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肌肉肌节收缩

关于这个模拟实验

3D 肌肉肌节收缩演示了骨骼肌生理学的肌丝滑行机制。置于两个蓝色 Z 盘板之间的是细绿色肌动蛋白细丝，它们与中央布满铰链式肌球蛋白头部的粗红色肌球蛋白细丝重叠。学生可以水平拖动任一 Z 盘或点击肌球蛋白头部以触发钙释放脉冲。用于钙（Ca2+）、ATP 浓度和外部负载力的滑动条使学生能够观察主动横桥循环、测量从 2.5 微米缩短至 1.6 微米的肌节缩短，并了解耗尽 ATP 为什么会将横桥锁定在僵直状态。

学生可以探索什么

  • 向内拖动左侧或右侧的青色 Z 盘板，观察细肌动蛋白细丝如何在中央粗肌球蛋白细丝旁滑动而两者的长度均不发生改变。
  • 将钙释放量降至 0%，观察原肌球蛋白如何阻挡肌动蛋白，从而使肌球蛋白头部无法附着且肌肉张力降至零。
  • 将钙和 ATP 均提高到 80% 以上，观察带铰链的肌球蛋白头部在横桥做功冲程中来回棘轮式移动。
  • 将钙设为 80% 并将 ATP 浓度降至 0% 以演示尸僵，此时肌球蛋白头部保持锁定在肌动蛋白上无法解离。

学习目标

  1. 1识别骨骼肌肌节的 Z 盘、M 线、细肌动蛋白细丝和粗肌球蛋白细丝。
  2. 2解释 Ca2+ 结合肌钙蛋白如何移动原肌球蛋白以暴露肌动蛋白上的肌球蛋白结合位点。
  3. 3描述横桥循环的四个步骤：附着、做功冲程、ATP 驱动的解离和 ATP 水解再充电。
  4. 4解释为什么在肌肉收缩过程中肌节长度缩短，而单个肌细丝长度保持不变。

教师常问的问题

当肌肉收缩时，肌动蛋白和肌球蛋白细丝会缩短吗？

不会。细肌动蛋白细丝和粗肌球蛋白细丝的长度均不改变。相反，肌球蛋白头部沿肌动蛋白细丝移动，将两个 Z 盘拉得更近并增加细丝的重叠度。

钙离子在肌肉收缩中起什么作用？

在静息状态下，原肌球蛋白链覆盖肌动蛋白上的结合位点。当动作电位触发肌浆网释放 Ca2+ 时，Ca2+ 结合肌钙蛋白并将原肌球蛋白移开，以便肌球蛋白头部抓住肌动蛋白。

为什么 ATP 耗尽会导致尸僵？

新鲜的 ATP 分子必须结合到肌球蛋白头上，它才能在做功冲程后从肌动蛋白上解离。没有 ATP，肌球蛋白横桥将永久锁定在肌动蛋白上，使肌肉变得僵硬。

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