Il sistema scheletrico e il sistema muscolare Vertebrati ... · – Protegge gli organi molli 16.2...
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Il sistema scheletrico e il sistema muscolare – Vertebrati senza arti
Alcuni gruppi di vertebrati, tra cui i serpenti, hanno perduto gli arti durante l’evoluzione
Come è accaduto?
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▪ Gli animali si muovono in modo estremamente vario
▪ Locomozione – È lo spostamento attivo da un luogo all’altro – Comporta un dispendio di energia per vincere attrito e
gravità
16.1 Negli animali si sono evolute diverse modalità di movimento
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▪ La locomozione in acqua – L’acqua sostiene gran parte del peso – L’attrito con un fluido denso come l’acqua è molto alto
16.1 Negli animali si sono evolute diverse modalità di movimento
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▪ La locomozione su terraferma – Attrito molto ridotto – Bisogna contrastare la forza di gravità
16.1 Negli animali si sono evolute diverse modalità di movimento
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▪ Animali striscianti – Gli animali che non utilizzano arti per la locomozione
devono superare un attrito elevato con il terreno – Le tecniche possibili sono varie
– Movimento ondulatorio – Movimento in linea retta sfruttando le scaglie come appigli – Movimento peristaltico
16.1 Negli animali si sono evolute diverse modalità di movimento
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Capo
Setole
Muscolo longitudinale rilassato (disteso)
Muscolo circolare contratto
Muscolo circolare rilassato
Muscolo longitudinale contratto
1
2
3
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▪ Il volo – Tutti i tipi di ali hanno forma aerodinamica che modifica le
correnti d’aria per generare una spinta dal basso verso l’alto – Gli unici animali in grado di volare attivamente sono insetti,
uccelli e pipistrelli
16.1 Negli animali si sono evolute diverse modalità di movimento
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Forma aerodinamica
dell’ala
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▪ Lo scheletro svolge molte funzioni – Insieme ai muscoli permette il movimento – Dà forma e sostegno al corpo – Protegge gli organi molli
16.2 Lo scheletro ha funzioni di sostegno, ma anche di movimento e protezione
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▪ Scheletro idrostatico – È costituito da un liquido mantenuto sotto pressione in un
compartimento chiuso del corpo – Si osserva in molti animali acquatici e negli animali terrestri
che strisciano sul terreno o scavano gallerie con movimenti peristaltici
16.2 Lo scheletro ha funzioni di sostegno, ma anche di movimento e protezione
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▪ Esoscheletro – È uno scheletro esterno rigido – Negli artropodi è un rivestimento resistente composto da strati
di proteine e di chitina – Molluschi come bivalvi, lumache e cipree hanno un esoscheletro
costituito da una o più conchiglie di carbonato di calcio
16.2 Lo scheletro ha funzioni di sostegno, ma anche di movimento e protezione
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Conchiglia (esoscheletro)
Mantello
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▪ Endoscheletro – È formato da elementi di sostegno duri o coriacei situati
all’interno del corpo dell’animale – Può essere costituito da strutture e materiali molto diversi
– Spugne: spicole costituite da sali di calcio o silice – Echinodermi: dermascheletro, piastre dure sottocutanee calcaree – Vertebrati: cartilagine oppure ossa e cartilagine
16.2 Lo scheletro ha funzioni di sostegno, ma anche di movimento e protezione
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▪ Lo scheletro dei vertebrati – Scheletro assile
– Cranio – Colonna vertebrale – Cassa toracica (nella maggior parte dei vertebrati)
– Scheletro appendicolare – Formato dalle ossa degli arti e da quelle che uniscono gli
arti allo scheletro assile – In un vertebrato di terraferma gli arti superiori si
inseriscono nel cinto scapolare e quelli inferiori nel cinto pelvico
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16.3 Lo scheletro dei vertebrati è una variazione su un tema antico
alla luce dell’evoluzione
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CranioClavicola
Scapola
Cinto scapolare
Sterno
CostolaOmeroVertebraRadioUlna
Cinto pelvico
Carpo
Falangi
Metacarpo
Femore
Rotula
Tibia
Perone
TarsoMetatarsoFalangi
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MetacarpoFalangi
Carpo
Cinto pelvicoUlnaRadio
Vertebra
Omero
Costola
Sterno
Cranio
Clavicola
ScapolaCinto scapolare
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FemoreRotula
Tibia
Perone
TarsoMetatarsoFalangi
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Dischi intervertebrali
Osso iliaco
7 vertebre cervicali
12 vertebre toraciche
5 vertebre lombari
Osso sacroCoccige
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▪ Le ossa sono formate da componenti minerali e da diversi tipi di tessuti vivi metabolicamente attivi
– Periostio: rivestimento di tessuto connettivo fibroso – Cartillagine: forma cuscinetti che ammortizzano gli impatti e
diminuiscono l’attrito nelle giunzioni – Tessuto osseo: è formato da una matrice di fibre di collagene
immerse in un’impalcatura di sali minerali – Gli osteoblasti secernono la matrice ossea e vivono al suo interno
16.4 Le ossa sono organi complessi costituiti da tessuti vivi e metabolicamente attivi
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▪ Struttura delle ossa lunghe – Diafisi: è la parte centrale, cilindrica, allungata
– Costituita da osso compatto – Contiene una cavità costituita da midollo osseo giallo
– Epifisi: sono le estremità – All’esterno, osso compatto – All’interno, osso spugnoso – Le piccole cavità dell’osso spugnoso contengono midollo
osseo rosso
16.4 Le ossa sono organi complessi costituiti da tessuti vivi e metabolicamente attivi
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▪ Metabolismo – All’interno dei canali ossei
– Vasi sanguigni – Nervi
16.4 Le ossa sono organi complessi costituiti da tessuti vivi e metabolicamente attivi
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Cartilagine
Osso spugnoso (contiene il midollo osseo rosso)
Cartilagine
Osso spugnoso
Osso compatto
Cavità centrale della diafisi
Midollo osseo giallo
Vasi sanguigni
Tessuto connettivo fibroso
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Quando l’osso si spezza
▪ Le cellule del tessuto osseo – Rimuovono in continuazione la vecchia matrice ossea
e la sostituiscono con nuovi materiali – Riparano le ossa in caso di frattura
▪ Curare le fratture ossee – L’osso viene riportato alla sua forma e immobilizzato – Le cellule producono nuovo tessuto e riparano la
frattura
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COLLEGAMENTO salute
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▪ Osteoporosi – È una malattia caratterizzata da una diminuzione della
massa ossea e dal deterioramento strutturale del tessuto osseo
– Fattori di rischio – Scarso livelli di calcio nella dieta – Mancanza di esercizio fisico – Fumo – Menopausa
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Quando l’osso si spezzaCOLLEGAMENTO salute
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16.5 Le articolazioni permettono diversi tipi di movimento
▪ Gran parte della versatilità dello scheletro dei vertebrati è dovuta alla presenza di articolazioni che consentono diversi tipi di movimento − Enartrosi − Articolazioni a cerniera − Articolazioni a perno
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OmeroTesta dell’omero
Scapola
Enartrosi
Ulna
Articolazione a cerniera
Ulna
Articolazione a perno
Radio
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Testa dell’omero
Scapola
Enartrosi
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Omero
Ulna
Articolazione a cerniera
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Ulna
Articolazione a perno
Radio
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▪ Per produrre il movimento, i muscoli interagiscono con le ossa, che funzionano come leve
▪ I muscoli sono collegati alle ossa mediante i tendini, formati da tessuto connettivo fibroso
▪ Un muscolo può soltanto contrarsi attivamente − Il rilassamento successivo alla contrazione è un processo passivo
16.6 Scheletro e muscoli interagiscono per produrre il movimento
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▪ Coppie di muscoli antagonisti – Applicano forze opposte alle stesse parti dello scheletro – Permettono di muovere le parti del corpo e di riportarle
attivamente alla posizione di partenza
16.6 Scheletro e muscoli interagiscono per produrre il movimento
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Bicipite contratto
Tricipite contratto
Bicipite rilassato
Tricipite rilassato
Tendine
Braccio flesso Braccio teso
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Lezione 3
LA CONTRAZIONE MUSCOLARE E IL MOVIMENTO
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Muscolo
Fascio di fibre muscolari
Singola fibra muscolare
Membrana plasmatica
Miofibrilla
Nuclei
Banda chiara
Banda chiara
Banda scura
Sarcomero
Linea Z
16.7 Ogni cellula muscolare ha il proprio apparato contrattile
Fibre muscolari – Sono cellule allungate dotate di molti
nuclei – Contengono ognuna un fascio di
miofibrille
Miofibrille: – Formate da proteine, tra cui le
proteine contrattili – Actina – Miosina
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16.7 Ogni cellula muscolare ha il proprio apparato contrattile
Miofibrilla
Linea Z
Banda chiara
Banda chiara
Banda scura
Sarcomero
miosina
actina
Sarcomero
Sarcomeri – Sono le unità contrattili delle
miofibrille – Filamenti sottili: actina – Filamenti spessi: miosina
Un sarcomero si contrae (accorciandosi) quando i suoi filamenti sottili scorrono lungo quelli spessi
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SarcomeroBanda scuraZ Z
Muscolo a riposo
Muscolo in contrazione
Muscolo completamente contratto
Sarcomero contratto
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1. Legame tra ATP e teste della miosina, scissione
dell’ATP in ADP e fosfato
2. Le teste si piegano nella configurazione ad alta energia
3. Legame tra le teste di miosina e i siti di legame sui
filamenti di miosina
4. ADP e fosfato vengono liberati, la testa della miosina
torna alla configurazione a bassa energia e spinge la
miosina verso il centro del sarcomero: power stroke
16.8 La contrazione muscolare avviene grazie allo scorrimento dei filamenti nei sarcomeri
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Testa della miosina (configurazione a bassa energia)
ATP
Filamento sottile (actina)
Filamento spesso (miosina)
1
Una molecola di ATP si lega alla testa della miosina, che si trova inizialmente in una configurazione a bassa energia
16.8 La contrazione muscolare avviene grazie allo scorrimento dei filamenti nei sarcomeri
Le quattro fasi dello scorrimento dei filamenti
2ADP
Actina
P
L’ATP viene scisso in ADP e fosfato, liberando così energia che viene usata per muovere la testa della miosina verso l’actina
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16.8 La contrazione muscolare avviene grazie allo scorrimento dei filamenti nei sarcomeri
Le quattro fasi dello scorrimento dei filamenti
ADPP Ponte crociato
3
La testa della miosina si protende verso il filamento sottile per legarsi al sito specifico, in una configurazione indicata come ponte crociato
4
Testa della miosina (configurazione a bassa energia)
Nuova posizione della linea Z
ADP + P
Una volta formato il legame, l’ADP e il fosfato vengono liberati e la testa della miosina torna alla configurazione iniziale, con un movimento che spinge il filamento sottile verso il centro del sarcomero
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▪ Motoneuroni – Trasportano i segnali emessi dal sistema nervoso per
attivare la contrazione muscolare
▪ Giunzioni neuromuscolari – Sono le sinapsi tra neuroni motori e fibre muscolari – Per trasmettere il segnale attraverso la sinapsi il
motoneurone libera un neurotrasmettitore (acetilcolina)
16.9 I neuroni motori stimolano la contrazionedel muscolo
40
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Potenziale d’azioneAssone del motoneurone
Terminale sinaptico
Reticolo endoplasmatico (RE)
Mitocondrio
SarcomeroMembrana plasmatica
Miofibrilla
Tubulo T
Ioni Ca2+
liberati dal reticolo endoplasmatico41
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▪ Anche la membrana plasmatica delle fibre muscolari può propagare i potenziali d’azione
– Attraverso i tubuli T il segnale raggiunge anche l’interno della cellula
– Il reticolo endoplasmatico rilascia nel citoplasma ioni Ca2+
– Gli ioni Ca2+ legano la troponina e fanno spostare la tropomiosina liberando i siti di legame per la miosina sulle fibre di actina
– Le teste della miosina possono legare l’actina e la contrazione muscolare ha inizio
16.9 I neuroni motori stimolano la contrazionedel muscolo
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▪ Unità motoria – Un motoneurone – Il gruppo di fibre muscolari controllate dal motoneurone
▪ Nei muscoli più grandi un singolo motoneurone può controllare migliaia di fibre
▪ Dove è necessaria maggior precisione ogni motoneurone controlla poche (o una sola) fibre
16.9 I neuroni motori stimolano la contrazionedel muscolo
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Osso
Muscolo
Tendine
Fibre muscolari (cellule)
NucleiTerminali sinaptici
Corpo cellulare del motoneurone
Assone del motoneurone
Midollo spinale Unità motoria 1
Unità motoria 2
Nervo
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Di che fibra sei fatto?
▪ Ogni muscolo è costituito da fibre veloci, lente e intermedie, in proporzioni che dipendono dal tipo di lavoro che svolge
▪ Molte delle differenze tra i diversi tipi di fibre muscolari dipendono dalla via biochimica impiegata per generare ATP − Fibre lente: respirazione aerobica − Fibre veloci: respirazione anaerobica − Fibre medie: in prevalenza respirazione aerobica
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COLLEGAMENTO salute
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LenteIntermedieVeloci
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Velocista MaratonetaIndividuo mediamente
attivo
Individuo mediamente sedentario
Corridore sulla media
distanza
Atleta specialista
in discipline
di resistenza
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