Wie kontrahiert die quergestreifte Muskulatur?

Die quergestreifte Muskulatur, auch Skelettmuskulatur genannt, kontrahiert durch einen komplexen Prozess, der das Zusammenspiel von Aktin- und Myosinfilamenten, den Grundbausteinen der Muskelfasern, beinhaltet. Der Kontraktionsprozess wird durch Nervenimpulse ausgelöst, die die Freisetzung von Kalziumionen aus dem Sarkoplasmatischen Retikulum, dem inneren Kalziumspeicher der Muskelzelle, bewirken. Hier finden Sie eine Schritt-für-Schritt-Erklärung, wie sich die quergestreifte Muskulatur zusammenzieht:

1. Nervenimpuls:

- Ein Nervenimpuls erreicht die Muskelfaser und bewirkt die Freisetzung von Acetylcholin, einem Neurotransmitter, in den synaptischen Spalt (die Lücke zwischen Nerv und Muskelzellen).

- Acetylcholin bindet an spezifische Rezeptoren auf der Muskelzellmembran und führt so zur Erzeugung eines Aktionspotentials.

2. Aktionspotential:

- Das Aktionspotential wandert entlang der Muskelzellmembran und verursacht die Einstülpung der Membran an bestimmten Stellen, den sogenannten Quertubuli (T-Tubuli).

3. Kalziumfreisetzung:

- Die T-Tubuli sind eng mit dem Sarkoplasmatischen Retikulum verbunden, das Kalziumionen speichert.

- Das Aktionspotential verursacht eine Konformationsänderung in den T-Tubuli, die zur Öffnung von Kalziumkanälen im sarkoplasmatischen Retikulum führt.

- Calciumionen strömen aus dem sarkoplasmatischen Retikulum in das Sarkomer (die kontraktile Einheit der Muskelfaser).

4. Calciumbindung an Troponin:

- Im Sarkomer binden Calciumionen an ein Protein namens Troponin, das Teil des Troponin-Tropomyosin-Komplexes ist.

- Diese Bindung führt zu einer Konformationsänderung im Troponin-Tropomyosin-Komplex, wodurch eine Bindungsstelle am Aktinfilament freigelegt wird.

5. Myosin-Kopfbindung an Aktin:

- Myosin, ein Motorprotein, hat zwei kugelförmige Köpfe, die sich an ATP (Adenosintriphosphat), die Energiewährung der Zelle, binden und dieses hydrolysieren können.

- Da Kalzium an Troponin gebunden ist, können sich die Myosinköpfe nun an die freigelegten Bindungsstellen auf dem Aktinfilament binden.

6. Kraftschlag:

- Sobald die Myosinköpfe an Aktin gebunden sind, unterliegen sie einer Konformationsänderung, die dazu führt, dass sie sich drehen und das Aktinfilament in Richtung der Mitte des Sarkomers ziehen.

- Diese Bewegung wird als Krafthub bezeichnet und führt zur Verkürzung des Sarkomers.

7. Kreuzbrückenbildung und Gleitfilamentmechanismus:

- Der Krafthub führt zur Ausbildung von Querbrücken zwischen den Myosinköpfen und den Aktinfilamenten.

- Solange Kalzium vorhanden und ATP verfügbar ist, binden sich die Myosinköpfe weiterhin an Aktin, machen Kraftstöße und setzen Aktin frei, wodurch die Filamente aneinander vorbeigleiten.

- Dieser Gleitfilamentmechanismus verkürzt das Sarkomer und erzeugt eine Muskelkontraktion.

8. Entspannung:

- Wenn der Nervenimpuls aufhört und der Kalziumspiegel im Sarkoperum sinkt, werden Kalziumionen aktiv in das sarkoplasmatische Retikulum zurückgepumpt.

- Ohne an Troponin gebundenes Kalzium kehrt der Troponin-Tropomyosin-Komplex in seine ursprüngliche Konformation zurück und blockiert die Myosin-Bindungsstellen auf Aktin.

- Myosinköpfe lösen sich vom Aktin und das Sarkomer entspannt sich.

Durch die Wiederholung dieses Vorgangs können sich die quergestreiften Muskeln zusammenziehen und entspannen, was eine kontrollierte Bewegung und verschiedene körperliche Aktivitäten ermöglicht.