Сокращение скелетных мышц — процесс, требующий затрат энергии. Для того чтобы совершить механическую работу при сокращении, актин и миозин используют химическую энергию молекулы аденозинтрифосфата (АТФ). АТФ синтезируется в мышечных клетках из полисахарида гликогена — сложного углевода, состоящего из сотен ковалентно связанных молекул глюкозы (моносахарида или простого углевода). В работающей мышце глюкоза высвобождается из запасов гликогена и вступает в метаболический путь, называемый гликолизом, — процесс, в котором глюкоза расщепляется, а энергия, содержащаяся в ее химических связях, используется для синтеза АТФ. Чистое производство АТФ зависит от уровня кислорода, поступающего в мышцу. В отсутствие кислорода (анаэробные условия) продукты гликолиза превращаются в молочную кислоту, и АТФ вырабатывается относительно мало. В присутствии кислорода (аэробные условия) продукты гликолиза вступают во второй путь, цикл лимонной кислоты, и большое количество АТФ синтезируется в процессе, называемом окислительным фосфорилированием.
Помимо углеводов, жиры обеспечивают значительное количество энергии для работающих мышц. Жиры хранятся в организме в виде триглицеридов (также называемых триацилглицеринами). Триглицерид состоит из трех молекул жирных кислот (неполярных углеводородных цепочек с полярной карбоксильной группой на одном конце), связанных с одной молекулой глицерина. Если жировые отложения необходимы для производства энергии, жирные кислоты высвобождаются из молекул триглицеридов в процессе, называемом мобилизацией жирных кислот. Жирные кислоты расщепляются на более мелкие молекулы, которые могут попасть в цикл лимонной кислоты для синтеза АТФ путем окислительного фосфорилирования. Поэтому для утилизации жиров в качестве энергии необходимо присутствие кислорода.
Важным белком мышечных клеток является кислородсвязывающий белок миоглобин. Миоглобин забирает кислород из крови (переносимый родственным кислородсвязывающим белком гемоглобином) и накапливает его в мышечных клетках для окислительного метаболизма. В структуру миоглобина входит небелковая группа, называемая гемовым кольцом. Гемовое кольцо состоит из молекулы порфирина, связанной с атомом железа (Fe). Атом железа отвечает за связывание кислорода с миоглобином и имеет два возможных состояния окисления: восстановленное, железистая форма (Fe2+) и окисленное, железистая форма (Fe3+). В состоянии Fe2+ железо способно связывать кислород (и другие молекулы). Однако окисление атома железа до состояния Fe3+ препятствует связыванию кислорода.
