肌肉收缩

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我知道当你看到我的时候，你脑海中浮现的第一件事就是holly cow看看他的肌肉。它们令人叹为观止。我知道。虽然这是真的，但让它们如此令人敬畏的不仅仅是令人难以置信的定义。这是收缩的能力，这是由于一些奇怪的分子事件。

肌肉收缩长期以来一直吸引着科学家们。我的意思是，滑动细丝理论是作为一种解释肌肉如何缩短和产生力量的方法而出现的，它是第一个在生理学上得到支持而未得到解释的分子事件的详细描述之一。

正因为如此，它成为了他们在考试中会问到的经典问题之一。我在大学预修课程的生物论文部分见过不止一次。首先，你需要了解一些基本术语，这些术语是用来指代肌肉细胞的不同部分的。一旦你理解了这个，我们就来看看什么是肌节，肌细胞的基本收缩单位。然后用一般的滑动丝理论来描述。

然后，在你的大背景下，我们来看看肌肉收缩中的分子事件是什么。

我那不可思议的肌肉是骨骼肌的一个例子。人体内有三种肌肉，骨骼肌，位于骨骼下面。心肌细胞或心肌组织是心脏的壁。然后是平滑肌，或者叫做内脏肌。它们排列在你的肠子上，或者组成你眼睛的肌肉，在虹膜中，它们至少可以打开或关闭，调节光线进入。

一般来说，当人们谈论肌肉时，他们实际上指的是骨骼肌。我们来讨论一下骨骼肌细胞的结构。由于愚蠢的历史原因，它也被称为骨骼肌纤维。

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骨骼肌肉，肌肉细胞可以伸展。它们几乎可以拉长整个肌肉。它们真的很长。正因如此，这就要求它们有大量的细胞核，既要确保适当的控制，又要制造骨骼肌纤维中的所有蛋白质。

让我们快速浏览一下这个YouTube视频。我们要把它做大。这是骨骼肌。所以接下来会发生的是，骨骼肌是由这些束组成的叫做肌束。每一个都是大量的肌肉细胞。让我们暂停一下。

你看到外层了吗？外层是骨骼肌细胞的质膜或细胞膜。因为，同样愚蠢的历史原因，它被赋予了自己的特殊名称。这叫做肌膜。Sarco是一个表示肉的词根，因为人们首先对肉进行解剖，这就是为什么他们开始使用sarcola。肌膜是一种特殊的膜。它类似于神经细胞或神经元的膜。因为它可以沿着膜的长度发送信号，所以它可以发送特殊类型的神经信号，称为动作电位。

我们将继续我们将剥离肌膜。在它下面，我们看到了所有其他的结构。让我们暂停一下。

这里我们仍然可以看到肌膜。这些标记为横小管的东西，这些是连接它们实际上是肌膜的一部分。他们已经被收起来了。记得我说过肌膜可以发送非常快的信号。这些信号必须沿着膜传播。为了保证膜信号，动作电位能深入细胞内部。所以整个细胞同时收缩。这就是为什么有这些横小管。T代表横向。

缠绕在横小管周围的，是修饰过的内质网囊也就是肌浆网。

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能猜出肌细胞的细胞质是什么。无论如何，肌浆网是内质网的特殊部分，就像我说的储存钙。当一个动作电位沿着横小管快速移动时，就会触发sr的钙离子释放sr是肌浆网的简称它深入到这些束中。

这里的这些束是聚集在一起的所有蛋白质，称为烟酸和肌动蛋白，它们被称为肌原纤维。Myo是另一个表示肌肉的词根，如果一个大的肌肉细胞被称为纤维，一个像肌肉细胞的小束，但它不是。它被称为纤维，意思是小纤维。

因此，肌原纤维构成了收缩的蛋白质引擎。每一个都有肌浆网包裹在其周围，并有横小管将其连接到肌膜。这允许首次通信。这就是骨骼肌纤维的结构。

现在我们已经讨论了骨骼肌纤维的结构，如果你放大其中一个肌原纤维，你会开始看到它们形成了这些条带。这些带状图案称为条纹。这是使骨骼肌细胞和心肌细胞看起来不同于平滑肌细胞的原因之一。当科学家们第一次研究骨骼肌细胞时他们开始注意到这种条痕是有规律的。他们称这种模式为肌节。

让我们来看看什么是肌节。我们来看看这个非常酷的YouTube视频。你们应该记得我们在这里暂停过。让我们继续，当我们把一个肌原纤维挤出来的时候。如果我们现在暂停，让我们看看这个。这里我们可以看到这种重复的模式，首尾相连。以及整个肌原纤维。

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就像我之前说的，整个肌肉本身是由数百个，甚至数千个肌节组成的。这里我们可以看到一个肌节的中间。这就是所谓的M线结构。它是一组连接在一起的蛋白质，这些蓝色的东西叫做肌原纤维。这里的蓝色是特殊的肌凝蛋白。红色的叫做肌动蛋白。肌动蛋白和肌凝蛋白是两种主要的蛋白质肌丝它们可以组成肌原纤维。

M线钩住所有这些肌球蛋白线，这样它们就不会失去协调。在这里，Z线被认为是一个肌节的末端，下一个肌节的开始。Z线是将所有肌动蛋白锚定在一起的类似凹痕蛋白质板。

你怎么记得Z线是一个肌节的末端?我们会认为它是肌节末端的“ze”线。Z在字母表的最后。我们把它们的标签去掉，然后开始给它们贴标签。我得把它弄小一点。让我们来做一下。

这是一条Z线从这里到这里是一个肌节。我之前说过的燃烧模式，是这个重复的明暗区域。我们可以看到这里有重叠的区域，这是一个黑暗的区域。所以科学家称之为A波段。而这个较轻的区域，他们称之为I波段。到目前为止还好。你注意到这里变浅了，这是H区。所以肌节的一些基本部分他们可能有，你们会希望能够在选择题部分标记它。

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基本部分是I带、H区和A带，以及定义肌节年龄的Z线。在这段视频中很难看到，但实际上从这些肌丝中，你可以看到这些叫做交叉桥的小蛋白质。向上伸展，这部分肌球蛋白实际上可以抓住肌动蛋白。

当他们这样做的时候，在乐队的这一边，横桥向这边拉。在这边，他们往那边拉。让我们看看另一个视频，它将显示这一点。

让我们看看这段YouTube视频，我们将继续把它放大。在我开始之前，我想提醒你我们在哪里。这里他们用红色代表肌球蛋白，用蓝色代表肌动蛋白。但在这里，我们再次看到我们的Z线，这是我们的H区，我们的A带，我们的I带。

让我们来看看它是如何工作的。我们要做的是，把这个移过来。如果我们取出肌凝蛋白中的一些肌动蛋白，我们可以再次看到这里是Z线，标志着肌节的末端。接下来发生的是，我们再往外拉一些，交叉桥向内拉，H区缩小。如果我们加入更多，你可以看到，这个是如何变短的。这整个变短的过程就像灯丝滑动一样，这就是灯丝滑动理论，这是基本思想。觉得聪明吗?

如果你要写一篇关于肌肉收缩的文章，仅仅通过解释我们刚刚讲过的关于肌节和滑动丝理论的内容，这本身就能给你的文章加分两三分。这已经足够让你及格了。但在我们做完最后一项之后，你就能拿a了。特别是如果你考虑到一些其他的因素，比如骨骼肌细胞是自愿的，但容易疲劳。

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让我们仔细看看肌肉细胞是如何收缩的。当我提到它们是自愿的，记住，这意味着你的神经细胞直接向它们发送信号，告诉它们什么时候你想让它们收缩。

还记得我前面提到的动作电位吗？它沿着神经元的拉链拉向你的骨骼肌细胞。这些神经细胞被称为运动神经元，这意味着它们能感知大部分肌肉。让我们快速看一下YouTube上的一段视频，它非常好地解释或展示了整个过程。

我们继续，把它放大。在我开始之前，这里是运动神经元。在运动神经元内部，是充满了一种叫做乙酰胆碱的化学物质的袋子。还记得我说过动作电位信号必须沿着细胞膜传递吗?这里的膜很近，但它们实际上不是同一层膜。动作电位沿膜传递。为了从运动神经元到达肌肉，这就是为什么我们需要一种化学物质，乙酰胆碱。这是一个神经元递质的例子。让我们开始吧。

所以当动作电位到达运动神经元的末端时，它吸引了这里的乙酰胆碱突触泡的运动，它们开始将乙酰胆碱倾倒到肌细胞和运动神经元之间的突触空间。

这里我们看到乙酰胆碱，现在它漂向这些特殊的蛋白质，叫做受体，或者乙酰胆碱受体。当乙酰胆碱落在受体上时，受体会发生一些变化，让钠离子和钾离子开始移动。我们在这里暂停一下。

一旦乙酰胆碱在这里，就像我说的，钠钾开始涌入这就触发了肌细胞上新的动作电位。＝

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有了乙酰胆碱，它就会一个接一个地传递动作电位。那会很糟糕，因为，当我这样做的时候，它看起来有点怪异。另外，如果我告诉我的二头肌，“哦，糟糕，它卡住了。”现在，如果我需要拿起一支铅笔，我就得弯下腰。这些肌肉会被卡住。所以我们需要一些东西来去除乙酰胆碱现在我们已经完成了收缩。这就是这些绿色的家伙的工作。

让我们再来陈述一下。这些绿色的家伙或者一种酶叫做胆碱酯酶或者乙酰胆碱酯酶。它们的作用是将乙酰胆碱分解成几个部分，这些部分被运动神经元吸收回去。我们的动作电位会在这个过程中开始扩散，有点像在体育场里传播的波。

当它在肌膜上移动时，它来到了其中一个人的身上。这是一个横小管。就像我说的，它让信号收缩，很快深入细胞。我在这里暂停一会儿。

我已经讲过这些动作电位，但要真正理解它们是什么，它们是钠离子和钾离子进出细胞的波。它们的速度非常快。有时甚至超过每秒100米。如果你走了二头肌那么长的距离，那就相当快了。当你深入二头肌内部时，速度很快。这是什么?这是肌浆网。如果你还记得的话，它在横小管的两边。每个肌浆网包裹在它自己的肌节上。

信号传到这里，在这里。这些红色的小分子，是钙离子。让我们开始吧。

你需要知道所有这些受体和通道的名字吗?不，但你需要知道的是，当这种情况发生时，会触发这个通道，开口。钙离子大量涌出来。它们沿着浓度梯度向下移动。他们来到这里。让我们暂停一下。

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看这里，这是细丝。上面这个蓝色的，是厚丝。这是肌凝蛋白，这是肌动蛋白。这些蓝色的小东西就是我一直在说的桥。因为它们在厚肌凝蛋白丝和薄肌动蛋白丝之间架起了桥梁。

你可能会注意到这里有不止一件事。这些细丝主要是由肌动蛋白构成的，但也有一些非常重要的分子。就是这个紫色的家伙。你会注意到天桥现在被这个紫色的家伙挡住了。那个紫色的家伙控制着肌凝蛋白的抓取能力。所以他们称它为控制肌凝蛋白的蛋白质。

Trop是一个词根，表示控制，所以原肌凝蛋白的意思是它阻止或控制肌凝蛋白的活动。爸爸，看这个小黄，它控制着原肌凝蛋白。叫它对流层原肌凝蛋白有点傻。所以就叫它肌钙蛋白。这就是钙离子要结合的地方。当它改变形状时，观察原肌凝蛋白的变化。

让我们继续，重新开始。让我们看看，我们将看到它滚出道路。现在交叉桥可以抓住肌动蛋白并开始沿着肌动蛋白移动。

现在让我们再次暂停，看一段不同的视频。

我们看到原肌凝蛋白在这里，这是我们的桥。它附着在肌凝蛋白结合位点上。一旦发生这种情况，我们就会看到ATP分子。这个交叉桥已经连接到这个结合位点上。在我们给它能量之前它是不会放手的。有点像捕鼠器。当你设置捕鼠器时，你会储存能量，然后它会爆炸，抓住老鼠。

它不会放过老鼠，除非你给它更多的能量。让我们来看看ATP分子对它做了什么。

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它与它结合，使它改变形状就像捕鼠器一样，然后拉回。让我们暂停一下。看到它做了什么吗?它把ATP分解成二磷酸腺苷和一个磷酸离子。它们仍然粘在上面，但是ATP的能量已经转移到桥上了。这是改变形状。就像你把弓和箭向后拉，你把你的能量转移到弓弯曲的形状上。或者当我拉回捕鼠器时，我把能量转移到弹簧上。让我们重新开始。

所以现在它是一个现在它是一个翘起的桥。如果有一个开放的捆绑面，它将几乎抓住和发射和拉。释放二磷酸腺苷和磷酸离子。这里来了另一个ATP，它一直抓住并拉着肌动蛋白，沿着肌动蛋白走，把肌动蛋白拉向肌节的中间。缩短衰老细胞。我们再暂停一下。

我们要继续我们现在要回顾一下最初的视频。好了，我们再一次看到我们的桥沿着肌动蛋白肌丝移动。是什么让这个过程停止?还记得钙吗?图示肌质网。我们如何将钙从肌钙蛋白和原肌凝蛋白中分离出来使其再次阻断结合位点?我们花了更多的ATP。我们把钙泵回肌浆网。一旦这样，我们就带走了所有的钙。它现在被卡在肌浆网里面，剩下的钙从肌钙蛋白和原肌凝蛋白复合物中掉落，最后在SR中结束。

一旦ATP分子抓住交叉桥，它就会松开。如果肌钙蛋白和肌钙蛋白复合物阻断了结合位点，那么它就不能再抓住并停止。这是肌肉收缩的结束。只是一个奇怪的小配音。

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如果没有ATP会怎么样?所以它不能放手。然后它会一直处于收缩状态。这是可能发生的如果你听说过死人被称为僵硬的人。有没有想过为什么会这样?这是因为在死亡30分钟后你的细胞会耗尽ATP。所以不管交叉桥的位置是什么，它们都没有ATP可以释放。所以你开始感到僵硬，这叫做rigomortis，死人的僵硬。

现在你知道肌肉收缩的过程了。如果他们问你任何关于它的文章，你要做的第一件事，就是抛出一点关于骨骼肌细胞解剖的知识。我的意思是，即使只是说它是骨骼肌纤维，它也可能给你一个点。然后确保你完成了基本的程序。被称为运动神经元的神经细胞会有一个动作电位到达它的末端。然后它会排出乙酰胆碱或者它的缩写的ACH分子。然后漂到肌膜表面的受体蛋白质上，也就是细胞的细胞膜上，这是另一个点。

动作电位现在开始了一个新的动作电位通过横小管在肌膜上扩散深入细胞。当动作电位猛扑过肌浆网时，会触发肌浆网的通道打开，让储存的钙离子流出。

钙浮向肌原纤维。在肌原纤维中，它粘附在肌钙蛋白上，肌钙蛋白把原肌霉素拉走。所以现在肌凝蛋白厚丝的桥可以与薄丝上的肌动蛋白结合。记住，交叉桥就像有时钟的捕鼠器，能量已经以ATP的形式储存起来。激活肌动蛋白。在肌节的一边，肌动蛋白向这边拉。

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在肌节的另一边，肌动蛋白以那种方式被拉，缩短了它们之间的距离，称为衰老细胞。那些桥一直向前，拉啊拉啊。记住，在新的ATP提供能量重新启动它们之前，它们是不会释放的。然后他们就走了。

进来，进来，进来，这个过程一直持续到突触后面，乙酰胆碱酯酶分子分解乙酰胆碱。然后飘回运动神经元。如果没有更多的动作电位扫过横小管，肌浆网就会回到钙内。让它远离肌钙蛋白。肌钙蛋白将原肌凝蛋白移回结合侧。

最后一个ATP分子进入，将横桥拉下，此时肌肉放松。就这样。我建议你做的一件事是，检查一下奖金材料文件夹，我已经包括了我今天使用的所有视频和其他一些视频。

有一种快速的方法可以让你自己回顾一下，这其实非常有用。这只是为了看他们，然后重新开始，并做自己的叙述的声音关闭。这样做，你就掌握了肌肉收缩。