Die Muskelfaser – Ablauf eines Kontraktionszyklus

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Hier finden Sie einleitendes Wissen über den Aufbau einer Muskelzelle und die Arbeitsweise während einer Kontraktion. Einen reich bebilderten Beitrag zum anatomischen Aufbau der Muskulatur finden Sie im Beitrag Aufbau der Muskulatur.

Ablauf einer Muskelkontraktion – vom Reiz zur Kontraktion

  • Vom Gehirn kommt über einen motorischen Nerv der Befehl „Muskel kontrahiere dich“.
  • Hier wird das elektrische Signal (das sogenannte Aktionspotential) des Nervs in ein chemisches Signal für die Muskelzelle umgewandelt. Diese Verbindungsstelle nennt sich motorische Endplatte.
Abb. 1: Schematische Darstellung der Erregungsübertragung vom Nerv zum Muskel.
Abb. 1: Schematische Darstellung der Erregungsübertragung vom Nerv zum Muskel.
  • Ausbreitung der Erregung längs der Muskelzellmembran (=Plasmalemm) und dem T-System (siehe Abb.3).
  • Übergreifen der Erregung auf das L-System (siehe Abb.3). Öffnen von Ca++ Kanälen.
  • Ca++ diffundiert aus dem L-System in das Zytoplasma der Muskelzelle und zu den Mikrofilamenten. Die Ca++ Konzentration in den Filamenten steigt um das 1000fache(!) an. Das Ca++ arbeitet hierbei als Bote in der Muskelzelle (= intrazellulärer Botenstoff) und ist zuständig für die Infoübertragung von der Zellmembran zu den Mikrofilamenten.

Erst durch die Freigabe von Ca++ in die Filamente des Muskels beginnt der Muskel, sich zu kontrahieren.

Arbeitsweise der Muskelzellen – Ablauf eines Kontraktionszyklus von Aktin/Myosin

Ruhezustand

Im Ruhezustand bindet sich Troponin an das Aktin und hemmt damit die Bindung des Aktins an das Myosin (Aktin-Myosin Bindung). An den Myosinköpfchen haftet jeweils ein ATP.

Abb. 2: Darstellung einer Muskelfaserzelle im Ruhezustand
Abb. 2: Darstellung einer Muskelfaserzelle im Ruhezustand

Eintreffendes Aktionspotential

Wenn ein Aktionspotenzial eintrifft, steigt die CA++ Konzentration auf das Tausendfache an. Das Ca++ bindet sich an das Troponin und zieht dieses von der Bindungsstelle (Aktin) weg.

Somit steht das Troponin nicht mehr im Weg und das Myosin kann sich jetzt an das Aktin binden. Sofort zerfällt das ATP an den Myosinköpfchen unter Energieabgabe zu ADP und Phosphat.

Abb. 3: Eintreffendes Aktionspotential an der Muskelzelle.
Abb. 3: Eintreffendes Aktionspotential an der Muskelzelle.

Umschlagen Myosin

Durch die freiwerdende Energie der Phosphatabgabe des ATP, schlagen die Myosinköpfchen um und hangeln sich an dem Aktin entlang. Die Muskelfaser verkürzt sich.

Abb. 4 Umschlagen der Myosinköpfchen.
Abb. 4 Umschlagen der Myosinköpfchen.

Abgabe von ADP

Wenn die Myosinköpfchen umgeschlagen sind, wird das ADP von den Myosinköpfchen abgegeben und die Endstellung der Köpfe ist erreicht.

Abb. 5: Endstellung der Myosinköpfchen nach ADP Abgabe.
Abb. 5: Endstellung der Myosinköpfchen nach ADP Abgabe.

Lösen und Neuspannen

Die Bindung des frischen ATP mit dem Myosinköpfchen hat eine „Weichmacherwirkung“. Die Aktin-Myosin-Bindung wird gelöst und das Myosinköpfchen neu gespannt. Ohne ATP würde ein sogenannter „stabiler Rigorkomplex“ entstehen, der Muskel wäre dann hart wie Stein und die Gelenke könnten nicht mehr bewegt werden (z. B. Totenstarre).

Abb. 6: Nachladen der Myosinköpfchen mit ATP, dadurch lösen der Aktin-Myosinbindung und Erneutes spannen.
Abb. 6: Nachladen der Myosinköpfchen mit ATP, dadurch lösen der Aktin-Myosinbindung und Erneutes spannen.

Erneuter Ruhezustand

Jetzt ist wieder der Ruhezustand von Aktin, Myosin und Troponin erreicht.

Abb. 7: Erneuter Ruhezustand der Aktin-Myosin-Filamente
Abb. 7: Erneuter Ruhezustand der Aktin-Myosin-Filamente

Für eine erneute Anspannung muss wieder CA++ die Bindung zwischen Troponin und Aktin lösen (siehe Abb.6) und das Troponin vom Aktin wegziehen. Erst dann kann sich das Myosin erneut mit dem Aktin verbinden.

Solange ein Aktionspotential besteht und CA++ das Troponin vom Aktin wegzieht, solange arbeitet das Myosin unter Verbrauch von ATP.

Quellenangaben:

Headerfoto: „Muskel ( 1)“ von Rollroboter, lizenziert unter CC BY-SA 3.0.

Dieser Beitrag wurde zuletzt am 07.01.2017 überarbeitet.

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Comments(4)

  • LP
    23. Februar 2017, 17:00  Antworten

    Danke dir für diese tolle Darstellung! Einfach aber verständlich erklärt und sehr übersichtlich gestaltet. Mir hat es sehr geholfen, in meinen Unterlagen ist es mir zu umständlich erklärt und dankt deiner Darstellung kann ich das nun auch verstehen.

  • Name
    4. Januar 2017, 18:51  Antworten

    Das war wirklich sehr hilfreich. Wir haben das leider nicht so genau bearbeitet und somit haben wir ‚Details‘ weg gelassen, was die Sache einfacher machen sollte, es jedoch nur komplizierter gemacht hat da man einiges nicht nachvollziehen konnte. Durch deine genaue Beschreibung war es wirklich sehr verständlich und nachvollziehbar. Danke:) (Titin könnte man noch einfügen und dann wäre es perfekt!)

  • MK
    10. November 2016, 18:08  Antworten

    danke für die gute Beschreibung und insbesondere die ausführliche grafische Darstellung. ein Bild sagt einfach mehr aus als 1000 Worte. Hat mir sehr geholfen

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