Wie kontrahieren und entspannen sich Muskeln?

Muskeln kontrahieren und entspannen sich durch einen komplexen Prozess, der das Zusammenspiel mehrerer Proteine, vor allem Aktin und Myosin, beinhaltet. Hier ist eine vereinfachte Übersicht über den Prozess:

1. Stimulation :Der Prozess beginnt, wenn ein Nervenimpuls den Muskel erreicht und die Freisetzung von Kalziumionen (Ca2+) aus speziellen Strukturen, dem sarkoplasmatischen Retikulum, auslöst.

2. Kalziumbindung :Die Calciumionen binden an spezifische Rezeptoren auf der Oberfläche der Myofilamente, das sind dünne Filamente aus Aktin und anderen Proteinen.

3. Myosin-Kopfaktivierung :Die Bindung von Calciumionen führt zu einer Konformationsänderung im Myosinkopf, der eine kugelförmige Domäne enthält, die als Myosinkopfgruppe bekannt ist. Durch diese Veränderung werden die Bindungsstellen am Myosinkopf freigelegt, wodurch dieser mit den Aktinfilamenten interagieren kann.

4. Kreuzbrückenbildung :Der Myosinkopf bindet an eine bestimmte Stelle des Aktinfilaments und bildet eine Querbrücke zwischen dem dicken (Myosin) und dem dünnen (Aktin) Filament. ATP, das Energiemolekül der Zelle, bindet an den Myosinkopf.

5. Kraftschlag :Die Hydrolyse von ATP liefert Energie für den „Krafthub“, bei dem der Myosinkopf eine Konformationsänderung erfährt und das Aktinfilament in Richtung der Mitte des Sarkomers (der sich wiederholenden Einheit des Muskels) zieht. Diese Gleitbewegung der Aktinfilamente führt zu einer Muskelkontraktion.

6. Ablösung von Myosin :Nach dem Krafthub löst sich der Myosinkopf vom Aktinfilament und kehrt in seine ursprüngliche Konformation zurück.

7. Entspannung :Entspannung tritt ein, wenn die Kalziumionen zurück in das sarkoplasmatische Retikulum gepumpt werden, wodurch die Kalziumkonzentration in den Muskelfasern sinkt. Dadurch lösen sich die Myosinköpfe von den Aktinfilamenten und können in ihre Ausgangspositionen zurückgleiten. Die Muskelfaser entspannt sich und der Zyklus kann sich wiederholen, sobald ein neuer Nervenimpuls empfangen wird.

Diese Abfolge von Ereignissen, die die Bildung einer Querbrücke, Kraftschläge und Ablösung umfassen, setzt sich fort, bis die Muskelkontraktion aufhört. Die Häufigkeit dieser Zyklen bestimmt die Stärke und Dauer der Muskelkontraktion.