New User Special Price Expires in

Let's log you in.

Sign in with Facebook


Don't have a StudySoup account? Create one here!


Create a StudySoup account

Be part of our community, it's free to join!

Sign up with Facebook


Create your account
By creating an account you agree to StudySoup's terms and conditions and privacy policy

Already have a StudySoup account? Login here

bio 1020 chapter 35

by: Veta Wilkins

bio 1020 chapter 35 Biol 1020 R53

Veta Wilkins
University of Memphis
GPA 3.5

Preview These Notes for FREE

Get a free preview of these Notes, just enter your email below.

Unlock Preview
Unlock Preview

Preview these materials now for free

Why put in your email? Get access to more of this material and other relevant free materials for your school

View Preview

About this Document

structural support and movement
biology 1020
Class Notes
25 ?




Popular in biology 1020

Popular in Biology

This 21 page Class Notes was uploaded by Veta Wilkins on Sunday October 9, 2016. The Class Notes belongs to Biol 1020 R53 at University of Memphis taught by in Fall 2016. Since its upload, it has received 6 views. For similar materials see biology 1020 in Biology at University of Memphis.

Similar to Biol 1020 R53 at University of Memphis


Reviews for bio 1020 chapter 35


Report this Material


What is Karma?


Karma is the currency of StudySoup.

You can buy or earn more Karma at anytime and redeem it for class notes, study guides, flashcards, and more!

Date Created: 10/09/16
Chapter 35; Section 1 Muscles and Myostatin  The more you use your muscles, the more bulkier and more powerful they  become. o Mature skeletal muscle fiber can’t divide, but it can make more of the  proteins involved in muscle contraction. o Protein filaments inside a muscle fiber are continually built and  broken down.  Exercise tilts this process in favor of synthesis, so muscle cell  get bigger and the muscle gets stronger.  Also encourages stem cell in skeletal muscle to divide and  differentiate into muscle fibers.  Hormones affect muscle mass. o Effect of the sex hormones testosterone is to encourage muscle cells  to build more proteins.  Men make more testosterone than women, which is why men  tend to be more muscular. o Human growth hormone also stimulates synthesis of muscle proteins.  Taking synthetic versions of these muscle­building (anabolic)  hormones will bulk up muscles   Variations in the function of a regulatory protein called mysotatin may give  some people a natural edge when it comes to bulking up muscles.  Myostatin is a regulatory protein that discourages growth of skeletal muscle. o If a mutation prevents formation of normal myostatin, the result is  myostatin­related muscle hypertrophy.  Hypertrophy means “excessive growth"  Affected individuals have larger than normal muscles,  minimal body fat, and unusual strength.  Mysostatin mutations also influences muscles mass and athletic ability in  animals. o Whippets, a type of dog bred for racing.  Some whippets, known as bully whippets, are homozygous for  a two­base deletion mutation in the myostatin gene.  Mutation changes an mRNA codon for cysteine to stop codon,  so the protein translated from this mRNA is unusually short and nonfunctional. o Bully whippets are not usually raced or bred because their heavily  muscled body doesn’t match the breeders ideal of how a whippet  should look.  The mutant allele is inherited in a pattern of incomplete  dominance, so its effects show up in the heterozygous  individuals.  Whippets heterozygous for the mutation are more likely to win  races than normal whippets. o Variations in the mysotatin gene can affect horses’ success on the  track as well. Section 35.2 Invertebrate Skeletons  Animals move their bodies and body parts  Some differences in animal body form reflect adaptation to movement in  different environments  During part or all animals lives, they are capable of locomotion, which is  self­propelled movement form place to place. o Most animals move on a daily basis to find food and escape from  predators.  Animals use diverse mechanisms of locomotion o They swim, fly, run, walk, or crawl along surfaces, or burrow through  soil and sediments  For every action, there is an equal and opposite reaction o For and animal to move in one direction, it must exert a force in the  opposite direction  More typically, aquatic animals that swim do so by pushing water through  body movement and movements of fins or flippers. o Also move along surface, both underwater and on land, by pushing  against those surfaces.   The effects of friction and gravity increase the amount of energy an animal  must expend to move. o Water produces more friction than air when moving through it. o Aquatic animals that benefit by swimming fast typically have a  streamlines body that reduces the effects of friction  Generally buoyant, so gravity is less of a constraint for them  than it is for land.  Elastic tissue plays a locomotive role in many animals.  An ability to fly evolved independently in insects, birds, mammals, and an  extinct group of reptiles called pterosaurs o Wing shape is the key to flight  Flying, jumping, swimming, and all other forms of locomotion involve  interactions between muscles and a skeleton. o These interactions, as well as the additional functions of the muscular  and skeleton systems, are the focus of the sections that follow How Does the Form of Animals Bodies Reflect Their Mode of Locomotion?   To move, an animal must expend energy to oppose the effects of gravity  and friction. The shape of an animal’s body can help it minimize this energy  cost  Streamlined bodies help aquatic animals reduce and move quickly through  water. Secreted mucus and smooth scales reduce friction in animals that  move along the ground  Elastic tissues that compress and recoil help animals minimize the energy  they use to move  The shape of a wing creates lift that allows flight. Section 35.3 The vertebrate Endoskeleton  Muscles bring about movement by interacting with a skeleton. There are  three types of skeletons. Invertebrate Skeletons  A system of fluid­filled internal chambers makes up the Hydrostatic  skeletons of soft­bodied invertebrates such as sea anemones and worms. o Earthworm’s coelom is divided into many fluid­filled chambers, one  per segment. o Movement occurs when muscles exert force against these chambers. o Two sets of muscles squeeze the chambers to alter the shape of body  segments, much as squeezing a water­filled balloon changes the  balloon’s shape. o Circular muscle rings each earthworm segment; when this muscle  contracts, the segment gets longer and narrower. o Longitudinal muscle runs the length of each segment; when this  muscles contracts the shape of the body segments move the  earthworm through soil.  An exoskeleton is a cuticle, shell, or other hard external body part that  receives the force of a muscle contraction. o Consist of noncellular secreted material, so it can’t grow with the  animal. o Ex, muscles attached to the cuticle of a fly’s thorax alter the shape of  the thorax, causing the attached wings to flap up and down.  The arthropod exoskeleton has the advantage of also protecting the soft body tissues inside it o As an arthropod grows, it must periodically molt its old skeleton and  replace it with a larger one.  Repeatedly producing new exoskeleton uses resources that  could otherwise be used for growth or reproduction.  An endoskeleton is an internal framework of hard parts. o Ex. echinoderms such as sea stars have an endoskeleton made of hard  calcium­rich plates. The Vertebrate Endoskeleton  All vertebrate have an endoskeleton. o In sharks and other cartilaginous fishes, it consist of cartilage, a  rubbery connective tissue. o Other vertebrate skeletons include some cartilage, but consist mostly  of bone tissue.  The term “vertebrate” is a reference to the vertebral column, or backbone, a  feature common to all members of this group. o The backbone supports the body, serves as an attachment point for  muscles, and protects the spinal cord that runs through a canal inside  it  Bony segments called vertebrae make up the backbone.  Intervertebral disks of cartilage between vertebrae act as shock absorbers. o The vertebral column and bones of the head and rib cage constitute  the axial skeleton, the bones that make up the main axis of the body.  The appendicular skeleton consists of bones of the appendages (limbs or  bony fins), and bones that connect the appendages to the axial skeleton (the  pectoral girdle at the shoulders and the pelvic girdle at the hip.)  Vertebrate skeletons have evolved over time. o Ex. Jaws are derived from the gill supports of ancient jawless fishes. o Ex. Bones in the limbs of land vertebrates are homologous those in  the pelvic and pectoral fins of lobe­finned fishes.  The human skull’s flattened cranial bones fit together as s braincase. o Facial bones include cheekbones and other bones around the eyes, the  bone that forms the bridge of the nose, and the bones of the jaw o Ribs and the breastbone, or sternum, form a protective cage around  the heart and lungs  Both make and females have twelve pairs of ribs o The vertebral column extends from the base of the skull to the pelvic  grible.  Backbone has an S shape from the side that keeps our head and  torso centered over our feet when we stand upright. o The scapula (shoulder blade and clavicle (collarbone) are bones of the pectoral girdle.  The clavicle transfers force from the arms to the axial skeleton  the upper arm has a single bone, the humerus   the forearm has two bones, the radius and ulna.  Carpals are bones of the wrist, metacarpals are bones of the  palm, and phalanges are finger bones o The pelvic girdle is a basin­shaped ring that encloses the pelvic cavity  and supports the weight of the upper body when you stand.  It includes bones of the two hips and (at the back) the sacrum  and coccyx (tailbone) o Bones of the leg include the femur (thighbone), patella (kneecap), and the tibia and fibula (bones of the lower leg).  Tarsals are ankle bones of the fingers, those of the toes are  called phalanges. What Type of Skeleton Do Animals Have?  In animals with a hydrostatic skeleton, muscle contractions alter the shape of fluid­filled chambers. In those with an exoskeleton, muscles pull on hard  external parts. In those with an endoskeleton, muscles pull on hard internal  parts.  Vertebrates have an endoskeleton made of cartilage and (in most groups)  bone 35.4 Bone Structure and Function  Bones consist of living cells in a secreted extracellular matrix. Bone Anatomy  The 206 bones of an adult human’s skeleton range in size from middle ear  bones as small as a grain of rice to the massive thighbone, or femur, which  weighs about a kilogram (2 pounds) o The femur and other bones of arms and legs are long bones. o Other bones, such as the ribs, sternum, and most bones of the skull,  are flat bones o Still other bones, such as the carpals in the wrists, are short and  roughly squarish in shape  Each bone is wrapped is a dense connective tissue sheath that has nerves and blood vessels running through it. o Bone tissue consist of bone cells in an extracellular matrix.  Matrix consists mainly of the protein collagen, and is hardened  by calcium and phosphorus ions  There are three main types of bone cells. o Osteoblasts are bone builders; they secrete components of the matrix.  An adult bone has osteoblasts at its surface and it its internal  activities o Osteocytes are former osteoblasts that have become surrounded by the matrix they secreted.  These are the most abundant bone cells in adults o Osteoclasts secrete enzymes that break down the matrix  A long bone such as a femur includes two types of bone tissues, compact  bone and spongy bone. o Compact bone forms the outer layer and shaft of the femur.  Consists of many functional units called osteons, each having  concentric rings of bone tissue, with bone cells in spaces  between the rings.  Nerves and blood vessels run through a canal in the osteon’s  center. o Spongy bone fills the shaft and knobby end of long bones  It is strong yet lightweight; many open spaces riddle its  hardened matrix  The cavities inside a bone contain bone marrow. o Red marrow fills the spaces in spongy bone and is the major site of  blood cell formation o Yellow marrow fills the central cavity of an adult femur and most  other mature long bones.  Consists mainly of fat.  Bone Formation and Remodeling  A cartilage skeleton forms in all vertebrae embryos. o It remains cartilage in sharks and other cartilaginous fishes. o In other vertebrates, osteoblasts move into the embryonic skeleton and convert most of it to bone.  Many bones continue to grow in size until early adulthood. o Even in adults, bone remains a dynamic tissue that the body  continually remodels.  Microscopic fractures caused by normal body movements are repaired. o In response to hormonal signals, osteoclasts dissolve portions of the  matrix, releasing mineral ions into the blood/ o Osteoblasts secrete new matrix to replace that broken down by  osteoclasts.  Bones and teeth contain most of the body’s calcium. o Parathyroid hormone, the main regulator of blood calcium, raises the  concentration of calcium ions in the blood by encouraging the  breakdown of calcium­rich bone matrix. o Other hormones also affect bone turnover. o Growth hormone and sex hormones encourage bone deposition,  whereas cortisol discourages it.  Until an individual is about 24 years old, osteoblasts secrete more matrix  then osteoclasts break down, so bone mass increases. o Bone become denser and stronger. o Later in life, bone mass gradually declines as osteoblasts become less  active Where Bones Meet  A joint is an area of contact or near contact between. o There are three types. o At fibrous joints, dense, fibrous connective tissue holds bones firmly  on place. o Fibrous joints connect of the skull and hold teeth on their sockets in  the jaw.  Pads or disks of cartilage connect bones at cartilaginous joints.  The flexible connection allows just a bit of movement, o Cartilaginous joints connect vertebrae to one another and connect  some ribs to the sternum.  Most joints, including the knees, hips, shoulders, wrists, and ankles, are  synovial joints. o At these joints, the cartilage­covered ends of bones are separated by  small space.  Cords od dense, regular connective tissue called ligaments hold bones of a  synovial joint in place o Some ligaments form a capsule around the joint. o The capsule’s lining secretes a lubricating synovial fluid.  Synovial joints allow a variety of movements. o Ball­and­socket joints at the shoulders and hips provide a wide range  of rotational motion. o At other synovial joints, including some in the wrists and ankles,  bones glide past one another.  Joints at the elbows and knees function like a hinged door; they allow the  bones to move back and forth on one plane only. o In addition to ligaments, the knee is stabilized by wedges of cartilage  called menisci. o A bursa reduces friction between the patella (kneecap) and femur.  Bursa is a fluid­filled sac that reduces friction between parts at  a joint. What is the Structure of Bones and Joints?  A bones is enclosed by sheath of connective tissues and has an inner cavity  containing marrow. Red marrow produces blood cells  Bone tissue consist of bone cells in a secreted extracellular matrix. A bone is continually remodeled by a hormone­regulated process  Joints are areas where bones meet and interact. In the most common type,  synovial joints, the bones are separated by a small fluid­filled space and are  held together by ligaments of fibrous connective tissue Section 35:5 Bone and Joint Health  Bones have a rich blood supply, and are quicker to heal than cartilage, which does not have blood vessels running through it  Osteoporosis is a disorder in which bone loss outpaces formation. o Bones become more porous and more likely to break  Osteoporosis is most common is postmenopausal women because they  produce little of the sex hormones that encourage bone deposition o It also occurs in younger women and in men.  Even healthy bones can break. o When they do, white blood cells move in to clean up any debris. o Additional tiny blood vessels grow into the damages area, then bone  repair gets under way, o As with bone formation, repair begins with cartilage deposition  The cartilage fills the gap created by the break then osteoblasts  move in and replace the cartilage with new bone.  To maintain the health of your bones, ensure that your diet provides  adequate levels of calcium and of vitamin D, which facilitates calcium  absorption from the gut. o Get regular exercise to encourage bone renewal o Avoid smoking and excessive consumption of alcohol or caffeine,  which can slow bone renewal  Joints are frequent sites of injury, o A sprained ankle, the most common joint injury, occur when one or  more of the ligaments holding bones together at the ankle joint  overstretches or tears  The sprain is usually treated immediately with rest, application  of ice, compression with an elastic bandage, and elevation of  the affected area.  After the ankle heals, exercises may help strengthen muscles  that stabilize the joint and prevent future sprains.  A tear of the cruciate ligaments in the knee joint may require surgery. o “cruciate” means cross, and these short ligaments cross one another in the center of the joint.  The cruciate ligaments stabilize the knee, and when they are torn  completely, bones may shift so the knee gives out when a person tries to  stand. o A blow to the lower leg, as often occurs in football, can injure a  cruciate ligament, but so can a fall or misstep.  Another common knee injury is torn meniscus  The meniscus is a C­shaped wedge of cartilage that reduces friction between the bones, cushions them, and helps keep them in place. o Each knee has two menisci.  A minor tear at the edge of the meniscus may heal on its own,  but unlike bone, cartilage does not have a rich blood supply and repairs itself very slowly.  If a bit of meniscus cartilage gets torn off, it can drift about in  the synovial fluid of the joint and end up jammed into a spot  where it interferes with normal function  A dislocation occurs when bones of a joint slip out of place. o It is usually highly painful and required immediate treatment. o The bones must be out into proper position and immobilized for a  time to allow healing.  Arthritis means inflammation of a joint. o Inflammation is the body’s response to an injury o Arthritis inflammation and the associated pain and swelling­becomes  chronic  The most common type of arthritis is osteoarthritis. o It usually appears in older adults, whose cartilage has thinned at a  frequently jarred joint or joints. o Knees and hips are most often affected.  The decrease in rubbery, protective cartilage sets the stage for  damage to bones of the joint. o An injury to a joint, such as a torn meniscus in the knee, increases the  risk of developing osteoarthritis in that joint later o Obesity which increase the load on weight­bearing joints, also raises  the risk.  Rheumatoid arthritis is an autoimmune disorder in which the immune  system mistakenly attacks the fluid­secreting lining of synovial joints  throughout the body. o Can occur at any age o Women are two to three times more likely than men to be affected  Arthritis can be treated with drugs that relieve pain and minimize  inflammation.  o Joints affected by osteoarthritis can also be replaced with artificial, or  prosthetic, joints. o Knee and hip replacements are now common and allow a person to  resume normal activities. What Damages Bones and Joints?  Diet, hormone levels, and other factors affect bone strength. If bones break,  new bone is laid down to repair the break  Shift in bone position or repeated stress can injure joints. The cartilage of  joints is very slow to heal  Arthritis is chronic inflammation of a joint. Section 35:6 The Muscle­Bone Partnership  Skeletal muscles exert their effects by pulling  Vertebrate skeletal muscles are sometimes referred to as voluntary muscles  because they function mainly in intentional movement. o Skeletal muscles also participate in reflexes such as stretch reflex. o Skeletal muscle plays a role in thermoregulation because muscle  activity releases heat.  A sheath of dense connective tissue encloses each vertebrate skeletal muscle  and extends beyond it to form a cordlike or straplike tendon. o Tendons attach each end of muscle to different bone. o Typically ,one end of a muscle attaches to a bone that remains fixed in place, and the other to a bone that is moved by the muscle’s  contraction. o Ex. The biceps muscle in the upper arm; at the end of this muscle, two tendons attach it to the scapula (shoulder blade).  At the opposite end of the muscle, a tendon attaches it to the  radius, a bone and the forearm.  When the biceps contracts (shortens), the elbow bends and the forearm is  pulled toward the shoulder.  Although the biceps shortens only about a centimeter when it contracts, the  forearm moves through a much greater distance. o The elbow and many other joints function like a lever, a mechanism in which a rigid structure pivots about a fixed point (the bones are the  rigid structures and the joints are the fixed points.) o Use of a lever allows a small force, such as that exerted by a  contracting biceps, to overcome a larger one, such as the gravitational  force acting on the forearm.  Muscles can pull but can’t push. o To achieve the greatest range of motion, muscles work in opposition:  motion generated by contraction of one muscle reversed by  contraction of another.  skeletal muscles pull on bones, but some tug on other tissues. o Some skeletal muscle pull facial skin to bring about changes in  expression.  Others attach to and move the eyeball, or open and close eyelids. o Skeletal muscle also composes some sphincters. o A sphincter is a ring of muscle in a tubular organ or at a body  opening.  The sphincter of skeletal muscle that encircles the urethra (the  tube through which urine exits the body) allows voluntary  control of urination.  Another at the anus allows control over defecation.  Some animals have boneless muscular organs capable of making complex  movements.  o The mammalian tongue is an example.  Some tongue muscles have one end attached to the floor of the  mouth and one free end.  Others are located entirely within the tongues and have no bony attachment at all  They help alter the shape of the tongue by exerting  pressure on one another and on connective tissue within  the tongue. o An elephant’s trunk is an example of a boneless  muscular organ.  What Are the Functions of Skeletal Muscle?  Most skeletal muscles pull on and move bones. Others pull on skin to alter  facial expressions. Rings of skeletal muscle form sphincters that are under  voluntary control. Section 35:7 How Muscles Contracts  Atp­fueled movements of protein filaments inside a muscle fiber result in  muscle contraction. Structure of Skeletal Muscle  Properties of skeletal muscle arise from the structure and arrangement of its  component fibers. o A muscle is enclosed within a sheath of connective tissue 1 o This tissue extends beyond the muscle as a tendon  Additional connective tissue encloses each bundle of muscle  fibers within the musclce 2 o Each skeletal muscle fiber is a roughly cylindrical cell that runs the  3 length of the muscle and parallels its long axis  A skeletal muscle fiber forms before birth by the fusion of many embryonic  cells, so it contains many nuclei, which are positioned at its outer edges o Also contains mitochondria that supply the ATP to necessary for  muscle contraction.  The bulk of the muscle fiber’s interior is filled with thousands of threadlike  4 structures called myofibrils. o Each myofibril consists of many identical contractile units, called  sarcomeres, attached end to end.  Each end of a sarcomere is delineated by a Z line, a mesh of  cytoskeletal elements that attach the sarcomere to its neighbors.  The Z stands for zwischem, the german word for  “between” and refers to the fact that a sarcomere is the  region between two Z lines 5  Between a sarcomere’s Z lines and perpendicular to them is an array of  alternating thin and thick filaments o Thin filaments attach to the Z line and extend inward the center of the  sarcomere.  These filaments consist mainly of the protein actin. 6 o Thick filaments reside at the center of the sarcomere, where they are  flanked by the free ends of the thin filaments  Consist of myosin, a motor protein with a clublike head and a  long tail.7  The myosin head has enzymatic activity; it can bind ATP and  break it into ADP and phosphate,  Can also bind to the actin of thin filaments  Muscle fibers, myofibrils, thin filaments, and thick filaments all run parallel  with a muscle’s long axis. o All sarcomeres in all fibers of a skeletal muscle pull in the same  direction­they work together.  Skeletal muscle and cardiac muscle appear striated are aligned. o Smooth muscle fibers have sarcomere, because the sarcomeres are not aligned, smooth muscle does not have a striped appearance. The Sliding­Filament Model  The sliding­filament model explains how interactions between thick and thin filaments bring about muscle contraction. o Neither actin nor myosin filaments change length, and the myosin  filament do not change position.  Instead, myosin heads bind to actin filaments and slide them toward the  center of a sarcomere. o As the actin filaments are pulled inward, the ends of the sarcomere are drawn closer together, and the sarcomere shortens   In a relaxed sarcomere, sites where myosin could bind actin are blocked. o The myosin heads of thick filaments have bound ATP molecules and  are in a low­energy conformation. 1 o Removing a phosphate group (pi) from a bound Atp energizes a  myosin head in a manner analogous to stretching a spring  2 o The myosin head remains in this high­energy conformation, with  bound ADP and phosphate, until a signal from the nervous system  excites the muscle (a process we consider in the next section)  When this signal arrives, the myosin head releases its bound  phosphate group and attaches to actin.  This attachment constitutes a cross­bridge between the thin and  thick filaments 3 o Attachment is followed by the power troke 4  Like a stretched spring returning to its original shape, the  myosin head snaps back toward the sarcomere center.  As the myosin head moves inward, it pulls the attached thin  filament along with it  During the power stroke, a myosin head releases bound ADP. o Afterward, the head can bind to a new molecule of ATP and return to  its low­energy confomation 5 o In the process, the myosin head releases its grip on actin. And the  cross­bridge is lost.  Loss if one cross­bridge does not allow a thin filament to slip  backward because other cross­bridges hold it in place.  During a contraction, many myosin heads repeatedly bind,  move, and release an adjacent thin filament. How Does a Muscle Contract?  Sarcomeres are lined up end in myofibrils that run parallel with muscle  fibers these fibers, in turn, run parallel with the whole muscle. The parallel  orientation of skeletal muscle components focuses a muscle contractile force in a particular direction  ATP­driven interactions between myosin (thick and actin (thin) filaments  shorten sarcomeres of a muscle cell.  During muscle contraction, the length of actin and myosin filaments does  not change, and the myosin filaments do not change position. Sarcomeres  shorten because myosin filaments pull neighboring actin filaments inward  toward the center of the sarcomere. Section 35:8 Nervous Control of Muscle Contraction  Like neurons, muscle cells are excitable. Action potentials in muscle cells  trigger calcium trigger calcium ion release that allows contraction. Nervous Control of Contraction  Most commands for voluntary movement originate in the portion of the  cerebral cortex known as the primary motor cortex. o Signals from this brain region travel to and excite a motor neuron,  which has its cell body in the spinal cord. 1 o As you know, the axon of a motor neuron extends to a skeletal muscle 2 and synapses with it at a neuromuscular junction  Arrival of an action potential at this junction triggers the release of the  neurotransmitter acetylcholine (Ach)  Like a neuron, a muscle fiber is excitable, meaning it is capable of  undergoing an action potential. o Ach released at a neuromuscular junction binds to receptors in the  muscle fiber’s plasma membrane o The binding triggers an action potential that travels along the plasma  membrane, then down membranous extension called T tubules.  T tubules convey the action potential to the sarcoplasmic  reticulum, a specialized smooth endoplasmic reticulum that  wraps around myofibrils and stores calcium ions  3  Arrival of an action potential opens voltage­gated channels in  the sarcoplasmic reticulum, allowing calcium ions to follow  their gradient and flood out of the organelle.  The flow of ion raises the calcium concentration around  the myofibrils.  The increase in calcium ion concentration allows actin and myosin filaments to interact by altering the configuration of two proteins: tropomyosin and  troponin. o These proteins are, along with actin, components of thin filaments  Tropomyosin is a fibrous protein: it forms long polymers that wrap around  the actin of a thin filament o Globular molecules of troponin bind to each tropomyosin polymer at  intervals along its length  When a muscle is at rest, tropomyosin polymers block the myosin­binding  sites on actin, so actin and myosin cannot interact. o With muscle excitation, binding of calcium ions to troponin causes  this protein to change its shape and pull the attached tropomyosin  away from actin’s myosin­binding sites. o With these binding sites cleared, actin can bind myosin. o After contraction, active transport proteins pump the calcium ions  back into the sarcoplasmic reticulum. Motor Units and Muscle Tension  A motor neuron has many axon endings that synapse on different fibers in a  muscle. o One motor neuron and all of the muscle fiber it synapses with  constitute a motor unit. o Stimulate a motor neuron, and all the muscle fibers on which it  synapses will contract simultaneously.   The motor neuron cannot make only some of the fibers it  controls contract  The mechanical force generated by a contracting muscle­the muscle tension­ depends on the number of muscle fibers contracting.  o Some functions require more muscle tension than others, so the  number of muscle fibers controlled by a single motor neuron varies.  o In motor units that bring about small, fine movements such as those  that control eye muscles, one motor neuron synapses with about 5  muscle fibers. o By contrast, the biceps of the arm has about 700 muscle fibers per  motor unit.   Having many fibers contract as once increases the force a motor unit generates Disrupted Control of Skeletal Muscle  Disrupted of motor neuron signaling impairs muscle function. o Consider what happens if Clostridium tetani bacteria colonize a  wound.  Toxin released by the bacteria prevents the release of GABA, a  neurotransmitter that normally inhibits motor neuron signaling.  As a result, nothing dampens signals calling for muscle  contraction, and symptoms of the disease known as  tetanus appear.  The fists and jaw clench; hence the common name for the disease, lockjaw.  The backbone may become locked in an abnormal arch.  Untreated tetanus can be fatal  Vaccines have essentially eliminated the disease in the  u.s , but the annual global death toll is over 200,000  Another Clostridium species, C. botulinum, makes botulinum toxin. o This toxin prevents motor neurons from releasing Ach, so it inhibits  muscle contraction. o Controlled doses of botulinum toxin are used in some cosmetic  procedures.  “botox” is injected into specific facial muscles to inhibit  contractions that result in wrinkles o Polio is an infectious disease in which a virus infects and destroys  motor neurons.  Effects range from temporay paralysis, to permanent paralysis,  to death.  Polio survivors are at risk for postpolio syndrome, a disorder  characterized by muscle fatigue and progressive muscle  weakness.  Thanks the vaccines, no new cases of polio have arisen in the  united states since 1970 , but sporadic outbreaks continue in  developing countries.  Motor neurons are also destroyed in amyotrophic lateral sclerosis (ALS) o Als is sometimes called Lou Gehrig’s disease this famous baseball  player died of ALS in the 1030s. o Affected people usually die of respiratory failure within a few years of diagnosis, but there are exceptions. o Physicist Stephen Hawking has survived more than 40 years since his  diagnosis.  Cause of ALS is unknown How Do Nervous Signals Cause Muscle Contraction?  A skeletal muscle contracts in response to a signal from a motor neuron.  Release of Ach at a neuromuscular junction causes an action potential in the  muscle cell,  An action potential results in release of calcium ions, which affect proteins  attached to actin. Resulting changes in the shape and location of these  proteins open the myosinbinding sites on actin, allowing crossbridge  formation. Section 35:9 Muscle Metabolism  Muscle contraction requires ATP, which can be supplied by a variety of  energy­releasing pathways. Energy­Releasing Pathways  Muscle contraction requires Atp, but muscle fibers store only a limited  amount of it. o The fiber has a larger store of creatine phosphate, which can transfer a phosphate to ADP and form ATP. 1 o Such phosphate transfers can fuel muscle contraction until other  pathways increase ATP output. o Some athletes take creatine supplements to increase the amount of  creatine phosphate stored in muscle. o Research suggests that creatine supplements can enhance performance of tasks that require a quick burst of energy.  They have no effect on endurance, and the side effects of using  such supplements are not fully known.  Aerobic respiration  produces most of the ATP used by skeletal muscle  during prolonged, moderate activity. o Glucose derived from stored glycogen fuels 5­10 minutes of activity,  then the muscle fibers rely on glucose and fatty acids delivered by the  blood. o Fatty acids are the main fuel for activities that last more than half an  hour  Lactate fermentation is a muscle’s third source of energy 3 o Some pyruvate is converted to lactate by the fermentation pathway  produces less ATP than aerobic respiration, but has the advantage of  operating even when the oxygen level is a muscle is low, as during  strenuous exercise. Types of Muscle Fibers  The primary mechanism of ATP production varies among muscle fibers. o Red fibers have many mitochondria and make ATP mainly by aerobic respiration. o They are colored red by myoglobin, a protein that, like hemoglobin,  reversibly binds oxygen. o When the blood’s oxygen level is high, the gas diffuses into muscle  and binds to myoglobin releases oxygen for use in aerobic respiration,  White muscle fibers have no myoglobin and few mitochondria.  These fibers make ATP mainly by lactate fermentation.  Muscles fibers can also be subdivided into fast fibers or slow fibers  depending on the speed with which their myosin converts ATP to ADP. o All white fibers are fast fibers o They contract rapidly but do not produce sustained contractions  The muscles that move your eye consist mainly of white fibers.  Red fibers can be either fast or slow.  Fast red fibers predominate in the human triceps muscle,  which must often react quickly  Muscles involved in maintaining an upright posture, such as those in the back, consist mainly of slow red fibers  For any given muscle, the relative proportions of fiber types vary among  species and reflect the pattern of muscle usage. o Limb muscles of cheetahs, which are renowned for their sprinting  ability, contain a large proportion of white fibers. o By contrast, limb muscles of stealthy, slow­moving lorises have  mostly slow red fibers.  Similarly, among human athletes, successful sprinters tend to  have a higher­thanaverage percentage of fast, white fibers in  their leg muscles whereas marathoners tend to have a high  percentage of slow, red fibers. Effects of Exercise and Inactivity  Engaging in aerobic exercise­low intensity, but long duration­makes skeletal muscles more resistant to fatigue. o It increases a muscle’s blood supply by boosting growth of new  capillaries, increases the number of mitochondria and amount of  myoglobin in existing red muscle fibers, and encourages conversion  of white fibers to red ones.  Engaging in resistance exercise, such as weight lifting,  encourage synthesis of additional actin and myosin filaments.  The resulting increase in muscle mass allows for stronger  contractions  On the other hand, prolonged sitting can be a hazard to your health o When you sit, your leg muscles decrease their production of  lipoprotein lipase. (LPL), and enzyme that facilitates uptake of fatty  acids and triglycerides from the blood. o Decreased LPL activity raises the amount of lipids in the blood­thus  increasing risk of cardiovascular disease and diabetes  There is increasing evidence that the health risks associated with prolonged  muscle inactivity persist even if a person also gets regular exercise. o Exercise for an hour each morning, although it improves your health  on many respects, does not cancel out the negative metabolic effects  of sitting in place for hours later in the day  The best way to prevent health problems associated with a low LPL  concentration is to avoid sitting for long intervals. o When you must sit to carry out a task, take periodic short breaks to  stand or walk around.  o Any activity that requires your leg muscles to support your weight  leads to increase production of LPL. What Factors Affect Muscle Metabolism?  Muscle contraction requires ATP. When excited muscle first uses stored  ATP, then transfers phosphate from creatine phosphate to ADP to form  ATP. With prolonged exercise, aerobic respiration and lactate fermentation  provide the ATP  Exercise increases blood flow to muscles, the number of mitochondria,  production of actin and myosin and the muscle’s ability to take up lipids  from the blood for use as an energy source.  


Buy Material

Are you sure you want to buy this material for

25 Karma

Buy Material

BOOM! Enjoy Your Free Notes!

We've added these Notes to your profile, click here to view them now.


You're already Subscribed!

Looks like you've already subscribed to StudySoup, you won't need to purchase another subscription to get this material. To access this material simply click 'View Full Document'

Why people love StudySoup

Steve Martinelli UC Los Angeles

"There's no way I would have passed my Organic Chemistry class this semester without the notes and study guides I got from StudySoup."

Amaris Trozzo George Washington University

"I made $350 in just two days after posting my first study guide."

Steve Martinelli UC Los Angeles

"There's no way I would have passed my Organic Chemistry class this semester without the notes and study guides I got from StudySoup."


"Their 'Elite Notetakers' are making over $1,200/month in sales by creating high quality content that helps their classmates in a time of need."

Become an Elite Notetaker and start selling your notes online!

Refund Policy


All subscriptions to StudySoup are paid in full at the time of subscribing. To change your credit card information or to cancel your subscription, go to "Edit Settings". All credit card information will be available there. If you should decide to cancel your subscription, it will continue to be valid until the next payment period, as all payments for the current period were made in advance. For special circumstances, please email


StudySoup has more than 1 million course-specific study resources to help students study smarter. If you’re having trouble finding what you’re looking for, our customer support team can help you find what you need! Feel free to contact them here:

Recurring Subscriptions: If you have canceled your recurring subscription on the day of renewal and have not downloaded any documents, you may request a refund by submitting an email to

Satisfaction Guarantee: If you’re not satisfied with your subscription, you can contact us for further help. Contact must be made within 3 business days of your subscription purchase and your refund request will be subject for review.

Please Note: Refunds can never be provided more than 30 days after the initial purchase date regardless of your activity on the site.