1) La contrazione muscolare richiede energia sotto forma di ATP e consiste nello scivolamento dei filamenti della proteina actina su quelli della proteina miosina.
2) L'actina e' una piccola proteina globulare che forma microfilamenti spiraliformi (filamenti sottili) dovuti all'autoassemblaggio dei monomeri globulari. I microfilamenti di actina nel muscolo scheletrico sono ancorati alla struttura proteica del disco Z.
Il filamento di actina e' costituito da monomeri di actina autoassemblati in una struttura spiraliforme. Al filamento sono associate altre proteine: la tropomiosina e il complesso della troponina. Inoltre i filamenti di actina nella cellula muscolare decorrono paralleli e sono collegati tra loro da molecole della proteina dimerica actinina.
E' importante conoscere la struttura del filamento di actina perche' in caso di lesioni muscolari o cardiache (infarto) la cellula danneggiata rilascia le proteine accessorie, insieme ad altre proteine (mioglobina, citocromo c), e queste compaiono nel sangue segnalando la presenza della lesione.
3) La miosina e' una proteina piuttosto grande, con una lunga coda fibrosa e una testa globulare, nella quale risiede l'attivita' ATPasica. Forma dei fasci (filamenti spessi) nei quali le code si attorcigliano tra loro mentre le teste sporgono ad angolo retto. I filamenti di miosina sono ancorati alle proteine del disco M e si intersecano con i filamenti di actina. Il contatto tra l'actina e la miosina avviene a livello delle teste della miosina che riconoscono un sito di legame sulle molecole di actina. La struttura formata dai filamenti sottili e dai filamenti spessi e compresa tra due dischi Z costituisce un sarcomero.
4) Il sarcomero si contrae, riducendo la sua lunghezza, grazie ad un cambiamento conformazionale delle teste della miosina che si ripiegano all'indietro, verso la parte fibrosa della macromolecola, e in questo modo tirano verso il disco M il filamento di actina. Questo cambiamento conformazionale si associa al rilascio di ADP a al legame con ATP. Con l'idrolisi dell'ATP la testa della miosina si libera dal legame con l'actina e scatta in avanti, nella sua posizione di riposo, prendendo contatto con un nuovo monomero di actina, in posizione piu' avanzata del precedente e il ciclo si ripete. Sono disponibili sul web vari filmati che illustrano questo processo; si veda ad esempio questo link. Si noti che un muscolo puo' esercitare una forza soltanto contraendosi: l'estensione del sarcomero e' infatti passiva e determinata dalla contrazione di un muscolo antagonista.
5) La contrazione muscolare richiede ATP; infatti la miosina e' una ATPasi. La cellula muscolare contiene una riserva di fosfato ad alta energia, che puo' essere trasformato anaerobicamente in ATP. La molecola in questo caso e' la fosfocreatina e la reazione e' la seguente:
La creatina puo' andare incontro alla ciclizzazione spontanea, trasformandosi in creatinina con la formazione di un legame amidico tra il gruppo carbossilico e il gruppo aminico. Se questo avviene, la molecola e' perduta per ogni uso funzionale e viene riversata nel liquido extracellulare; da questo nel sangue e dal sangue nell'urina.