Was passiert, wenn sich ein Muskel zusammenzieht?

Muskelkontraktion ist der Prozess, bei dem sich Muskelzellen verkürzen und so Kraft und Bewegung erzeugen. Dabei handelt es sich um eine komplexe Abfolge von Ereignissen, die auf molekularer und zellulärer Ebene ablaufen. Hier ist ein allgemeiner Überblick darüber, was passiert, wenn sich ein Muskel zusammenzieht:

1. Aktionspotential:

- Wenn ein Muskel ein Signal vom Nervensystem empfängt, wird ein elektrischer Impuls erzeugt, der als Aktionspotential bezeichnet wird.

- Das Aktionspotential wandert entlang der Oberflächenmembran der Muskelfaser und führt zu deren Depolarisation.

2. Kalziumfreisetzung:

- Die Depolarisation der Muskelfasermembran löst die Freisetzung von Kalziumionen (Ca2+) aus dem Sarkoplasmatischen Retikulum (SR) aus, dem internen Kalziumspeicher der Muskelzelle.

3. Calcium-Troponin-Wechselwirkung:

- Calciumionen binden an Troponin, ein regulatorisches Protein, das sich auf den dünnen Filamenten (Aktinfilamenten) innerhalb der Muskelfaser befindet.

4. Myosin-Aktin-Interaktion:

- Die Bindung von Kalzium an Troponin führt zu einer Konformationsänderung, die eine Bindungsstelle auf Aktin für den Kopf von Myosin, einem Motorprotein, freilegt.

- Myosinköpfe binden an die freiliegende Bindungsstelle auf Aktin und bilden Querbrücken zwischen den dicken Filamenten (Myosinfilamenten) und den dünnen Filamenten.

5. Kraftschlag:

- Myosinköpfe unterliegen einer Konformationsänderung, die Kraft erzeugt, indem sie die dünnen Filamente in Richtung der Mitte des Sarkomers (der sich wiederholenden Einheit der Muskelfaser) zieht.

- Dieses Gleiten dünner Filamente an den dicken Filamenten vorbei führt zu einer Muskelkontraktion.

6. ATP-Hydrolyse:

- Die für den Kraftstoß benötigte Energie stammt aus der Hydrolyse von Adenosintriphosphat (ATP) durch Myosin.

- Jeder Myosinkopf enthält ein ATPase-Enzym, das ATP in Adenosindiphosphat (ADP) und anorganisches Phosphat (Pi) spaltet und dabei Energie freisetzt.

7. Muskelentspannung:

- Wenn der elektrische Reiz endet, werden die Kalziumionen durch Kalziumpumpen zurück in den SR gepumpt.

- Wenn der Kalziumspiegel sinkt, kehrt der Troponin-Tropomyosin-Komplex in seine ursprüngliche Position zurück und blockiert die Bindungsstelle für Aktin.

- Myosinköpfe lösen sich vom Aktin und die Muskelfaser entspannt sich.

Die koordinierte Kontraktion und Entspannung der Muskelfasern ermöglicht Bewegungen, einschließlich Skelettmuskelkontraktionen für willkürliche Bewegungen, Herzmuskelkontraktionen für die Herzfunktion und Kontraktionen der glatten Muskulatur für unwillkürliche Bewegungen wie Verdauung und Blutgefäßregulierung.