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肌肉肌節收縮

關於這個模擬實驗

3D 肌肉肌節收縮展示了骨骼肌生理學的滑動細絲機制。在兩個藍色 Z 盤板之間，細綠色肌動蛋白細絲與中央佈滿鉸鏈式肌球蛋白頭部的粗紅色肌球蛋白細絲重疊。學生可以水平拖曳任一 Z 盤或點擊肌球蛋白頭部以觸發鈣釋放脈衝。鈣（Ca2+）、ATP 濃度和外部負載力的滑桿讓學生能夠觀察活躍交聯循環、測量從 2.5 微米縮短至 1.6 微米的肌節縮短過程，並了解耗盡 ATP 如何將交聯鎖定在僵直狀態。

學生可以探索什麼

  • 向內拖曳左側或右側的青色 Z 盤板，觀察細肌動蛋白細絲如何在不改變任何細絲長度的情況下滑過中央粗肌球蛋白細絲。
  • 將鈣釋放降至 0%，觀察原肌球蛋白如何阻擋肌動蛋白，使肌球蛋白頭部無法附著且肌肉張力降至零。
  • 將鈣和 ATP 均提高至 80% 以上，觀看鉸鏈式肌球蛋白頭部在交聯做功衝程中前後拉動。
  • 將鈣設為 80% 並將 ATP 濃度降至 0%，以展示死後僵直，此時肌球蛋白頭部保持鎖定在肌動蛋白上無法脫離。

學習目標

  1. 1識別骨骼肌肌節的 Z 盤、M 線、細肌動蛋白細絲和粗肌球蛋白細絲。
  2. 2解釋 Ca2+ 結合肌鈣蛋白如何移動原肌球蛋白以暴露肌動蛋白上的肌球蛋白結合位點。
  3. 3描述交聯循環的四個步驟：附著、做功衝程、ATP 驅動的脫離以及 ATP 水解重新上弦。
  4. 4解釋為什麼在肌肉收縮期間肌節長度會縮短，而單個肌絲長度保持不變。

教師常問的問題

肌肉收縮時，肌動蛋白和肌球蛋白細絲會收縮嗎？

不會。細肌動蛋白細絲和粗肌球蛋白細絲的長度均不會改變。相反地，肌球蛋白頭部沿著肌動蛋白細絲移動，將兩個 Z 盤拉得更近並增加細絲重疊。

鈣離子在肌肉收縮中扮演什麼角色？

在靜息狀態下，原肌球蛋白鏈覆蓋肌動蛋白上的結合位點。當動作電位觸發肌漿網釋放 Ca2+ 時，Ca2+ 結合肌鈣蛋白並將原肌球蛋白移開，讓肌球蛋白頭部能夠抓取肌動蛋白。

為什麼耗盡 ATP 會導致死後僵直？

新鮮的 ATP 分子必須結合到肌球蛋白頭部，它才能在做功衝程後從肌動蛋白上脫離。沒有 ATP，肌球蛋白交聯將永久鎖定在肌動蛋白上，使肌肉變硬。

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