Fiche explicative de la leçon: Structure des muscles Biologie • Troisième année secondaire

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à décrire la structure macroscopique et microscopique des muscles squelettiques.

Le corps d’un homme adulte contient environ 650 muscles squelettiques, ce qui représente environ de sa masse corporelle. Les muscles sont des structures du corps qui facilitent le mouvement en se contractant et en se décontractant. Ils permettent aux aliments de se déplacer le long de notre système digestif après un repas, à nos jambes de courir, et aux pupilles de se rétrécir dans nos yeux lorsque nous regardons une lumière éblouissante. Sans l’action constante de nos muscles, même notre cœur cesserait de battre ! 

Il existe trois principaux types de muscles, qui remplissent différentes fonctions : le muscle squelettique, le muscle lisse et le muscle cardiaque. Alors que les muscles squelettiques sont contrôlés de façon consciente, appelés alors des muscles volontaires, les muscles lisses et les muscles cardiaques sont contrôlés de façon inconsciente, de sorte que nous ne pouvons pas « décider » d’arrêter leur fonctionnement. La figure 1 montre la structure et l’emplacement de différents types de muscle.

Certains muscles, comme ceux de nos membres (bras et jambes), peuvent être contrôlés volontairement pour permettre le mouvement de certaines parties du corps. On les appelle les muscles squelettiques, car ils sont rattachés aux os de notre squelette par des tendons. On les appelle parfois muscles striés en raison de leur aspect rayé que vous pouvez voir sur la figure 1. Certains muscles squelettiques sont décrits comme antagonistes car ils forment une paire dans laquelle un muscle se relâche lorsque l’autre se contracte, produisant un mouvement coordonné comme dans les membres. En plus de permettre à notre corps de bouger, le muscle squelettique maintient également sa posture.

Le muscle lisse, également connu sous le nom de muscle involontaire, n’est pas contrôlé volontairement, mais se trouve dans de nombreux organes différents. Par exemple, les parois des organes creux comme l’œsophage, l’estomac et les intestins du corps humain contiennent un tissu musculaire lisse qui permet aux aliments de traverser le système digestif. Il y a aussi du tissu musculaire lisse dans les parois des artères, qui se contracte pour faire passer le sang le long de ces vaisseaux sanguins sans que nous ayons à y penser.

Le muscle cardiaque est un type de muscle involontaire que l’on trouve uniquement dans le cœur. Les cellules du muscle cardiaque sont qualifiées de myogènes, ce qui signifie qu’elles n’ont pas besoin de stimulation nerveuse pour se contracter. Cela permet au cœur de battre sans relâche et à un rythme régulier pour pomper le sang dans le corps humain.

Regardons la structure macroscopique du muscle squelettique et les fonctions de ses composants. Macroscopique se réfère à des structures qui sont visibles à l’oeil nu, sans avoir besoin d’un microscope.

Chaque muscle est considéré comme un organe individuel. Chacun de ces muscles contient différents tissus : le tissu squelettique, le tissu nerveux, le tissu sanguin et le tissu conjonctif. Le muscle squelettique est constitué de nombreux faisceaux ou fascicules de fibres musculaires. Ces faisceaux de fibres musculaires contiennent des tissus conjonctifs, des cellules et des organites. Selon sa taille, un muscle peut être constitué de milliers de fibres musculaires individuelles ! 

Chaque faisceau de fibres est enveloppé d’une couche protectrice de tissu conjonctif appelée le périmysium, que vous pouvez voir sur la figure 2. Le préfixe péri-, comme périmètre, signifie qu’il entoure quelque chose, tandis que le « my » au milieu du mot se rapporte au muscle. Le périmysium aide les cellules à supporter la pression de la contraction musculaire. Cette couche de tissu conjonctif permet également au sang et au tissu nerveux de se connecter aux différentes fibres musculaires. Le sang apporte de l’oxygène, du glucose et d’autres nutriments aux cellules musculaires pour leur permettre de respirer et de libérer de l’énergie, de se développer et de se réparer. Les nerfs stimulent la contraction du muscle.

Observons de plus près la structure microscopique de ces différentes fibres musculaires.

Chaque fibre musculaire squelettique est une cellule musculaire cylindrique très longue enfermée dans une membrane plasmique appelée le sarcolemme, comme vous pouvez le voir sur la figure 2. Le préfixe sarco- vient du mot grec pour chair et est souvent utilisé pour décrire les composants des muscles. Le suffixe -lemme vient du mot grec pour gaine, car il forme une membrane de protection autour de chaque fibre. Le sarcolemme est parfois appelé le myolemme, qui contient le préfixe myo- (rappelez-vous que cela se réfère aux muscles).

Les fibres musculaires ont plusieurs adaptations qui les rendent efficaces dans leur fonction.

Les fibres musculaires sont beaucoup plus longues que les autres cellules car elles se sont formées par la fusion de nombreuses cellules musculaires lorsque vous n’étiez encore qu’un embryon. Cela rend les muscles plus forts, car des jonctions entre les cellules les auraient affaiblis. C’est pourquoi une armure est plus efficace lorsqu’elle est formée à partir d’un seul morceau de matériau. Une fibre musculaire contient donc typiquement plusieurs noyaux. La figure 3 montre une image agrandie d’une partie d’une fibre musculaire.

Le cytoplasme dans une fibre musculaire est appelé le sarcoplasme. Dans la plupart des cellules animales, le rôle principal du réticulum endoplasmique est de servir de site de synthèse, de modification et de transport des protéines. Les fibres musculaires contiennent un réticulum endoplasmique spécialisé appelé réticulum sarcoplasmique qui s’étend sur toute la fibre musculaire. Le réticulum sarcoplasmique contient des ions calcium, qui sont nécessaires au déclenchement de la contraction musculaire.

Les cellules musculaires ont besoin d’une grande quantité d’énergie lorsqu’elles se contractent. Les fibres musculaires contiennent donc aussi beaucoup de mitochondries pour effectuer la respiration cellulaire afin de fournir l’ATP nécessaire à la contraction. Vous pouvez voir une de ces nombreuses mitochondries sur la figure 3.

Les parties du sarcolemme enveloppant la fibre musculaire se replient vers l’intérieur. Cela forme des structures appelées tubules transverses, ou tubules T, représentées sur la figure 3. Cela signifie qu’une impulsion provenant d’un nerf peut se propager le long du sarcoplasme de la cellule entière afin que les myofibrilles dans la cellule se contractent simultanément.

Chaque fibre musculaire contient de longs organites appelés myofibrilles, qui sont faites de filaments de protéines. Il peut y avoir entre 1 000 et 2 000 myofibrilles dans une fibre musculaire, qui sont parallèles les unes aux autres et à la fibre musculaire intérieure comme vous pouvez le voir sur la figure 3. Les myofibrilles sont spécialisées dans la contraction.

Vous pouvez comparer la structure des muscles à une corde. Les cordes sont faites de ficelles individuelles, et les ficelles sont faites de beaucoup de fils. Ceux-ci se rassemblent et forment une corde avec leur force combinée. De même, les muscles sont faits de fibres musculaires individuelles, et les fibres musculaires sont faites de beaucoup de myofibrilles. Celles-ci fournissent au muscle leur force combinée.

Les myofibrilles sont constituées de nombreuses unités répétées appelées sarcomères que vous pouvez voir sur la figure 4. Pour vous donner une idée de sa taille, regardez le contour des sarcomères au sein de la myofibrille de la figure 3. Les myofibrilles ont des motifs répétitifs de ces sarcomères qui sont constitués de deux myofilaments appelés actine et myosine.

L’actine est un filament fin constitué de deux chaînes de protéines enroulées ensemble, comme représentée sur la figure 4 par les structures horizontales rouges.

La myosine est plus épaisse que l’actine et apparaît donc plus foncée. La myosine est un long filament en forme de bâton avec des têtes globuleuses qui ressortent vers l’extérieur. Les filaments de myosine sont représentés sur la figure 4 par les structures horizontales bleues.

Les myofibrilles ont des bandes alternées qui apparaissent claires et foncées en raison de la composition d’actine et de myosine dans chaque sarcomère. Cela les rend rayées ou striées.

La bande I, également appelée bande isotrope, comme vous pouvez le voir sur la figure 4, est constituée uniquement de filaments fins d’actine. Pour cette raison, elles apparaissent de couleur considérablement plus claire que le reste du sarcomère et sont parfois appelées bandes claires. Dans la bande I se trouve une région appelée la ligne Z, qui apparaît légèrement plus sombre sur les images micrographiques en raison d’une forte concentration d’actine et d’autres protéines. Les deux lignes Z délimitent le sarcomère.

La bande A, également connue sous le nom de bande anisotrope, contient les filaments plus épais de myosine comme vous pouvez le voir sur la figure 4. Cela les rend beaucoup plus foncées que les bandes I, c’est pour cela qu’on les appelle parfois les bandes sombres. Les bords externes de la bande A sont les plus sombres, car l’actine et la myosine se chevauchent. La région interne de la bande A, appelée la zone H, n’est pas aussi sombre puisqu’elle ne contient que de la myosine. Lorsque le muscle se contracte, la zone H se raccourcit, ce qui fait que l’ensemble du sarcomère devient également plus court. La ligne au milieu de la zone H est appelée la bande M.

Exemple 3: Identifier les régions du sarcomère

La figure ci-dessous illustre la structure de base d’un sarcomère. Quelle lettre indique la bande I ? 

Réponse

La figure nous montre une image d’un sarcomère constitué de deux myofilaments appelés actine et myosine. L’actine est un filament fin, composé de deux chaînes de protéines torsadées entre elles, représentés ici en rouge. La myosine, qui est un long filament en forme de bâton avec des têtes globuleuses qui ressortent vers l’extérieur, est plus épaisse que l’actine. Ici, la myosine est représentée par les structures horizontales bleues.

La bande I est constituée uniquement de filaments fins d’actine illustrés en rouge. Dans la bande I se trouve une région appelée la ligne Z. L’espace entre deux lignes Z délimite le sarcomère.

La bande A contient les filaments de myosine les plus épais illustrés sur ce schéma en bleu. Les bords externes de la bande A sont un ensemble d’actine et de myosine qui se chevauchent. La région interne de la bande A, appelée zone H, ne contient que de la myosine. Lorsque le muscle se contracte, la zone H se raccourcit, ce qui fait que l’ensemble du sarcomère devient également plus court. La ligne au milieu de la zone H est appelée la bande M.

Légendons donc notre diagramme avec les informations que nous avons obtenues.

Par conséquent, la lettre indiquant la bande I est Y.

Exemple 4: Identifier la composition en protéines des régions d’un sarcomère

La figure illustre une structure annotée d’un sarcomère.

1. Quelle partie contient uniquement de l’actine ? 
2. Quelle partie contient uniquement de la myosine ? 
3. Quelle partie contient de l’actine et de la myosine ? 

Réponse

La figure nous montre une image d’un sarcomère constitué de deux myofilaments appelés actine et myosine.

Partie 1

L’actine est un filament fin constitué de deux chaînes de protéines torsadées ensemble. La myosine est une fibre allongée en forme de bâton avec des têtes globuleuses qui ressortent vers l’extérieur, et est plus épaisse que l’actine.

La bande I est constituée uniquement de filaments fins d’actine illustrés en rouge. Dans la bande I se trouve une région appelée la ligne Z. L’espace entre deux lignes Z définit la limite du sarcomère.

Par conséquent, la partie qui ne contient que de l’actine est la bande I.

Partie 2

La bande A contient les filaments de myosine plus épais illustrés sur ce schéma en bleu. La région interne de la bande A, appelée zone H, ne contient que de la myosine. Lorsque le muscle se contracte, la zone H se raccourcit, ce qui fait que l’ensemble du sarcomère devient également plus court.

Par conséquent, la partie qui contient uniquement de la myosine est la zone H.

Partie 3

La bande A couvre toute la longueur des filaments épais de myosine. Les bords externes de la bande A sont un ensemble d’actine et de myosine qui se chevauchent.

Par conséquent, la région du sarcomère qui contient à la fois de l’actine et de la myosine est la bande A.

Les motifs alternés d’actine et de myosine dans le sarcomère donnent au muscle squelettique un aspect strié ou rayé, comme vous pouvez le voir sur l’image de micrographie du muscle strié ci-dessous. Vous pouvez voir les bandes A plus sombres contenant de la myosine épaisse et les bandes I plus claires contenant de l’actine mince. La ligne Z plus foncée ressort au milieu de la bande I. Vous pouvez voir les nombreux noyaux entourant les fibres musculaires, colorés en bleu foncé.

Cette disposition en bandes et l’aspect rayé qui en résulte caractérisent à la fois les muscles squelettiques et cardiaques, c’est pourquoi ces deux types de muscles sont parfois appelés muscles striés. Le muscle lisse ne forme pas ces bandes et est donc non strié. La figure 6 montre la différence d’aspect entre le muscle strié et le muscle non strié.

Récapitulons certains des points clés que nous avons couverts dans cette fiche explicative.