综述：横纹肌纤维中产生力的基本步骤及正弦分析

这篇综述深入探讨了横纹肌中肌球蛋白交联桥（CB）产生力的分子机制，重点分析了磷酸盐（Pi）释放与力生成步骤的时序争议。通过整合肌纤维/肌原纤维等长实验、单分子研究和冷冻电镜数据，明确提出力生成发生于Pi从肌球蛋白活性位点释放之前，而Pi在次级结合位点滞留的发现完美解释了生理学与结构研究的表面矛盾。文章创新性地将温度效应与疏水相互作用（ΔCp=-6.4 kJ·K-1·mol-1）关联，揭示了肌动蛋白结合裂隙闭合对力产生的关键作用。

　　

引言

自Huxley和Brown（1967）发现肌球蛋白交联桥（CB）作为产生力的分子结构以来，确定CB循环中力生成的具体步骤成为研究焦点。传统溶液研究认为力生成伴随磷酸盐（Pi）释放，但肌纤维等长实验揭示了更复杂的机制——力实际上在Pi从肌球蛋白活性位点释放之前就已产生，并通过次级结合位点滞留维持。这一发现完美弥合了生理学实验与结构生物学研究的表观矛盾。

实验方法学突破

正弦分析技术通过0.125-0.2%的微小长度变化（相当于CB水平≤1.25 nm），在稳态条件下解析出三个指数过程（A、B、C）。其中过程B（速率常数2πb）对[Pi]高度敏感，其饱和曲线（图2A）拟合三态模型（图1B）推导出本征速率常数（如兔腰大肌r₄=56 s^-1，r_-4=129 s^-1）。通过计算各状态占有率（X₄、X₅、X₆）与力的相关性（图2C），明确X₅（AMADP·Pi）和X₆（AMADP）支持相同力值（T₅=T₆≈1.29T_c），证实力生成先于Pi从肌球蛋白整体释放。

冷冻电镜研究则从结构角度补充了这一机制：Pi从活性位点释放后会被次级位点的5个氨基酸残基（S153、T197等）通过电子云共振滞留（图4），此时杠杆臂已完成摆动（力生成）。这种"分步释放"机制解释了为何生理学实验检测到的是Pi从肌球蛋白整体解离的动力学。

温度效应的分子诠释

温度跃升实验显示肌纤维力随温度升高而增加（图3），这与ΔH°=124 kJ·mol^-1的吸热特性一致。通过扩展的Van't Hoff方程（式21）计算出ΔA_HP=-51 nm²的疏水表面积埋藏，远超肌动蛋白-肌球蛋白界面面积（16 nm²）。这指向肌球蛋白actin结合裂隙的闭合（图5）——该预测后被晶体学研究证实（Holmes等2004），成为热力学分析与结构生物学相互验证的典范。

争议解决与模型统一

单分子研究（Woody等2019）显示杠杆臂摆动（r₄=1000 s^-1）快于Pi释放（r₅=400 s^-1），而停流实验（Trivedi等2015）通过FRET直接观察到两步运动：快速摆动（352 s^-1）先于Pi释放（201 s^-1）。这些数据与纤维实验的CB方案（图6）高度一致，其中X_3c（整合态）到X₄的转变对应裂隙闭合，X₅对应Pi滞留状态。

生理意义与应用

该机制阐明了振荡性工作的产生基础——Pi敏感态X₅的周期性转化（图2B），这对理解昆虫飞行肌的高频收缩至关重要。在心脏肌肉中，α-MHC亚型较β-MHC表现出更快的r₄（45 vs 9.8 s^-1），这可能解释小动物更快的心率适应。而温度敏感性随进化提升的现象（冰鱼<><>

结论

通过多学科交叉验证，研究确立了力生成-裂隙闭合- Pi滞留-释放的分子时序（图5），解决了持续数十年的时序争议。未来研究需整合原肌球蛋白（Tpm）和肌钙蛋白（Tn）的调控效应，以更全面模拟体内环境。这一机制为开发针对心肌病（如HCM突变）的靶向药物提供了新思路。