuous with the extracellular space, and they 
contain  extracellular  fluid  inside  ;  they  are  present  along  the  whole 
length  of  the  muscle  fiber  and  is  responsible  for  spreading  of  action 
potential from the cell membrane to the interior of the muscle fiber, the 
electrical currents around them create the muscle contraction. 
The  sarcoplasmic  reticulum  :  it  forms  an  irregular  system  of  tubules 
surrounding the myofibrils it has an enlarging ends  or chambers called 
terminal  cisterns  in  close  contact  with  the  T  system  at  the  junction 
between A and I bands. 

The  arrangement  of  the  T  system  with  the  ciatern  of  the  endoplasmic 
reticulum at either side called Traid. 

The sarcoplasmic reticulum contains excess amounts of calcium ions (in 
the  cistern)  in  high  concentration  which  are  released  when  the  action 
potential occurs in the adjacent tubules. After the contraction has been 
occurred  ,active  calcium  pump  located  in  the  walls  of  sarcoplasmic 
reticulum  pumps  calcium  back  to  the  sarcoplasmic  tubules  (inside  the 
reticulum there is a protein called calsequestrin which can concentrate 
and  binds  up  to  40  times  more  calcium  ions).    In  addition  to  that  the 
terminal cisterns help in muscle metabolism. 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 16 عضواً و 231 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل