Dari sinyal saraf ke jembatan silang

Setiap tarikan tenaga kepala miosin menggerakkan filamen tipis sekitar 10 nanometer, dan setiap siklus menggunakan ATP.

Sinyal tiba

Keputusan untuk bergerak dimulai di otak, tetapi perintah yang mencapai serabut otot rangka berasal dari neuron motorik. Sebagian besar neuron ini memiliki badan sel di sumsum tulang belakang, dan aksonnya dapat membentang hingga sekitar 90 cm untuk mencapai otot. Tempat pertemuan ujung akson dan serabut disebut sambungan neuromuskular. Di sana, ujung akson melepaskan pembawa pesan kimia, asetilkolin (ACh). Zat ini melintasi celah kecil, yaitu celah sinaps, dan berikatan dengan reseptor pada membran serabut di lempeng ujung motorik. Reseptor tersebut berupa kanal: saat ACh berikatan, kanal terbuka dan ion bermuatan positif mengalir masuk, sehingga bagian dalam serabut menjadi kurang negatif.

Perubahan itu membuka kanal natrium berpintu tegangan. Natrium mengalir deras masuk dan potensial aksi merambat ke seluruh membran. Sementara itu, enzim asetilkolinesterase menguraikan ACh yang tersisa di celah agar tidak terus memicu serabut kembali.

Dari membran ke kalsium

Ketebalan serabut otot dapat mencapai 100 mikrometer, terlalu lebar bagi sinyal di permukaan untuk cepat mencapai bagian tengah. Karena itu, membran melipat ke dalam sel membentuk tabung sempit yang disebut tubulus T (T berarti transversal), yang membawa potensial aksi jauh ke dalam. Setiap tubulus T berada di antara dua kantong retikulum sarkoplasma yang membesar, yaitu tempat penyimpanan kalsium; ketiganya membentuk triad. Saat potensial aksi lewat, kanal pada retikulum sarkoplasma terbuka dan ion kalsium (Ca2+) membanjiri sarkoplasma. Hubungan antara sinyal listrik dan tarikan mekanis ini disebut kopling eksitasi-kontraksi.

Lima tahap siklus jembatan silang

Saat istirahat, untaian tropomiosin berada di sepanjang aktin dan menutupi tempat pengikatan miosin, dengan troponin menahannya di sana. Langkah 1: Ca2+ berikatan dengan troponin, yang menggeser tropomiosin dari tempat pengikatan. Langkah 2: kepala miosin, yang sudah berada pada posisi siap dan masih membawa ADP serta fosfat dari siklus sebelumnya, berikatan dengan aktin. Ikatan ini adalah jembatan silang. Langkah 3, tarikan tenaga: fosfat dilepaskan, kepala mengikat lebih kuat dan berputar menuju garis M, menarik filamen tipis sekitar 10 nanometer. Lalu ADP lepas, tetapi kepala masih terikat. Langkah 4: molekul ATP baru berikatan dengan kepala dan membuatnya melepaskan aktin. Langkah 5: kepala menguraikan ATP menjadi ADP dan fosfat, lalu menggunakan energinya untuk kembali ke posisi siap, sehingga dapat berikatan lagi pada bagian berikutnya.

Pilih setiap tahap dari daftar Langkah pada model dan amati kepala jingga. Lalu tekan Putar. Banyak kepala menjalani siklus pada waktu berbeda, sehingga sebagian selalu menahan sementara yang lain menjangkau ke depan, mirip sekelompok orang yang menarik tali bergantian.

Dua peran ATP dalam siklus

ATP dibutuhkan pada dua tahap siklus. ATP membuat kepala melepaskan aktin, dan energi penguraiannya mengembalikan kepala ke posisi siap. ATP juga menggerakkan pompa yang memindahkan kalsium kembali ke retikulum sarkoplasma. Tanpa ATP, kepala miosin tetap terkunci pada aktin. Inilah penyebab rigor mortis, kekakuan otot tidak lama setelah kematian: ATP baru tidak dapat dibuat sehingga jembatan silang tidak pernah lepas. Nonaktifkan ATP pada model, dan setiap kepala yang dapat menjangkau aktin akan tetap terikat.

Menghentikan kontraksi

Kontraksi berhenti ketika neuron motorik berhenti melepaskan ACh. Membran kembali ke keadaan istirahat, kanal kalsium menutup, dan pompa memindahkan Ca2+ kembali ke retikulum sarkoplasma. Troponin melepaskan kalsiumnya, tropomiosin bergeser kembali menutupi tempat pengikatan, dan tanpa pembentukan jembatan silang baru, serabut mengendur. Otot polos juga menggunakan kalsium, tetapi dengan cara berbeda. Otot ini tidak memiliki troponin, sehingga kalsium berikatan dengan protein bernama kalmodulin, yang mengaktifkan enzim pengaktif kepala miosin.

Satu sinyal, satu kedutan

Satu potensial aksi menghasilkan satu kontraksi singkat yang disebut kedutan, berlangsung dari beberapa milidetik hingga sekitar 100 milidetik, bergantung pada ototnya. Sinyal yang tiba sebelum serabut mengendur saling menjumlah dan menghasilkan tarikan lebih kuat. Pada frekuensi cukup tinggi, kedutan menyatu menjadi kontraksi halus dan berkelanjutan yang disebut tetanus. Sistem saraf juga mengatur gaya melalui jumlah unit motorik yang digunakan. Satu unit motorik terdiri atas satu neuron motorik dan semua serabut yang dipersarafinya. Pada otot penggerak mata, satu neuron hanya mempersarafi sekitar enam serabut, sehingga memungkinkan kendali yang sangat halus. Pada otot besar paha dan punggung, satu neuron dapat mempersarafi ribuan serabut.

Ini adalah materi pendidikan tentang susunan dan cara kerja tubuh. Ini bukan nasihat medis dan tidak untuk mendiagnosis atau mengobati siapa pun.