肌细胞收缩的基本机制是滑行理论。当神经信号到达肌肉时,会引发一系列生理反应,导致肌纤维内的钙离子浓度升高。钙离子与肌纤蛋白上的调节位点结合后,暴露了肌动蛋白丝上的活性位点。此时,位于肌球蛋白丝上的横桥(即肌球蛋白的头部)能够与这些活性位点相结合,并且通过分解ATP释放能量来改变自身构象,从而拉动肌动蛋白丝向肌节中心滑行,造成肌肉收缩。
这个过程可以分为几个步骤:
1. 兴奋-收缩耦联:神经冲动传至终板膜,引起终板电位变化,进而触发肌浆网释放钙离子。
2. 横桥形成:钙离子与肌钙蛋白结合后,使细丝上的肌动蛋白活性位点暴露出来,允许横桥与之结合。
3. 功能性牵拉:横桥在ATP酶的作用下水解ATP产生能量,并利用这部分能量改变其构象,将细丝向粗丝方向拖动。
4. 肌肉收缩:由于所有横桥都朝同一方向移动,因此整个肌节长度缩短,形成肌肉的宏观收缩。
当神经冲动停止时,细胞内的钙离子会被重新泵回肌浆网内,导致钙浓度下降。随着钙离子浓度的降低,肌钙蛋白与钙离子分离,细丝恢复原始状态,横桥脱离肌动蛋白丝,肌肉逐渐放松回到初始长度。