La contraction musculaire : de la cellule à la molécule

Imagine un câble électrique composé de multiples petits fils de cuivre. Un muscle fonctionne sur le même principe d'emboîtement. Pour comprendre la contraction, nous devons zoomer jusqu'à l'intérieur de la cellule musculaire, appelée fibre musculaire.

Le cytoplasme de la cellule musculaire est rempli de longs cylindres appelés myofibrilles. C'est ici que tout se joue. Ces myofibrilles sont constituées d'une succession de petites unités répétitives appelées sarcomères. Ce sont les unités fonctionnelles de la contraction.

Dans chaque sarcomère, on trouve deux types de filaments protéiques disposés parallèlement. Les filaments fins sont constitués d'actine et les filaments épais sont constitués de myosine. C'est leur agencement qui donne l'aspect strié au muscle.

Comment un muscle peut-il raccourcir ? Intuitivement, on pourrait penser que les filaments rétrécissent comme un élastique, mais ce n'est pas le cas. En réalité, ils glissent les uns le long des autres, comme les tubes d'un télescope.

Lors de la contraction, les têtes des molécules de myosine (filaments épais) accrochent les filaments d'actine (filaments fins) et les tirent vers le centre du sarcomère. Ce glissement rapproche les extrémités du sarcomère (les stries Z) et raccourcit la cellule musculaire.

Ce mouvement mécanique demande de l'énergie. Cette énergie est fournie par l'ATP. Le cycle de contraction se déroule en plusieurs étapes précises qui modifient la forme de la tête de myosine.

D'abord, la fixation d'une molécule d'ATP sur la tête de myosine permet de la détacher de l'actine. Ensuite, l'ATP est hydrolysé (cassé) en ADP et phosphate inorganique ($P_i$). Cette réaction chimique redresse la tête de myosine, la mettant sous tension comme un ressort armé.

La tête de myosine armée se fixe alors à l'actine. C'est la libération de l'ADP et du $P_i$ qui provoque le basculement brutal de la tête. Ce pivotement fait glisser le filament d'actine : c'est le coup de force qui crée le mouvement.

Nous avons le moteur (myosine/actine) et le carburant (ATP), mais le moteur ne tourne pas en permanence. Il faut une clé de contact pour démarrer la contraction au bon moment. Cette clé, c'est l'ion calcium ($C{a}^{2+}$).

Au repos, le calcium est stocké dans un compartiment spécialisé de la cellule musculaire appelé le réticulum sarcoplasmique. Tant que le calcium est enfermé, les têtes de myosine ne peuvent pas accéder aux sites de fixation sur l'actine.

Lorsqu'un signal nerveux arrive, le réticulum libère massivement le calcium dans le cytoplasme. La hausse de la concentration en ions calcium permet de démasquer les sites de fixation sur l'actine. L'interaction actine-myosine peut alors commencer.