下列關於骨骼肌和平滑肌收縮的敘述，何者最為適當？

本題觀念：

本題考查 骨骼肌 (Skeletal Muscle) 與 平滑肌 (Smooth Muscle) 收縮機制中，鈣離子 ($Ca^{2+}$) 結合的關鍵調控蛋白差異。這是生理學中肌肉生理章節的核心考點。

選項分析

• A 選項：

  • 骨骼肌部分 (正確)： 在骨骼肌中，鈣離子確實結合 旋轉素 (Troponin) 複合物中的 Troponin C，引起構形改變，進而移動旋轉肌凝蛋白 (Tropomyosin)，暴露出肌動蛋白 (Actin) 上的結合位。
  • 平滑肌部分 (錯誤)： 在平滑肌中，鈣離子並非直接與肌凝蛋白 (Myosin) 結合。鈣離子是先與細胞質中的 攜鈣素 (Calmodulin) 結合，形成 $Ca^{2+}$-Calmodulin 複合物，再由此複合物去活化肌凝蛋白輕鏈激酶 (MLCK)。

• B 選項：

  • 骨骼肌部分 (正確)： 鈣離子結合的旋轉素 (Troponin) 確實位於 細肌絲 (Thin filaments) 上。骨骼肌的收縮調控被稱為「細肌絲調控 (Thin filament regulation)」。
  • 平滑肌部分 (敘述不精確)： 雖然平滑肌的調控最終作用於粗肌絲 (肌凝蛋白的磷酸化)，被稱為「粗肌絲調控 (Thick filament regulation)」，但題目問的是「鈣離子與何者結合」。鈣離子結合的對象是 攜鈣素 (Calmodulin)。Calmodulin 是一種存在於細胞質中的可溶性蛋白，並不像 Troponin 那樣結構性地固定在肌絲上。因此，說鈣離子結合「粗肌絲上的調節蛋白」在解剖結構上是不正確的描述。

• C 選項：

  • 錯誤： 機制錯置。骨骼肌不依賴 MLCK 啟動收縮；平滑肌的鈣離子也不是結合 Tropomyosin (平滑肌雖有 Tropomyosin 但缺乏 Troponin，且 Tropomyosin 不是鈣離子的主要結合目標)。

• D 選項：

  • 骨骼肌部分 (正確)： 鈣離子結合 旋轉素 (Troponin) (具體為 Troponin C)。
  • 平滑肌部分 (正確)： 鈣離子結合 攜鈣素 (Calmodulin)。這是平滑肌興奮-收縮偶合 (Excitation-Contraction Coupling) 的關鍵第一步，隨後才活化 MLCK。
  • 結論： 此選項清楚且正確地指出了兩種肌肉組織中鈣離子的直接結合目標蛋白，為最佳答案。

答案解析

正確答案：D

1. 骨骼肌機制：動作電位傳導 $\rightarrow$ 肌漿網 (SR) 釋放 $Ca^{2+}$ $\rightarrow$ $Ca^{2+}$ 結合細肌絲上的 Troponin C $\rightarrow$ Troponin 構形改變，拉動 Tropomyosin 移位 $\rightarrow$ 暴露 Actin 上的 Myosin 結合位 $\rightarrow$ 收縮。
2. 平滑肌機制：$Ca^{2+}$ 進入細胞或由 SR 釋放 $\rightarrow$ $Ca^{2+}$ 結合細胞質中的 Calmodulin $\rightarrow$ $Ca^{2+}$-Calmodulin 複合物活化 肌凝蛋白輕鏈激酶 (MLCK) $\rightarrow$ MLCK 將 Myosin 的輕鏈磷酸化 $\rightarrow$ Myosin 頭部獲得 ATPase 活性並與 Actin 結合 $\rightarrow$ 收縮。

核心知識點

考生應熟記以下對照表：

特徵	骨骼肌 (Skeletal Muscle)	平滑肌 (Smooth Muscle)
鈣離子結合蛋白	Troponin C (旋轉素)	Calmodulin (攜鈣素)
調控位置	細肌絲 (Thin filament)	主要是 粗肌絲 (Thick filament) (透過 Myosin 磷酸化)
關鍵酵素/步驟	物理性移動 Tropomyosin	活化 MLCK (Myosin Light Chain Kinase)
鈣離子來源	主要是肌漿網 (SR)	肌漿網 (SR) + 細胞外液 (ECF)
收縮速度	快	慢且持久 (可形成 Latch bridge)

參考資料

1. Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology, 14th Edition. Chapter 6: Contraction of Skeletal Muscle; Chapter 8: Excitation and Contraction of Smooth Muscle.
2. Boron & Boulpaep Medical Physiology, 3rd Edition. Chapter 9: Cellular Physiology of Skeletal, Cardiac, and Smooth Muscle.
3. Physiology, Muscle Contraction - StatPearls - NCBI Bookshelf