动作电位引发肌纤维收缩的过程可以分为以下几个步骤:
首先,当神经冲动(即动作电位)到达运动神经末梢时,会导致神经末端的钙离子通道开放,使得细胞外的钙离子进入神经末梢。这增加了神经末梢内部的钙离子浓度。
随着钙离子浓度的升高,会促进神经递质——乙酰胆碱的释放。这些乙酰胆碱穿过突触间隙,与肌纤维膜上的受体结合,导致肌纤维膜产生动作电位。
肌纤维膜的动作电位迅速向肌肉细胞内的肌浆网传播,这里也被称为纵行内质网。当动作电位到达肌浆网时,会触发肌浆网释放储存的钙离子进入肌浆中(即肌肉细胞内部)。
随着肌浆中的钙离子浓度升高,这些钙离子与肌纤维中的肌钙蛋白结合,导致肌钙蛋白构象变化。这种变化使得肌动蛋白上的活性位点暴露出来,从而允许肌球蛋白头与其结合。
一旦肌球蛋白头和肌动蛋白相互作用,就会发生滑行现象:肌球蛋白利用ATP提供的能量向肌纤维的中心移动,拉动细肌丝沿着粗肌丝滑动。这个过程导致肌肉缩短,即肌纤维收缩。
当神经冲动停止后,钙离子会被泵回肌浆网内,其浓度降低,从而解除对肌钙蛋白的影响,使肌动蛋白上的活性位点再次被覆盖,肌球蛋白头与肌动蛋白分离,肌肉进入舒张状态。