Иной характер взаимоотношений актиновых и миозиновых протофибрилл обусловлен и принципиальными особенностями их организации на молекулярном и надмолекулярном уровнях. Основу толстой протофибриллы составляют хвосты молекул миозина в комплексе с дополнительными белками. Однако располагаются они иначе, чем в толстых протофибриллах других мышечных тканей.
В толстых протофибриллах гладких мышечных клеток позвоночных головки миозиновых молекул распределяются спирально закрученными рядами, причем в соседних рядах они противоположной полярности, т. е. взаимодействуют с актиновыми протофибриллами в разных направлениях. Таким образом, здесь наблюдаются принципиальные отличия и надмолекулярной организации миозиновых толстых протофибрилл от всех рассмотренных выше разновидностей мышечных тканей. Такого рода надмолекулярная организация является, по-видимому, первичной, поскольку она характерна для миозиновых протофибрилл в немышечных клетках. Она не требует больших количеств специфических вспомогательных белков (белок С, парамиозин) и в значительной мере является свойством самих миозиновых молекул.