Tappe del ciclo contrattile muscolare

Invece, tutti gli eventi molecolari di un ciclo contrattile, possono essere descritti in sei tappe:
(1) Lo stato di rigor. Le teste della miosina sono strettamente legate alle molecole di G-actina. In questo stadio non ci sono nucleotidi (ADP o ATP) sul secondo sito di legame della testa di miosina;
(2) L'ATP si lega e la miosina si sgancia. Una molecola di ATP si lega alla testa della miosina cambiando la sua affinità di legame per l'actina; come risultato, la testa si stacca dalla G-actina;
(3) Idrolisi dell'ATP. Il sito della testa della miosina che lega l'ATP, lo circonda e lo idrolizza ad ADP e fosfato inorganico. Entrambi i prodotti rimangono legati alla miosina;
(4) La miosina lega nuovamente l'actina: legame debole. L'energia rilasciata dall'ATP induce una rotazione della testa della miosina, che si lega debolmente a una nuova molecola di G-actina, distante una o due posizioni dalla molecola con cui era legata prima. A questo punto la miosina possiede energia potenziale, ed è pronta ad eseguire il colpo di forza che fa scorrere l'actina;
(5) Rilascio di Pi e colpo di forza. Il colpo di forza inizia quando il fosfato inorganico è rilasciato dal suo sito di legame con la miosina. Quando la testa della miosina ruota verso la linea M (passando da un angolo di 90° ad uno di 45° rispetto ai due filamenti), tira anche il filamento di actina nella stessa direzione;
(6) Rilascio di ADP. Nell'ultima tappa del ciclo contrattile, la miosina rilascia ADP. A questo punto, la testa della miosina è strettamente legata all'actina, nello stato di rigor. Il ciclo è pronto a ricominciare quando una nuova molecola di ATP si lega alla miosina.
Nel muscolo scheletrico, i filamenti sottili di actina e della miofibrilla sono associati a due proteine regolatrici che impediscono alle teste di miosina di completare il colpo di forza, proprio come la sicura di una pistola che impedisce al grilletto di scattare. La tropomiosina che avvolge il filamento di actina bloccando parzialmente i siti di legame per la miosina e la troponina che è una proteina legante il calcio che controlla la posizione della tropomiosina. Quando la tropomiosina è nella posizione di blocco (off) possiamo avere un legame actina-miosina debole, ma la miosina non può portare a termine il colpo di forza. Perché avvenga una contrazione, la tropomiosina deve passare nella posizione “on” (acceso), in cui la parte rimanente del sito di legame si scopre, permettendo l'esecuzione del corpo di forza. Questi meccanismi della tropomiosina sono regolati dalla troponina, un complesso di tre proteine associate alla precedente. Quando comincia la contrazione, in risposta al segnale del calcio, una proteina del complesso, la troponina C, si lega reversibilmente al Ca2+. Questo legame spinge la tropomiosina verso l'incavo del filamento di actina e sblocca i siti di legame per la miosina. Questa posizione “on” permette alla testa della miosina di effettuare il colpo di forza e di spostare il filamento di actina. Come ben si può notare, in tutti questi processi che portano alla contrazione muscolare vi è bisogno di ATP. La quantità di questa molecola presente in una fibra muscolare è sufficiente solo per circa otto contrazioni. Per questo, come fonte di energia di riserva, il muscolo contiene fosfocreatina, una molecola i cui legami fosfato ad alta energia vengono generati a partire da creatina e ATP quando i muscoli sono a riposo. Quando i muscoli entrano in attività, come durante un esercizio fisico, il gruppo fosfato ad alta energia della fosfocreatina viene trasferito all'ADP, grazie all'enzima creatina chinasi, formando nuovo ATP che fornisce ulteriore energia. Poiché, però l'energia contenuta nei legami fosfato ad alta energia è limitata, i muscoli devono ricorrere anche a reazioni metaboliche per trasferire energia dai legami chimici dei nutrienti, come il glucosio, all'ATP. Il glucosio viene metabolizzato attraverso la glicolisi fino a piruvato. In presenza di ossigeno, quest'ultimo composto entra nel ciclo dell'acido citrico dando origine a 30 molecole di ATP, in concentrazioni basse di ossigeno, si passa invece alla glicolisi anaerobica. In questa via, il glucosio viene metabolizzato in acido lattico con un guadagno di soli 2 ATP per molecola di glucosio. Un altro processo, però lento, per dare ATP è la beta-ossidazione degli acidi grassi.