Cơ Chế Co Cơ là một quá trình phức tạp, bao gồm nhiều giai đoạn, từ khi có điện thế kích thích đến khi cơ thực sự co lại. Quá trình này thường được gọi là “cặp kích thích – co cơ” và có thể được chia thành bốn giai đoạn chính.
-
Điện thế hoạt động lan truyền và giải phóng Calci: Điện thế hoạt động lan truyền dọc theo hệ thống ống T, một mạng lưới các ống nhỏ chạy xuyên suốt các sợi cơ. Khi điện thế hoạt động đến nơi, nó kích thích giải phóng ion calci (Ca2+) từ lưới nội bào (SER), một kho dự trữ calci bên trong tế bào cơ. Sự giải phóng calci này làm tăng nồng độ calci trong bào tương (cytosol) lên đến hàng nghìn lần.
-
Calci gắn vào Troponin: Ion calci sau khi được giải phóng sẽ gắn vào troponin, một phức hợp protein nằm trên sợi actin. Sự gắn kết này gây ra sự thay đổi cấu trúc không gian của troponin.
-
Lộ diện vị trí gắn Myosin: Sự thay đổi cấu trúc của troponin kéo theo sự di chuyển của tropomyosin, một protein khác nằm trên sợi actin. Tropomyosin vốn che khuất các vị trí gắn của myosin trên sợi actin. Khi tropomyosin di chuyển, các vị trí này được lộ ra, cho phép myosin gắn vào actin.
-
Sự trượt của các sợi cơ:
- Gắn ATP: Đầu myosin gắn với một phân tử ATP, tạo thành phức hợp myosin-ATP.
- Thủy phân ATP: Phức hợp myosin-ATP bị thủy phân bởi enzyme ATPase (có trên đầu myosin), tạo thành myosin-ADP-Pi (myosin gắn với ADP và phosphate vô cơ). Quá trình này giải phóng năng lượng.
- Hình thành cầu nối: Đầu myosin gắn với actin, tạo thành cầu nối ngang (cross-bridge).
- Co cơ (Power Stroke): Năng lượng từ việc thủy phân ATP được sử dụng để làm đầu myosin bẻ cong, kéo sợi actin trượt dọc theo sợi myosin. Đây chính là giai đoạn tạo ra lực co cơ.
- Giải phóng ADP và Pi: ADP và phosphate vô cơ được giải phóng khỏi đầu myosin.
- Gắn ATP mới: Một phân tử ATP mới gắn vào đầu myosin, làm yếu liên kết giữa myosin và actin, khiến đầu myosin tách ra khỏi sợi actin.
- Chu kỳ lặp lại: Đầu myosin trở về trạng thái ban đầu và sẵn sàng cho một chu kỳ mới.
Cần lưu ý rằng các đầu myosin không trượt đồng thời mà trượt theo từng đợt, giúp cơ co liên tục và hiệu quả.
Khi quá trình co cơ hoàn thành, cơ giãn ra nhờ các yếu tố sau:
- Ngừng tín hiệu thần kinh: Ngừng tín hiệu điện học từ thần kinh, đồng nghĩa với việc ngừng giải phóng acetylcholine (Ach) tại synap thần kinh – cơ.
- Bơm Calci trở lại SER: Bơm calci hoạt động để bơm ion calci trở lại lưới nội bào (SER), làm giảm nồng độ calci trong bào tương.
- Troponin trở lại trạng thái ban đầu: Khi nồng độ calci trong bào tương giảm xuống dưới mức nhất định (khoảng 0,1 mmol/l), troponin trở về cấu trúc không gian ban đầu, ngăn chặn sự liên kết giữa actin và myosin.
- Tác động của cơ đối kháng: Các thành phần đàn hồi và hoạt động của nhóm cơ đối vận sẽ kéo cơ về chiều dài ban đầu.