Welche Schritte beginnen bei der Muskelkontraktion mit der Freisetzung von Acetylcholin?

Der Prozess der Muskelkontraktion, der durch die Freisetzung von Acetylcholin (ACh) an der neuromuskulären Verbindung eingeleitet wird, umfasst die folgenden Schritte:

1. ACh-Freisetzung :Das Aktionspotential, das entlang des Motoneurons wandert, erreicht die neuromuskuläre Verbindung. Dies führt zur Freisetzung von Acetylcholin (ACh) aus der präsynaptischen Membran.

2. Bindung von ACh an nikotinische ACh-Rezeptoren :ACh diffundiert über den synaptischen Spalt und bindet an nikotinische Acetylcholinrezeptoren (nAChRs), die sich auf der motorischen Endplatte der Muskelfaser befinden.

3. Erzeugung des Endplattenpotentials (EPP) :Durch die Bindung von ACh an nAChRs werden Ionenkanäle geöffnet, was zu einem Einstrom von Natrium- (Na+) und Kaliumionen (K+) führt. Dadurch wird die Membran der Muskelfaser depolarisiert, wodurch ein Endplattenpotential (EPP) entsteht.

4. Depolarisation und Aktionspotentialerzeugung :Erreicht das EPP einen ausreichenden Schwellenwert, löst es ein Aktionspotential (ausgebreitetes elektrisches Signal) an der Muskelmembran aus.

5. Anregungs-Kontraktions-Kopplung (EC) :Das Aktionspotential wandert entlang der Quertubuli (T-Tubuli) in die Muskelfaser. T-Tubuli sind Membraneinstülpungen, die senkrecht zur Muskelfaseroberfläche verlaufen.

6. Kalziumfreisetzung aus dem Sarkoplasmatischen Retikulum :Das Aktionspotential bewirkt, dass sich spannungsgesteuerte Calciumkanäle (Ca2+) in den T-Tubuli öffnen. Dies führt zur Freisetzung von Calciumionen (Ca2+) aus dem Sarkoplasmatischen Retikulum (SR) in das Zytoplasma.

7. Kalziumbindung an Troponin :Die erhöhte intrazelluläre Ca2+-Konzentration führt dazu, dass es an Troponin bindet, ein regulatorisches Protein auf dem dünnen Filament des Sarkomers (der Grundeinheit der Muskelkontraktion).

8. Power Stroke :Die Bindung von Ca2+ an Troponin initiiert Konformationsänderungen, die die Tropomyosinmoleküle auf den dünnen Filamenten bewegen. Dadurch werden die Myosin-Bindungsstellen auf den Aktinmolekülen freigelegt.

9. Bildung von Querbrücken und Kontraktion :Die Köpfe der Myosinmoleküle (dicke Filamente) bilden Querbrücken mit den freiliegenden Myosin-Bindungsstellen auf den Aktinfilamenten (dünne Filamente). Dadurch entsteht der Actomyosin-Komplex.

10. Gleitfadenmechanismus :Myosinköpfe unterliegen einer zyklischen Bindung, einem Krafthub (Arbeitshub) und einer Ablösung von den Aktinfilamenten, während Energie aus der ATP-Hydrolyse genutzt wird. Dieser gleitende Filamentmechanismus erzeugt eine Muskelkontraktion.

11. Entspannung :Wenn das Aktionspotential endet, werden Calciumionen durch Calciumpumpen zurück in das sarkoplasmatische Retikulum gepumpt, wodurch die intrazelluläre Ca2+-Konzentration verringert wird. Dies führt zur Ablösung von Ca2+ vom Troponin, wodurch sich die Tropomyosinmoleküle an ihre ursprünglichen Positionen zurückbewegen und die Myosinbindungsstellen blockieren. Die Querbrücken brechen und der Muskel entspannt sich.