筋肉を動かすのは何か？

筋肉収縮とは

筋肉収縮は、筋肉が力と動きを生み出す過程です。筋繊維が短縮し、腱を介して骨を引っ張ります。分子レベルでのメカニズムは「スライディングフィラメント理論」で説明されます。

この理論では、細いフィラメント（アクチン）が太いフィラメント（ミオシン）を滑ることで収縮が起こります。エネルギーはATPの加水分解によって供給されます。

安静時、アクチンとミオシンは部分的に重なりますが、結合は起きていません。

神経からの信号で筋細胞膜に活動電位が走り、筋繊維へと伝わります。

活動電位により、筋小胞体（SR）からカルシウムイオンが放出され、アクチン上の受容体に結合し、ミオシン結合部位が露出します。

露出した結合部位にミオシン頭部が結合し、交差橋（クロスブリッジ）を形成します。

ミオシン頭部のATPaseがATPをADPと無機リン酸（Pi）に分解し、エネルギーが放出されて構造変化が起こります。この「パワーストローク」でアクチンがサルコメア中心へ引っ張られます。

ミオシン頭部が連続的にパワーストロークを繰り返すことで、アクチンはミオシンの上を滑り、筋繊維が短縮します。ATPとカルシウムが供給され続ける限り、この動きは続きます。

多数のクロスブリッジと高頻度のパワーストロークにより、全体として筋肉が収縮し、力が発生します。

活動電位が止まると、カルシウムイオンは再びSRへ汲み上げられ、ミオシン頭部はアクチンから離れます。これにより筋繊維は元の長さに戻り、弛緩します。

スライディングフィラメント理論は、アクチンとミオシンの相互作用とATP加水分解が筋肉の動きを生み出す仕組みを詳細に示しています。