Cơ chế co cơ

Có nhiều thuyết về co cơ, nhưng thuyết được thừa nhận hiện nay là thuyết trượt và lồng vào nhau giữa các sợi actin và myosin làm cho đơn vị co cơ ngắn lại do Szent – Gyorgyi đề xuất. Căn cứ của thuyết trượt là sự thay đổi cấu trúc - hình dạng của myosin và sự tương tác giữa myosin và actin trong quá trình co cơ. Phân tử myosin tồn tại dưới hai dạng, đó là dạng bền vững và dạng không bền vững. Có hai dạng như vậy là vì trong phân tử myosin có chứa ATP và ATPase. ATP và ATPse đều mang điện tích âm, giữa chúng có một lực tĩnh điện đẩy nhau, làm cho chuỗi polypeptid ở một đầu của phân tử myosin có dạng duỗi thẳng, đó là dạng không bền. Khi có mặt của ion Ca++, ATP ở đầu tự do của chuỗi polypeptit gắn với ADP có trên phân tử actin làm mất điện tích âm và lực tĩnh điện giữa ATPase  và ATP, nên chuỗi polypeptit sẽ có dạng xoắn là dạng bền vững.  

Trong  điều kiện cơ nghỉ,  đầu tự do của chuỗi polypeptid của myosin  gắn với ATP và do có lực đẩy tĩnh điện, nên phân tử myosin ở dạng không bền. Các phân tử actin G gắn với ADP. Do đầu tự do của chuỗi polypeptid của phân tử myosin có ATP mang điện tích âm và phân tử actin G có ADP mang điện tích âm, nên lực đẩy tĩnh điện ngăn cản sự tương tác giữa actin và myosin. Sự tương tác đó không xảy ra lúc nghỉ còn do tác dụng của troponin I (TpI).

Khi cơ bị kích thích, điện thế từ màng sợi cơ truyền theo hệ thống T vào bên trong sợi cơ sẽ gây khử cực lan rộng trên toàn bộ lưới cơ tương, làm giải phóng các Ca++ từ các bể chứa vào cơ tương, đến khoảng trung gian giữa các phân tử actin và myosin. Một hợp chất được tạo thành giữa Ca++ với một bên là ATP(-) của myosin và một bên là ADP(-) của actin. ATP của myosin bị trung hoà, lực đẩy giữa ATPase và ATP trên phân tử myosin không còn nữa, nên ATPase tiến sát vào ATP, phân giải  ATP thành ADP và H₃PO₄.

Năng lượng được giải phóng từ phản ứng này sẽ cắt đứt liên kết giữa actin và myosin, chuỗi polypeptid của myosin xoắn lại và sợi actin trượt ngược chiều so với myosin, cơ co lại. Ngoài tác dụng tạo phức hợp Ca++- ATP - ADP, các Ca++ còn gắn với troponin C (TpC) làm cho chất này mất tác dụng ức chế sự tương tác giữa actin và myosin, nghĩa là có tác dụng gây co cơ. Sau khi cơ co, bơm Ca++ - ATPase bắt  đầu hoạt  động, nhanh chóng bơm  các   Ca++ trở lại các  ống dọc và dự trữ trong các bể chứa. ADP  ở  đầu tự do của chuỗi polypeptid của myosin được phosphoryl hoá thành ATP. Sự tái tổng hợp ATP làm xuất hiện lực đẩy tĩnh điện, chuỗi polypeptid trên myosin được duỗi thẳng thành dạng không bền. Đồng thời, do nồng độ Ca++ ở các tơ cơ giảm thấp, lực đẩy giữa các sợi actin và myosin được thiết lập trở lại, sợi cơ trở về dạng ban đầu.

Cơ chế co cơ được trình bày ở trên quá thiên về lực tương tác tĩnh điện, chưa chú ý đến sự biến đổi năng lượng hoá học thành lực và công cơ học trong co cơ. Hiện nay một số nhà khoa học như A.L.Lehninger, D.I.Nelson, M.M.Cox đưa ra cách giải thích khác về cơ chế co cơ. Theo họ, khi có xung động thần kinh đến cơ, các Ca++ từ lưới cơ tương được giải phóng vào cơ tương. Ở đây Ca++ kết hợp với TpC (tại vị trí gắn calci của troponin). Sự gắn của Ca++ làm cho troponin thay đổi cấu hình, vị trí kết hợp với myosin của actin G được bộc lộ, làm cho nó sẵn sàng kết hợp với đầu myosin được năng lượng hoá. Đầu myosin được năng lượng hoá là nhờ sự phân giải ATP thành ADP và phosphat dưới tác dụng của ATPase được hoạt hoá bởi Ca++. Cả ADP và phosphat đều gắn với đầu của myosin. Tiếp theo, actin G và myosin kết hợp với nhau và tạo thành phức hợp sinh lực. Lúc này đầu myosin trải qua sự thay đổi cấu hình, các cầu ngang thay đổi các liên kết với trục của sợi myosin từ 900 thành 450, tạo ra lực và sinh công, làm cho các sợi myosin và actin di chuyển ngược chiều nhau. Đồng thời đầu myosin chuyển từ cấu hình năng lượng hoá thành cấu hình khử năng lượng (ADP và phosphat tách khỏi đầu myosin). Một phân tử ATP mới đến kết hợp với đầu myosin và quá trình trở lại giống như ban đầu.