骨骼肌的兴奋与收缩：兴奋-收缩耦联

兴奋-收缩耦联（Excitation-contraction coupling）是指连接肌纤维的兴奋和收缩的中介过程。它包括三个步骤：电兴奋通过横管系统传到肌细胞的深处；三联管结构处的信息传递；肌浆网（即纵管系统）对Ca²⁺释放和再聚积，及其导致的肌肉收缩和舒张（右图）。

（一） 兴奋传递引起终池Ca²⁺释放

由于横管膜是肌细胞膜的延续，肌细胞膜的AP可沿凹入细胞内部的横管膜传导，直至深入到三联管结构即每个肌小节的近旁。在三联管结构处信息是如何由横管传递给终池的，目前仍不十分清楚，有学说认为，横管膜上存在一种特殊的蛋白质，正对着旁边终池膜上的Ca²⁺通道，起机械堵塞作用。当横管膜发生去极化，该蛋白质构象改变，不再堵住Ca²⁺通道而使其开放，于是终池内的Ca²⁺被大量释放到肌浆中。安静时肌浆中Ca²⁺浓度维持在很低的水平 （10^-7mol/L），发生兴奋收缩耦联后，肌浆Ca²⁺浓度可增高100倍之多。

（二） 进入肌浆中的Ca²⁺触发肌丝的滑行

进入肌浆中的高浓度Ca²⁺与细肌丝上的肌钙蛋白结合，引起细肌丝构象改变，暴露出其上的横桥结合位点，粗肌丝上的横桥与之结合，并发生扭动、解离和再结合、再扭动的循环过程，拉动细肌丝不断向粗肌丝间隙中滑动，使肌小节缩短，肌肉产生收缩（下图）。 由于Ca²⁺的作用使每一肌小节中细肌丝向粗肌丝的间隙中滑行，使粗细肌丝重叠程度增加，肌小节缩短肌肉收缩，这就是肌丝滑行理论。

1.肌丝的分子组成及横桥的作用

一条粗肌丝是由200~300个肌凝蛋白分子有规则地排列而成。每个肌凝蛋白分子呈长杆状一端具有球形膨大部。杆状部朝M线聚合成束，形成粗肌丝的主干，球状部有规则地裸露在主干的表面，并与主干方向垂直，称为横桥（cross bridge）。横桥在粗肌丝表面的分布非常规则，在每42.9nm长的粗肌丝上有六个横桥存在，它们两两相对，组成三组，平均排列在粗肌丝上，相邻两个横桥间有60°的夹角。这六个横桥的空间位置正好对应环绕粗肌丝的六条细肌丝，当有Ca²⁺作用时，横桥可与细肌丝上的特定位点结合。细肌丝由三种蛋白质分子组成，其主干由球状的肌纤蛋白单体聚合为双螺旋结构而成。原肌凝蛋白也呈双螺旋结构，与肌纤蛋白双螺旋并行，其空间位置恰好在肌纤蛋白和横桥之间，从而阻碍二者的结合。还有一种球形的蛋白质称为肌钙蛋白，以一定的间隔结合在原肌凝蛋白双螺旋上。肌钙蛋白含有三个亚单位，C亚单位中有一些双负电结合位点，因而可结合Ca²⁺；T亚单位负责将肌钙蛋白分子结合在原肌凝蛋白上；I亚单位的作用是在C亚单位与Ca²⁺结合后， 将信息传递给原肌凝蛋白并使其构象改变，解除其对肌纤蛋白和横桥结合的阻碍作用。 肌纤蛋白和组成粗肌丝的肌凝蛋白都被称为收缩蛋白质，而组成细肌丝的另外两种蛋白质：原肌凝蛋白和肌钙蛋白被称为调节蛋白质。

2． 肌纤维的收缩

Ca²⁺与肌钙蛋白C亚单位结合，I亚单位促使原肌凝蛋白构象改变，暴露出肌纤蛋白上的横桥结合位点。由于横桥本身具有ATP酶的活性，可分解与其相结合的ATP释放能量，用于横桥与肌纤蛋白的结合、扭动。当另一个ATP与横桥结合时，它与肌纤蛋白解离而去结合下一个位点，如此循环牵动细肌丝向粗肌丝间隙滑行，使肌小节的长度不断缩短。可见，Ca²⁺是连接兴奋和机械收缩的重要环节。

（三） 钙泵的活动导致肌纤维的舒张

肌浆网膜上的钙泵是一种Ca²⁺-Mg²⁺依赖的ATP酶。当肌浆中的Ca²⁺浓度升高时，钙泵被激活，通过分解ATP获得能量，将Ca²⁺逆浓度梯度转运回肌浆网中。肌浆中Ca²⁺浓度随之降低，Ca²⁺从肌钙蛋白上解离下来，引起肌纤维的舒张。