โมเลกุลใดให้พลังงานสำหรับการหดตัวของกล้ามเนื้อ?

การหดตัวของกล้ามเนื้อจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อโมเลกุลพลังงานที่เรียกว่า อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (ATP) มีอยู่ ATP ให้พลังงานสำหรับการหดตัวของกล้ามเนื้อและปฏิกิริยาอื่นๆ ในร่างกาย มีหมู่ฟอสเฟตสามกลุ่มที่สามารถปลดปล่อยพลังงานออกมาในแต่ละครั้ง

Myosin เป็นโปรตีนจากมอเตอร์ที่หดตัวของกล้ามเนื้อโดยการดึงแท่งแอคติน (ฟิลาเมนต์) ในเซลล์กล้ามเนื้อ การผูก ATP กับไมโอซินทำให้มอเตอร์ปล่อยการยึดเกาะบนแกนแอคติน การแยกกลุ่มฟอสเฟตของ ATP ออกหนึ่งกลุ่มและปล่อยสองชิ้นส่วนที่เป็นผลลัพธ์คือวิธีที่ myosin เอื้อมมือออกไปทำจังหวะอื่น

นอกจาก ATP แล้ว เซลล์กล้ามเนื้อยังมีโมเลกุลอื่นๆ ที่จำเป็นสำหรับการหดตัวของกล้ามเนื้อ เช่น NADH, FADH₂และครีเอทีนฟอสเฟต

ATP มีสามส่วน. อา โมเลกุลน้ำตาล เรียกว่า ไรโบส อยู่ตรงกลาง เชื่อมต่อกับโมเลกุลที่เรียกว่า อะดีนีน ด้านหนึ่งและโซ่สาม กลุ่มฟอสเฟต ในอีกด้านหนึ่ง พลังงานของเอทีพีจะพบในกลุ่มฟอสเฟต กลุ่มฟอสเฟตมีประจุลบสูง ซึ่งหมายความว่าพวกมันจะผลักกันตามธรรมชาติ

อย่างไรก็ตาม ใน ATP ฟอสเฟตทั้งสามกลุ่มจะถูกยึดติดกันโดยพันธะเคมี แรงตึงระหว่างพันธะกับแรงขับไฟฟ้าสถิตคือพลังงานที่เก็บไว้ เมื่อพันธะระหว่างกลุ่มฟอสเฟตสองกลุ่มถูกทำลาย ฟอสเฟตทั้งสองจะแยกออกจากกัน ซึ่งเป็นพลังงานที่เคลื่อนเอนไซม์ที่โอบกอดโมเลกุล ATP

ATP ถูกแบ่งออกเป็น ADP (อะดีโนซีนไดฟอสเฟต) และฟอสเฟต (P) ดังนั้น ADP จึงเหลือเพียงสองฟอสเฟต

Myosin เป็นตระกูลของโปรตีนจากมอเตอร์ที่สร้างแรงในการเคลื่อนย้ายสิ่งของภายในเซลล์ Myosin II เป็นมอเตอร์ที่หดตัวของกล้ามเนื้อ Myosin II เป็นมอเตอร์ที่ยึดและดึงเส้นใยแอคติน ซึ่งเป็นแท่งขนานที่ยืดไปตามความยาวของเซลล์กล้ามเนื้อ

โมเลกุลของไมโอซินมีสองส่วนแยกกัน: โซ่หนัก และ ห่วงโซ่แสง. โซ่หนักมีสามส่วน เช่น กำปั้น ข้อมือ และปลายแขน

โซ่หนักมีโดเมนส่วนหัวซึ่งเหมือนกับกำปั้นที่ผูก ATP และดึงแกนแอคติน บริเวณคอคือข้อมือที่เชื่อมต่อโดเมนส่วนหัวกับส่วนท้าย โดเมนส่วนท้ายคือปลายแขน ซึ่งพันรอบส่วนหางของมอเตอร์ myosin อื่นๆ ส่งผลให้มีมัดของมอเตอร์ที่ต่อเข้าด้วยกัน

เมื่อไมโอซินจับกับแอกตินฟิลาเมนต์แล้วดึง ไมโอซินจะปล่อยไปไม่ได้จนกว่าโมเลกุล ATP ใหม่จะเกาะติด หลังจากปล่อยเส้นใยแอคติน ไมโอซินจะทำลายกลุ่มฟอสเฟตชั้นนอกสุดออกจากเอทีพี ซึ่งทำให้ไมโอซินพุ่งตรงขึ้น พร้อมที่จะผูกและดึงแอคตินอีกครั้ง ในตำแหน่งที่เหยียดตรงนี้ ไมโอซินจะจับที่แกนแอคตินอีกครั้ง

จากนั้นไมโอซินจะปล่อย ADP และฟอสเฟต ซึ่งเป็นผลมาจากการทำลาย ATP การดีดออกของโมเลกุลทั้งสองนี้ทำให้หัวไมโอซินจับที่คอ เหมือนกับกำปั้นที่ม้วนเข้าหาปลายแขน การม้วนงอนี้ดึงเส้นใยแอคตินซึ่งทำให้เซลล์กล้ามเนื้อหดตัว ไมโอซินจะไม่ปล่อยแอคตินจนกว่าโมเลกุล ATP ใหม่จะเกาะติด

เอทีพีเป็นหนึ่งในโมเลกุลที่สำคัญที่สุดที่จำเป็นสำหรับการหดตัวของกล้ามเนื้อ ตั้งแต่ เซลล์กล้ามเนื้อ ใช้เอทีพีจนหมดในอัตราที่สูง มีวิธีทำให้เอทีพีรวดเร็ว เซลล์กล้ามเนื้อมีโมเลกุลจำนวนมากที่ช่วยสร้าง ATP ใหม่ NAD+ และ FAD+ เป็นโมเลกุลที่นำพาอิเล็กตรอนในรูปของ NADH และ FADH2 ตามลำดับ

หาก ATP เหมือนกับบิล 20 ดอลลาร์ที่เพียงพอสำหรับเอนไซม์ส่วนใหญ่ในการซื้ออาหารอเมริกันทั่วไป ซึ่งหมายความว่าทำปฏิกิริยาเดียว NADH และ FADH2 ก็เหมือนบัตรของขวัญ $5 และ $3 ตามลำดับ NADH และ FADH2 ให้อิเล็กตรอนกับสิ่งที่เรียกว่า ห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนซึ่งใช้อิเล็กตรอนเพื่อสร้างโมเลกุล ATP ใหม่

ในทำนองเดียวกัน NADH และ FADH2 ถือได้ว่าเป็นการประหยัดพันธบัตร โมเลกุลอื่นในเซลล์กล้ามเนื้อคือ ครีเอทีน ฟอสเฟต ซึ่งเป็นน้ำตาลที่ทำให้กลุ่มฟอสเฟตไปเลี้ยง ADP ด้วยวิธีนี้ ADP สามารถชาร์จใหม่เป็น ATP ได้อย่างรวดเร็ว