横紋筋はどのように収縮するか

横紋筋（骨格筋）は、アクチンとミオシンという細いフィラメントが相互作用することで収縮します。このプロセスは、神経からの刺激で筋細胞内のカルシウムイオンが放出されることから始まります。以下に、横紋筋が収縮する一連の流れをステップごとに解説します。

1. 神経インパルス

神経インパルスが筋線維に到達すると、アセチルコリンという神経伝達物質がシナプス間隙に放出されます。アセチルコリンは筋細胞膜上の受容体に結合し、活動電位を発生させます。

発生した活動電位は筋細胞膜を走り、横管（Tチューブ）と呼ばれる膜の陥凹部へと伝わります。

Tチューブはカルシウムを蓄えている筋小胞体（サルコプラズミックレティキュラム）と密接に連絡しています。活動電位によりサルコプラズミックレティキュラムのカルシウムチャネルが開き、カルシウムイオンが筋小胞体からサルコメアへと流れ込みます。

サルコメア内でカルシウムイオンはトロポニンに結合し、トロポニン‑トロポミオシン複合体の構造が変化してアクチンフィラメント上の結合部位が露出します。

ミオシンは二つの球状頭部を持ち、ATP を加水分解してエネルギーを得ます。カルシウムがトロポニンに結合した状態で、ミオシン頭部は露出したアクチンの結合部位に結合できます。

ミオシン頭部がアクチンに結合したまま構造変化を起こし、ピボットしてアクチンフィラメントをサルコメアの中心方向へ引っ張ります。これが「パワーストローク」で、サルコメアが短縮します。

パワーストロークによりミオシンとアクチンの間にクロスブリッジが形成されます。カルシウムと ATP が供給され続ける限り、ミオシン頭部は結合・パワーストローク・離脱を繰り返し、フィラメントが互いに滑り合いながらサルコメアを短くします。

神経インパルスが止まり、サルコメア内のカルシウム濃度が低下すると、カルシウムイオンは再びサルコプラズミックレティキュラムへポンプで戻されます。トロポニン‑トロポミオシン複合体は元の構造に戻り、ミオシンの結合部位が隠れます。ミオシン頭部はアクチンから離脱し、サルコメアは弛緩します。

このサイクルを何度も繰り返すことで、横紋筋は収縮と弛緩を繰り返し、さまざまな身体活動や意図的な動きを実現します。