2020-12-13 ↔ 9854阅读

关于肌丝滑行学说

肌丝滑行学说由英国生物学家赫胥黎（Julian Sorell Huxley）在上世纪60年代（1969年）提出，是一套用来解释肌肉收缩原理的理论。赫胥黎是诺贝尔生物学和医学奖得主，由其提出的肌丝滑行学说被生物学界广泛引用和认同（尽管该理论至今仍被证实，他获诺奖也不是因为提出了肌丝滑行理论）。

肌丝滑行学说的基本概念

先用最笼统的语言来描述一下肌丝滑行学说：肌肉由无数比发丝还要细的肌丝构成，这些肌丝在放松的情况下彼此平行、泾渭分明，当收到神经系统的指令时，这些肌丝就会迅速滑动，靠近、交错、抱成一团。当肌丝彼此靠近且交错时，由肌丝构成的肌肉就会变短、变粗，并因此产生肌肉收缩现象。举个例子：放松状态下的肌丝就像下图中彼此分开的手，当收到神经系统的指令时，肌丝就会像下图中那两只交叉的手那样“收缩、膨大”。

如果讲得稍微正式点，肌丝滑行学应该是下面这样的：肌肉由肌肉束构成，肌肉束又由肌肉纤维构成。肌肉纤维其实就是肌肉细胞，是一种细长的圆柱形细胞，其内部布满肌原纤维。具体构造如下图所示。

肌原纤维非常细小，但依然不是肌肉收缩最基本的单位，也不是“肌丝滑行学说”里所说的肌丝。肌原纤维细而长，像竹杆一样有许多节（肌节），每一节的两端有许多整齐排列的细丝（分布于I带），中间有许多整齐排列的粗丝（分布于A带）。如下图所示，肌节中的细丝和粗丝才是我们所要讲的“肌丝”。当肌肉细胞收到神经系统发出的收缩指令时，粗丝就会伸出“横桥”，横桥像手臂一样靠近细丝并将其拉向粗丝，于是在A带形成粗丝和细丝交错的状态。在这种状态下，肌节的长度会变短、直径会变大，在无数肌节、肌原纤维、肌肉细胞乃至肌肉束的同步动作下，整块肌肉便会处于收缩状态。
在下图中，红框中的示意图是肌节处于舒张（放松）状态下的情况，蓝框中的示意图是肌节处于收缩状态下的情况。

肌丝为何会滑行

上面所讲的细丝和粗丝其实就是肌动蛋白和肌球蛋白。说得更深入一些，当神经系统发出肌肉收缩指令时，肌节的某个位置（原池）会释放钙离子，钙离子会与肌动蛋白上的肌钙蛋白相结合，让肌动蛋白空出一个化学键。与此同时，肌球蛋白的横桥在能量的驱动下通过化学键与肌动蛋白相结合，并在能量的驱动下将肌动蛋白拉近，于是肌球蛋白（粗丝）和肌动蛋白（细丝）靠近且彼此交错，并形成肌肉收缩。
当收到肌肉舒张指令时，驱动肌球蛋白的能量会在神经系统的控制下消失，钙离子也会与肌钙蛋白脱离，肌动蛋白的化学键会被肌钙蛋白重新填充，于是粗丝和细丝便会分离，细丝会重新回到原来的位置，肌节也恢复到原来的形状，肌肉便会舒张。
大概过程如下图所示：蓝色框中的图示是肌肉舒张时的情况，黄色框中的图示是肌肉收缩时的情况。

肌丝滑行的动力来自哪里

可能有人会打破沙锅问到底：粗丝将细丝拉近的力量来自何处？事实上，这是一个典型的ATP释放化学能并转化为机械能的例子。肌动蛋白（粗丝）上的横桥其实是一个分子马达，其本质是一个遇到磷酸就会变形的蛋白质大分子，当肌肉细胞收到神经系统的收缩指令时，细胞内的ATP会被水解并释放出磷酸（其实还有热能），磷酸与肌球蛋白的横桥（分子马达）结合后朝特定方向产生形状变化，这个形状变化本身就是一个机械运动，横桥就像一个伸展的机械臂那样将肌动蛋白（细丝）拉近，ATP化学能转化为机械能的动作就此完成。

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