Le calcium joue un rôle important dans la contraction du coeur, nous allons suivre son petit chemin !
Pour commencer, le récepteur bêta-adrénergique, une fois activé par l'adrénaline, intéragit avec la protéine G.
Dans le cas des récepteurs bêta adrénergiques ce sont des protéines G hétérotrimériques, et plus particulièrement les protéines G appartenant à la famille des protéines G stimulatrices (Gs) qui activent l'adénylyl cyclase. Ici AC5 et AC6.
L'adénylate cyclase est une enzyme transmembranaire, dont le site actif est tourné vers le cytosol. Lorsqu'elle est activée par la sous-unité alpha d'une protéine G, l'adénylate cyclase catalyse la transformation d'ATP en AMPc (adénosine monophosphate cyclique ) .
L'AMPc est une petite molécule diffusible, elle peut donc s'éloigner de la membrane et propager le signal vers le cytosol, c'est un second messager.
L'effet principal de l'AMPc est l'activation de la protéine kinase A (pkA) en dissociant les deux sous-unités régulatrices de cette molécule des deux unités catalytiques qui peuvent alors phosphoryler certaines protéines (la pkA va placer des groupements phosphates sur les protéines cibles). La pkA est une protéine kinase AMPc dépendante. Cette kinase va donc ensuite phosphoryler ses nombreux substrats, ce qui assure la réponse cellulaire.
Les effecteurs de la réponse cellulaire sont, dans notre cas, les canaux Ca2+ de la membrane plasmique, nous étudierons les canaux de type L.
La protéine kinase phosphoryle donc les protéines clés du couplage excitation-contraction, ici les canaux calciques de type L .
Nous allons maintenant voir l'impact de l'ouverture des canaux calciques sur la cellule musculaire :
Les canaux calciques sont des canaux ioniques, constitué d'un pore laissant passer spécifiquement les ions Ca2+.
Un canal calcique est formé de 4 domaines qui se répètent contenant les 6 segments transmembranaires. Les acteurs majeurs du couplage excitation-contraction sont les canaux calciques de type L (ou Cav1.2).
Les canaux calciques sont associés à des sous unités bêta, gamma, lambda et alpha2. La sous unité gamma n'est pas exprimée dans le coeur. La sous unité bêta est la sous-unité responsable de l'augmentation du courant calcique.
Les canaux calciques de type L sont concentrés au fond des tubules T, qui sont des invaginations de la membrane plasmique qui vient au contact de l'appareil contractile au niveau de la bande Z des sarcomères. Chaque tubule T est en contact avec une citerne terminale du RS .Les citernes du RS contiennent des canaux remplis de calcium, et les récepteurs à la ryanodine.
Une fois les canaux calciques phosphorylés par la protéine kinase, ils s'ouvrent lors de la dépolarisation du sarcolemme pendant le potentiel d'action, générant une entrée massive de Ca2+ dans la cellule (qui controle l'amplitude et le plateau du potentiel d'action). La phosphorylation du canal par la pkA entraine donc l'ouverture du canal et l'entrée massive de calcium dans la cellule.
Une partie du calcium entrant dans la cellule va se fixer sur les récepteurs à la ryanodine(RyR) du réticulum sarcoplasmique, ce qui entraine une sortie de calcium du réticulum . La libération du calcium des citernes du RS est dépendante de la concentration intracellulaire en calcium, d'où le nom qui lui est donné de "calcium-induced calcium release" = "libération de calcium induite par le calcium".
Ce calcium va venir s'ajouter à celui déjà présent dans le milieu intracellulaire (entré par les canaux de la membrane plasmique) et former les ponts actine-myosine nécessaires à la contraction.
La concentration en ions calcium intracellulaire est d'environ 10-7 mol/L. La contraction est initiée quand la concentration en Ca2+ atteint 10-6 mol/L. Tant que la concentration cytosolique en ions calcium est suffisante la cycle recommence.
La contractilité du muscle cardiaque est modulée selon la quantité de Ca2+ entré dans la cellule ce qui entraine un relargage plus ou moins important du calcium du réticulum sarcoplasmique et donc la formation d'un nombre de ponts actine-myosine variables.
Le mécanisme de la contraction du cœur
La force des contractions cardiaques dépend donc du degré de phosphorylation des canaux calciques.
Au final, les récepteurs bêta 1 adrénergiques sont donc responsables d'une augmentation de la force de contraction cardiaque.
Il y a relaxation du muscle cardiaque quand la concentration en Ca2+ retrouve sa valeur normale. Le calcium est récupéré par des pompes à Ca2+ dans le réticulum sarcoplasmique et le reste est renvoyé dans le milieu extracellulaire par des échangeurs 3Na+/1Ca2+ ou les pompes Ca2+ ATPases dans le sarcolemme. (Les pompes fonctionnent en continu pour le recaptage des ions mais leur fonctionnement est plus accéléré lors de la relaxation.)
Par ailleurs, il existe une protéine, la protéine phospholambane, dans la membrane du réticulum sarcoplasmique qui accélère la vitesse de recaptage des ions Ca2+ et donc la vitesse de relaxation (effet lusitrope positif) lorsqu'elle est phosphorylé par la stimulation beta adrénergique( par la pkA). La pka a donc aussi une action directe sur le réticulum sarcoplasmique.
Super
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