De krachtsuitoefening van actomyosine is gekoppeld aan drie gebeurtenissen die leiden tot het vrijkomen van producten van ATP-hydrolyse (anorganisch fosfaat en ADP): binding van de myosinekop aan actine, structurele veranderingen in de kop die een sterke interactie tussen actomyosine en actomyosine veroorzaken, en het zwaaien van de hefboom. De studie van ATP-hydrolyse-gekoppelde enzymatische krachtopwekking is moeilijk uit te voeren omdat voor een efficiënte krachtopwekking de krachtstoot moet plaatsvinden terwijl myosine aan actine gebonden is. En dit proces kan alleen beginnen wanneer myosine zich in een lage actine-affiniteitstoestand bevindt, zodat het vrij zeldzaam is dit verschijnsel waar te nemen.
Myosine bestaat uit drie verschillende delen, een motordomein, de hefboom en het staartgebied. Het motordomein is wat de hefboom zwaait tijdens de powerstroke van actomyosine, het heeft drie belangrijke delen: de nucleotide pocket, de actine-bindende regio en de relais regio. Drie lussen: P-lus, schakelaar 1 en schakelaar 2 zijn bevestigd aan de nucleotidezak en staan tegenover het actine-bindende en relaisgebied. Zwakke interacties met actine beginnen in het onderste deel van het actine-bindende gebied, en wanneer de spleet zich sluit, vouwt het bovenste deel van het actine-bindende gebied zich over de actine en ontstaan sterkere bindende interacties. Het relaisgebied interpreteert de conformatie van het nu gevouwen actine-bindende gebied en zwaait de hefboom vanuit de geprimeerde “omhoog” positie naar beneden, waarbij de door de hefboom afgelegde afstand de grootte van de krachtsinspanning bepaalt.
Kinetiek blokkeert de ‘vergeefse’ hefboomzwaai in een actine-ontkoppelde toestand die leidt tot een ATP-verspillende cyclus. Het ATP bindt zich snel aan myosine na een snel conformatie-evenwicht tussen de down-lever en up-lever toestanden (ook bekend als de herstelstap); dit wordt gevolgd door de hydrolyse van ATP. ATP kan alleen worden gehydrolyseerd door myosine in de up-lever toestand. Wanneer myosine zich bindt aan ADP en P, resulteert dit in zwakkere interacties en het vrijkomen van de P vermindert de stabiliteit van de complexen en is snelheidslimiterend in afwezigheid van actine; dit is in tegenspraak met eerder veronderstelde snelheidslimiterende stap: vrijkomen van anorganisch fosfaat. Het vrijkomen van anorganisch fosfaat is alleen mogelijk tijdens de down-lever toestand. In afwezigheid van actine bevindt myosine zich meestal in de ADP en Pi gebonden up-state.
In de afgelopen decennia zijn vele myosine-conformaties geïdentificeerd via kristallisatieprocessen die ons meer leren over de allosterische communicatiewegen tussen de actine-bindende regio en de hefboomregio tijdens de krachtuitoefening. Experimenten hebben aangetoond dat energiebarrières in myosine enzymatische stappen, nucleotide binding, ADP afgifte en conformatieveranderingen direct afhankelijk zijn van de acties van de hefboom, wat betekent dat de hefboom de energie in het myosine complex controleert tijdens de powerstroke.
De actine affiniteit wordt bepaald door het nucleotide gehalte van de actieve site allosterisch. Nucleotide-vrije en ADP-gebonden vormen van myosine blijken actine sterk te binden, maar in complexen waar de gamma-fosfaat sites bezet zijn met ATP of ADP-Pi, wordt een zwakke actine-affiniteit gevonden. Dit is te wijten aan de allosterische koppeling tussen de actinebindende regio en de nucleotidenpocket die zich in de verder afgelegen regio’s van het motordomein bevindt. De actine-affiniteit wordt bepaald door de conformatie van de actine-bindende regio. De affiniteit hangt voornamelijk af van het evenwicht van de “switch 1”-lus van de nucleotidezak, die een open of gesloten conformatie kan hebben. De actomyosine-krachtstoot wordt geïnitieerd door myosine met lage actine-affiniteit.
Een effectieve krachtstoot komt voort uit de route van actine-geïnduceerde versnelling van de hefboomzwaai. De hefboomzwaai van ADP-Pi-gebonden myosine wordt door actine met meer dan twee orden van grootte versneld. Activering van actine is daarom een cruciaal onderdeel van een effectieve hefboomzwaai, ondanks het feit dat deze begint in een zwakke actine-affiniteit, of ADP-Pi, toestand. De reactieflux wordt in de kinetische baan gebracht waarbij de hefboom zwaait die door de krachtstoot wordt veroorzaakt. De reactieflux wordt vervolgens naar de actine-aanhechting gebracht nadat de vergeefse hefboomzwaai kinetisch is geblokkeerd. Dit is echter thermodynamisch niet gunstig, maar deze niet-evenwichtssituatie is noodzakelijk omdat deze weg een hogere vrije-energie heeft. Dit staat bekend als kinetische pathwayselectie en wordt gebruikt om een reactie via een efficiëntere pathway te forceren in plaats van een vergeefse pathway die thermodynamisch stabiel zou zijn.
Een andere effectieve powerstroke pathway begint ook met een zwakke aanhechting van actine aan een actomyosinecomplex. Maar een openen en sluiten van het actine-bindende gebied, in tegenstelling tot alleen, is wat de hefboombeweging veroorzaakt. Bij een andere methode zou de krachtsinspanning kunnen beginnen direct na de zwakke binding van de onderste actine-regio aan de myosine. Beide alternatieve reactiepaden zullen een reactieflux opleveren die veel lijkt op de hierboven beschreven originele. Dit toont aan dat de reactieflux ook kinetische routeselectie ondergaat, iets dat wetenschappers onlangs in detail zijn gaan bestuderen om te bepalen hoe belangrijk het is in de fysiologische functie.