À medida que os músculos contraem, a sobreposição entre os filamentos finos e grossos aumenta, diminuindo o comprimento do sarcómero—a unidade contrátil do músculo—usando energia na forma de ATP. A nível molecular, este é um processo cíclico, com vários passos, que envolve a ligação e hidrólise de ATP, e o movimento de actina pela miosina.
Quando o ATP, que está preso à cabeça da miosina, é hidrolisado para ADP, a miosina passa para um estado de alta energia ligada à actina, criando uma ponte cruzada. Quando o ADP é libertado, a cabeça de miosina passa para um estado de baixa energia, movendo-se em direção ao centro do sarcómero. A ligação de uma nova molécula de ATP dissocia a miosina da actina. Quando este ATP estiver hidrolisado, a cabeça de miosina irá ligar-se à actina, desta vez em uma região de actina mais perto do fim do sarcómero. As proteínas regulatórias troponina e tropomiosina, juntamente com cálcio, trabalham juntas para controlar a interação mosina-actina. Quando a troponina se liga ao cálcio, a tropomiosina é afastada do local de ligação de miosina na actina, permitindo que a mosina e a actina interajam e a contração muscular ocorra.
Como regulador da contração muscular, a concentração de cálcio é muito controlada em fibras musculares. As fibras musculares estão em contacto próximo com os neurónios motores. Potenciais de ação em neurónios motores causam a libertação do neurotransmissor acetilcolina nas proximidades das fibras musculares. Isso gera um potencial de ação (despolarização) na célula muscular, que é transportado ao longo da membrana plasmática e através de invaginações da membrana plasmática chamada transversal, ou túbulos-T.
Os túbulos-T encontram-se profundamente no músculo e estão adjacentes a organelos especializados de retículo endoplasmático chamados retículo sarcoplasmático, ou SR. O cálcio sequestrado dentro do SR é libertado quando canais iónicos dependentes de voltagem (canais iónicos que abrem e fecham com base em cargas locais) abrem em resposta à despolarização, permitindo que iões de cálcio entrem no citoplasma, e que os músculos contraiam.
Quando a sinalização a partir de neurónios motores pára, o relaxamento do músculo começa conforme o cálcio é bombeado de volta para o SR, diminuindo os níveis citoplasmáticos de cálcio e repondo o stock de cálcio no SR em preparação para a contração seguinte.
Músculos saudáveis podem contrair, mas músculos doentes muitas vezes perdem essa capacidade. Doenças como a miastenia grave impedem a estimulação de neurónios motores no músculo, o que resulta em atrofia muscular e diminuição da massa muscular. A esclerose lateral amiotrófica (ELA ou doença de Lou Gehrig) faz com que os neurónios motores se degenerem, o que também leva à degeneração e atrofia musculares.
