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Fiche explicative de la leçon : Structure des muscles Biologie

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 44% 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!

Définition: Muscle

Un muscle est une bande ou un faisceau de tissu fibreux capable de se contracter et de se décontracter pour faciliter le mouvement.

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.

Terme clé: Muscle volontaire

Un muscle volontaire est un muscle que vous décidez de bouger, comme ceux des bras et des jambes.

Figure 1 : Schéma illustrant les différences structurelles entre les trois types de muscles. Les diagrammes à droite indiquent l’endroit où l’on peut trouver ces types de muscle dans le corps humain.

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.

Terme clé: Muscle squelettique

Le muscle squelettique, parfois appelé muscle strié, est un muscle rattaché aux os du squelette et impliqué dans les mouvements volontaires.

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.

Terme clé: Muscle lisse

Le muscle lisse est un type de tissu musculaire involontaire qui se trouve dans les parois des structures corporelles, telles que celles du système digestif et des artères, et qui agit en exerçant une pression sur ces organes et vaisseaux.

Exemple 1: Décrire les principales fonctions des muscles

Lequel des choix suivants n’est pas une fonction majeure des muscles du corps humain?

  1. bouger certaines parties du corps
  2. maintenir le corps en position stationnaire
  3. aider à la digestion des aliments
  4. produire et sécréter des globules rouges
  5. contracter les vaisseaux sanguins et y faire circuler continuellement le sang

Réponse

Les muscles sont des structures du corps qui facilitent le mouvement en se contractant et en se décontractant. Il existe trois principaux types de muscles qui remplissent différentes fonctions:le muscle squelettique, le muscle lisse et le muscle cardiaque.

Les muscles squelettiques, tels que ceux de nos membres (bras et jambes), peuvent être contrôlés volontairement pour permettre le mouvement de certaines parties du corps. En plus de permettre à notre corps de bouger, le muscle squelettique peut également maintenir sa posture.

Le muscle lisse est un muscle involontaire impliqué dans de nombreux systèmes d’organes différents. Par exemple, les parois des organes creux comme notre estomac et nos intestins contiennent un tissu musculaire lisse qui permet aux aliments de traverser le système digestif et d’être digérés. Un tissu musculaire lisse est également présent dans les parois des artères et se contracte pour propulser continuellement le sang le long des vaisseaux sanguins.

Les globules rouges ne sont ni fabriqués ni sécrétés par les muscles, mais par la moelle osseuse.

La bonne réponse est donc de produire et de sécréter des globules rouges.

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.

Terme clé: Muscle cardiaque

Le muscle cardiaque est un type de muscle involontaire contenu uniquement dans le cœur et impliqué dans la régulation du rythme cardiaque.

Exemple 2: Identifier le type de muscle dont la fonction est donnée

Il existe trois principaux types de tissus musculaires dans le corps humain:squelettique, cardiaque et lisse. Quel est le type de muscle principalement impliqué dans les mouvements conscients du corps?

Réponse

Cette question nous demande de déterminer quel type de muscle est impliqué dans les mouvements conscients. Alors que les muscles squelettiques sont contrôlés de façon consciente et sont donc appelés muscles volontaires, les muscles lisses et les muscles cardiaques sont contrôlés de façon inconsciente, ils sont donc involontaires. Nous ne pouvons pas « décider » d’arrêter leur fonctionnement.

Les muscles squelettiques, tels que ceux de nos membres (bras et jambes), peuvent être contrôlés volontairement pour permettre le mouvement de certaines parties du corps. En plus de permettre à notre corps de bouger, le muscle squelettique peut également maintenir sa posture.

Le muscle lisse est un muscle involontaire impliqué dans de nombreux systèmes d’organes différents. Par exemple, les parois des organes creux comme notre estomac et nos intestins contiennent un tissu musculaire lisse qui permet aux aliments de traverser le système digestif et d’être digérés. Un tissu musculaire lisse est également présent dans les parois des artères, qui se contracte pour propulser continuellement le sang le long des vaisseaux sanguins.

Les cellules musculaires cardiaques ne se trouvent que dans le cœur, et comme les muscles lisses, ces muscles sont également involontaires. Ils doivent être contrôlés de façon inconsciente pour que le cœur batte continuellement à un rythme constant pour pomper le sang dans le corps.

La réponse correcte est donc le muscle squelettique.

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!

Figure 2 : Schéma de la structure macroscopique d’un muscle squelettique, montrant les faisceaux de fibres musculaires entourés d’un périmysium. Vous pouvez également voir les vaisseaux sanguins alimentant les fibres musculaires de sang.

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).

Terme clé: Sarcolemme

Le sarcolemme est une membrane spécialisée qui entoure les cellules des fibres musculaires striées.

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.

Figure 3 : Schéma d’une section d’une fibre musculaire illustrant les structures intracellulaires des myofibrilles, du réticulum sarcoplasmique et de la mitochondrie. Vous pouvez aussi voir la formation du tubule T par le repliement du sarcolemme.

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.

Terme clé: Sarcoplasme

Le sarcoplasme est le cytoplasme des cellules musculaires striées.

Terme clé: Réticulum sarcoplasmique

Le réticulum sarcoplasmique est un système de cavités fermées par des membranes, et impliqué dans le stockage des ions calcium à l’intérieur les cellules musculaires striées (squelettiques).

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.

Terme clé: Mitochondrie

Les mitochondries sont des organites à l’intérieur des cellules responsables de la respiration et de la libération d’énergie .

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.

Terme clé: Myofibrille

Une myofibrille est un organite long et cylindrique situé dans les muscles, faite de protéines et spécialisée dans la contraction.

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.

Terme clé: Sarcomère

Un sarcomère est l’unité fonctionnelle d’une myofibrille délimité par la distance entre deux lignes Z, qui se raccourcit lorsque le muscle se contracte.

Figure 4 : Schéma illustrant les différentes lignes et bandes qui constituent le sarcomère.

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.

Terme clé: Actine

L’actine est un filament fin à l’intérieur d’une myofibrille d’une fibre musculaire, composée de deux chaînes torsadées l’une autour de l’autre.

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.

Terme clé: Myosine

La myosine est un filament épais à l’intérieur d’une myofibrille d’une fibre musculaire, composée de longs filaments en forme de bâton avec des têtes globuleuses qui ressortent vers l’extérieur.

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.

Terme clé: Bande I

Les bandes I, également connues sous le nom de bandes isotropes ou claires, sont les régions d’un sarcomère où les filaments d’actine et de myosine ne se chevauchent pas, elles apparaissent donc de couleur claire.

Terme clé: Ligne Z

La ligne Z est située au centre de chaque bande I, et la distance entre deux lignes Z définit la longueur du 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.

Terme clé: Bande A

Les bandes A, également connues sous le nom de bandes anisotropes ou sombres, sont les régions d’un sarcomère contenant des filaments épais de myosine, ce qui leur donne un aspect sombre. Les bords de la bande A sont particulièrement sombres, car l’actine et la myosine se chevauchent.

Terme clé: Zone H

La zone H est une région de couleur plus claire contenant uniquement des filaments épais de myosine au centre d’une bande A, qui diminue de longueur lorsque le muscle se contracte.

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.

Muscle squelettique strié
Figure 5

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.

Figure 6 : Schéma des trois différents types de muscles:squelettique, lisse et cardiaque. Vous pouvez constater que les muscles cardiaque et lisse sont striés, alors que le muscle lisse ne l’est pas.

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

Points clés

  • Les muscles sont des structures du corps qui facilitent le mouvement en se contractant et en se décontractant.
  • Les types de muscle sont les muscles squelettiques, les muscles lisses et les muscles cardiaques.
  • Les muscles sont constitués de faisceaux de fibres musculaires, entourés d’un périmysium.
  • Les fibres musculaires sont adaptées pour se contracter car ce sont de très longues cellules avec de nombreuses mitochondries, un réticulum sarcoplasmique spécialisé et des organites de myofibrille.
  • Les myofibrilles contiennent un filament fin de protéine appelé actine et un filament plus épais appelé myosine.
  • Les sarcomères sont les unités répétitives des myofibrilles, et l’actine et la myosine qui composent l’intérieur d’un sarcomère forment des bandes sombres et claires donnant aux myofibrilles un aspect strié.

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