Was bedeutet Kontraktion im Muskel?

In der Muskelphysiologie bezeichnet Kontraktion den Vorgang, bei dem Muskeln Kraft erzeugen und sich verkürzen oder anspannen. Wenn sich ein Muskel zusammenzieht, zieht er an seinen Befestigungspunkten, was zu einer Bewegung an einem Gelenk führen kann.

Der grundlegende Mechanismus der Muskelkontraktion beruht auf der Gleitfilamenttheorie. Hier ein Überblick über den Ablauf:

Aktin- und Myosinfilamente:Muskeln bestehen aus langen, parallelen Bündeln von Proteinfilamenten, die Aktin und Myosin genannt werden. Aktinfilamente sind dünn und enthalten ein Protein namens Aktin, während Myosinfilamente dicker sind und ein Protein namens Myosin enthalten.

Motorische Einheiten:Muskeln sind in zahlreiche motorische Einheiten unterteilt, die jeweils aus einem Motoneuron und den von ihm innervierten Muskelfasern bestehen. Wenn ein Motoneuron ein Signal vom Nervensystem empfängt, setzt es Neurotransmitter frei, die an Rezeptoren auf den Muskelfasern binden.

Kalziumfreisetzung:Die Bindung von Neurotransmittern löst die Freisetzung von Kalziumionen (Ca2+) aus dem Sarkoplasmatischen Retikulum aus, dem Kalziumspeicherorganell innerhalb der Muskelzellen.

Calciumbindung an Troponin:Calciumionen binden an ein Protein namens Troponin, das sich auf den Aktinfilamenten befindet. Diese Bindung induziert eine Konformationsänderung des Troponins, wodurch ein blockierendes Molekül namens Tropomyosin von den Bindungsstellen auf den Aktinfilamenten entfernt wird.

Myosin-Kopfbindung:Die freigelegten Bindungsstellen auf den Aktinfilamenten können nun mit den Köpfen von Myosinmolekülen interagieren. Jeder Myosinkopf hat eine kugelförmige Struktur, die ein Adenosintriphosphat (ATP)-Molekül enthält, das als Energiequelle dient.

ATP-Hydrolyse:Die Bindung von Myosinköpfen an Aktinfilamente löst die Hydrolyse von ATP zu Adenosindiphosphat (ADP) und anorganischem Phosphat (Pi) aus. Dieser Hydrolysevorgang liefert die Energie für die Muskelkontraktion.

Kraftschlag:Nach der ATP-Hydrolyse kommt es zu einer Konformationsänderung im Myosinkopf, die dazu führt, dass er sich dreht und das Aktinfilament in Richtung der Mitte des Sarkomers (der sich wiederholenden Einheit einer Muskelfaser) zieht. Dieser Zugvorgang, auch Kraftschlag genannt, führt zu einer Verkürzung der Muskelfaser und einer Krafterzeugung.

Entspannung:Sobald das Aktionspotential beendet ist, werden Calciumionen aktiv in das sarkoplasmatische Retikulum zurückgepumpt und vom Troponin gelöst. Dies führt zur erneuten Bindung von Tropomyosin an die Aktinfilamente, wodurch die Myosinbindungsstellen blockiert werden und der Muskel sich entspannt.

Durch die kontinuierliche Wiederholung dieses Zyklus aus Kontraktion und Entspannung können die Muskeln Bewegung erzeugen, die Körperhaltung beibehalten und verschiedene Körperfunktionen ausführen, die eine Kraftproduktion erfordern. Die Koordination mehrerer motorischer Einheiten innerhalb eines Muskels und der Input vom Nervensystem ermöglichen eine präzise Steuerung und Regulierung von Muskelkontraktionen.