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每摇摆一次,它们就把肌动蛋白往前推一点点,看起来就好像船上划船的水手。
但是和维京长船不一样的是,这里的桨摆动得毫无规律,这些水手似乎并不想听从命令。
在电子显微镜下面观察可以发现,在数千个横桥结构中,摆动一致的还不到一半,剩下大部分的桨看起来都前后不一。
不过数学计算的结果显示,摆动就算不和谐一致,但总体力量也足够让肌肉收缩。
所有这些横桥结构都是从粗肌丝伸出来的,它们其实是肌球蛋白的一个子单元。
从分子的角度来看,肌球蛋白非常巨大,它比蛋白质的平均尺寸(比如说血红蛋白)大了八倍。
整体来讲,肌球蛋白的形状有点像**,或者其实应该说像两个**头部并排而尾巴紧密地缠绕在一起。
每个肌球蛋白分子的尾巴又与其他肌球蛋白的尾巴交错排列,这让粗肌丝看起来像条绳索。
它们的头部从绳索中冒出来,正是这些头部组成横桥,与肌动蛋白形成的细肌丝互相作用(见图6.2)。
图6.2 由美国分子生物学家大卫·古德赛尔绘制的肌球蛋白水彩画。
左边是一个肌凝蛋白分子,图中可以看到蛋白质的两个头从上面凸出,尾巴缠绕在一起。
右边是肌球蛋白形成的粗肌丝,可以看到每个蛋白质的头部都凸出来与两边的肌动蛋白连在一起,而尾部则缠绕如粗绳索。
这些摆动的横桥如何运作呢?首先横桥会和肌动蛋白纤维结合,接上去后它还会和[4]TP分子结合,ATP分子提供整个过程所需的能量。
当ATP接上去后,横桥会马上释放肌动蛋白,往前摆动70度(用横桥那有弹性的“颈部”
),之后再次接到肌动蛋白上。
接上去之后,能量耗尽的ATP就会被释放出来,而横桥也弹回原来的位置,因此把整个肌动蛋白纤维往后拉。
整个循环:释放、摇摆、结合、弹回,和划船几乎一模一样,每一次都将细肌丝拉动数百万分之一毫米。
ATP分子在此扮演最重要的角色,没有它的话横桥无法从肌动蛋白释放,也无法摆动,其后果就是肌肉僵直。
比如动物死后就是因为缺少ATP造成死后僵直的(之后由于肌肉组织开始分解,僵直会在几天之后消失)。
肌肉横桥有许多种,但结构大致相同,但在速度上有差异。
这是一个超级大家族,有上千个成员,光在人体里就有大约40种不同的横桥。
肌肉收缩的速度,受到肌球蛋白种类的影响。
快速肌球蛋白可以快速地利用ATP,同时加快收缩循环的运行。
在每种动物体内都有好几种不同种类的肌肉,它们各自有不同的肌球蛋白,收缩速度也不同。
A不同物种之间也有类似的差异。
目前已知最快的肌球蛋白是昆虫(比如果蝇)翅膀肌肉的蛋白,每秒钟可以完成数百次收缩循环,这比大部分哺乳动物的肌肉快上一个数量级。
一般来说,越小的动物肌球蛋白的速度越快,因此一只小鼠的肌肉收缩速度,比人类相同部位的肌肉速度要快三倍,而大鼠则比人快两倍。
已知最慢的肌球蛋白是树懒和陆龟这类运动缓慢的动物的。
这些肌球蛋白分解ATP的速度是人类的120。
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