Wenn Muskelzellen stimuliert werden, ziehen sie sich zusammen und üben eine Kraft in eine Richtung aus. Die Stimulation der Muskelzellen erfolgt durch Nervenimpulse, die vom Zentralnervensystem zu den Muskeln übertragen werden. Wenn der Nervenimpuls das Ende des Neurons erreicht, bewirkt er eine Übertragung des Aktionspotentials in den Muskeln, was zu einer Kontraktion führt.
Es gibt drei Arten von Muskelzellen im Körper: Herz-, Glatt- und Skelettmuskelzellen. Der Herzmuskel kommt nur im Herzen vor und hat seine eigene intrinsische Methode zur Kontraktion, obwohl Nerven ihn stimulieren können, um sich bei Bedarf zu beschleunigen oder zu verlangsamen. Glatte Muskulatur befindet sich in Schichten, die die Organe umgeben, und sie werden vom autonomen oder unwillkürlichen Nervensystem stimuliert. Die Skelettmuskulatur besteht aus Fasern und sorgt für Bewegung. Das Aktionspotential in den Muskeln des Skeletts wird vom somatischen oder willkürlichen Nervensystem getragen.
Muskelzellen ziehen sich nicht von selbst zusammen, sondern müssen zuerst durch einen Nervenimpuls stimuliert werden. Die Axone von Neuronen treffen an der neuromuskulären Verbindung auf Muskelzellen. Um sicherzustellen, dass die Muskelkontraktion gleichzeitig und schnell erfolgt, gibt es viele neuromuskuläre Verbindungen in einem Muskel. Alle diese Neuronen senden gleichzeitig Impulse, um ein Aktionspotential in den Muskeln auszulösen. Mit vielen neuromuskulären Verbindungen für jeden Muskel kann der Körper die Kraft der Kontraktion kontrollieren, indem er die Anzahl der Einheiten variiert, die den Impuls an den Muskel senden.
Wenn das Aktionspotential das terminale Ende des Axons an einer neuromuskulären Verbindung erreicht, verschmelzen Vesikel mit der Zellmembran, um die Freisetzung eines Neurotransmitters – Acetylcholin – zu ermöglichen. Der Neurotransmitter breitet sich über die Lücke zwischen Neuron und Muskelzelle aus, bis er das Sarkolemma, die Membran, die eine Muskelzelle umgibt, erreicht. Acetylcholin bewirkt, dass sich die Permeabilität des Sarkolemmas ändert, sodass Natriumionen in die Membran ein- und austreten können. Diese Änderung der Ionen depolarisiert die Membran und bewirkt, dass ein Aktionspotential in den Muskeln ausgelöst wird.
Wenn ein Muskel in Ruhe ist, blockiert Tropomyosin die Myosin-Bindungsstellen, die sich auf den Aktinfilamenten befinden. Während einer Kontraktion bindet Myosin an Aktin und führt eine Art Ruderbewegung entlang der Aktinfilamente aus. Dadurch zieht sich der Muskel zusammen. Dazu muss Myosin an Aktin binden können, also muss das Tropomyosin bewegt werden.
Die durch den Nervenimpuls verursachte Depolarisation breitet sich über das Sarkolemma und das T-System aus – ein Röhrensystem, das mit dem sarkoplasmatischen Retikulum verbunden ist. Sowohl das T-System als auch das sarkoplasmatische Retikulum enthalten Calciumionen, die bei einem Aktionspotential in den Muskeln freigesetzt werden. Die Calciumionen diffundieren durch die Muskelzelle und heften sich an ein Protein namens Troponin, das an die Tropomyosin-Filamente an den Aktinfasern gebunden ist. Das Troponin ändert seine Form, wenn sich Calciumionen daran anlagern, wodurch die Tropomyosinfilamente bewegt und die Myosinbindungsstellen entlang der Aktinfasern freigesetzt werden. Myosin kann nun mit Aktin in Kontakt kommen und eine Muskelkontraktion auslösen.