Aktin ist ein Protein, das in den Zellen aller Lebewesen vorkommt, deren Zellen einen membrangebundenen Kern enthalten. Das Protein ist Bestandteil von zwei Arten von Zellfilamenten: Mikrofilamenten und dünnen Filamenten. Mikrofilamente tragen zum Zytoskelett bei – einer Struktur innerhalb der Zellmembranen, die der Zelle hilft, ihre Form beizubehalten. Dünne Filamente, die in Muskelzellen vorkommen, sind an der Muskelkontraktion beteiligt.
Die Art und Weise, wie Aktinfilamente die Muskelkontraktion erleichtern, kann mithilfe der Gleitfilamenttheorie erklärt werden. In jeder Muskelzelle bilden diese Proteinketten passive dünne Filamente, die in Verbindung mit dicken Myosinfilamenten arbeiten – einem Motor- oder Bewegungsprotein, das die Kraft der Muskelkontraktion erzeugt. Dazu gleiten die Myosinfilamente entlang der Aktinfilamente innerhalb einer Einheit innerhalb der Muskelzelle, dem Sarkomer, hin und her. Jede Muskelzelle kann Hunderttausende von Sarkomeren enthalten – eine bandartige Struktur, die sich als Einheit ausdehnt und zusammenzieht, wenn die Aktin- und Myosinfilamente aneinander vorbeigleiten. Es sind die Sarkomerbänder, die den Muskeln ihr gestreiftes Aussehen verleihen.
Beim Modell mit gleitenden Filamenten wechseln sich Myosinfilamente mit Aktinfilamenten in horizontalen Linien ab, ähnlich wie die roten und weißen Streifen auf der amerikanischen Flagge. Die Myosinproteine gleiten am Aktin entlang und setzen Calciumionen frei, die es dem Kopf jedes Myosinproteins ermöglichen, an eine Stelle auf dem Aktinfilament zu binden. Sobald sich das Myosin an diese Stellen bindet – ähnlich wie eine Mannschaft von Ruderern in einem Schädel, die gleichzeitig ihre Ruder ziehen – zieht das Myosin die beiden Filamente aneinander vorbei, was zu einer Gesamtverkürzung des Sarkomers führt. Diese kollektive Verkürzung wird durch die Hydrolyse von Adenosintriphosphat (ATP) – der Hauptenergiequelle des Körpers für viele Zellfunktionen – ermöglicht und führt zur Kontraktion der Muskelzelle.
Sobald die Aktin- und Myosin-Filamente binden und der Schlag auftritt – wobei die Aktin-Filamente in Richtung des Zentrums des Sarkomers gezogen werden – lösen sich die Myosin-Köpfe und das ATP wird in diesen Filamenten wieder aufgeladen, wodurch der nächste Schlag der Filamente verursacht wird. Das Protein Tropomyosin könnte die Aktinfilamente bedecken und die Bindungsstellen blockieren; Dieser Vorgang würde die Bindung von Myosin verhindern und zu einer Entspannung der Muskeln führen. Dieser Mechanismus der Bindung und des Gleitens von Myosin- und Aktin-Filamenten ist auch der Ablauf der Zytokinese oder Zellteilung, wobei die Gleitfilament-Aktion dazu führt, dass während der Mitose eine Zelle in zwei abgeschnürt wird.