横桥循环是肌肉收缩过程中的一个关键机制,它描述了肌动蛋白和肌球蛋白之间的相互作用。在这个过程中,肌球蛋白头部(也称为横桥)与肌动蛋白丝结合,形成交叉桥,并通过一系列的化学反应和构象变化产生力并导致肌丝滑行,最终实现肌肉收缩。
1. ATP 结合:在肌肉放松时,肌球蛋白头上的ATP酶活性位点是空闲的。当ATP分子与这个位置结合后,会促使肌球蛋白头部从肌动蛋白上解离下来。
2. 水解释放能量:随后,ATP被水解成ADP和无机磷酸(Pi),释放出的能量使肌球蛋白头发生构象变化,进入“高能态”准备状态。
3. 与肌动蛋白结合:处于高能态的肌球蛋白头部寻找并结合到肌动蛋白丝上,形成横桥。此时,肌球蛋白头和肌动蛋白之间的化学键储存了能量。
4. 功力冲程:当肌球蛋白头与肌动蛋白牢固地连接在一起时,会发生构象变化(即“功力冲程”),将存储的能量转化为机械能,推动肌球蛋白沿着肌动蛋白丝滑动。这一步骤导致粗细肌丝之间的相对位移,也就是肌肉的缩短。
5. ADP 和 Pi 释放:随着横桥弯曲完成力量产生动作后,ADP和Pi从肌球蛋白头部上脱落,使它回到原始状态但仍然与肌动蛋白结合。
6. 新一轮循环开始:新的ATP分子再次与肌球蛋白头部上的空位点结合,重复上述过程。这个循环不断进行直到肌肉收到停止信号为止。
通过这样的横桥循环机制,肌肉能够持续地产生力量并实现收缩。