筋肉収縮に関わる細胞・分子レベルのイベント

筋肉収縮の細胞・分子レベルのイベント

筋肉収縮は、筋細胞内の多数のタンパク質が協調して働く複雑なプロセスです。主にアクチンとミオシンがサルコメアと呼ばれる単位で規則的に配列し、以下の一連のイベントを通じて収縮が進行します。

活動電位が筋細胞に伝わると、筋小胞体（サルコプラズミックレティキュラム）からカルシウムイオンが放出されます。

増加した細胞内カルシウム濃度により、トロポニンという薄フィラメント上のタンパク質にカルシウムが結合します。これによりトロポニンの立体構造が変化し、アクチン上の結合部位が露出します。

構造変化したトロポニンが露出させた部位に、ミオシン分子の球状領域（ミオシン頭部）が結合し、薄フィラメントと厚フィラメントの間にクロスブリッジが形成されます。

ミオシン頭部がアクチンに結合した後、構造が再変化して薄フィラメントをサルコメア中心方向へ引き寄せます。この動きがパワーストロークと呼ばれ、収縮力を生み出します。

パワーストローク後、ATP加水分解産物であるADP と Pi がミオシン頭部から離れ、次のサイクルに備えます。

新たに結合したATP がミオシン頭部に結合すると、ミオシンはアクチンから離脱し、再びリセットされます。

活動電位が終わると、カルシウムポンプがカルシウムイオンを筋小胞体へ戻し、細胞内カルシウム濃度が低下します。トロポニンは元の構造に戻り、アクチン上の結合部位が遮蔽されるため、ミオシンは結合できず、薄フィラメントは元の位置に戻り筋肉は弛緩します。

これらのイベントは極めて高速で繰り返され、筋肉は連続的に力を発生させ、動きを実現します。