Die Skelettmuskel der Wirbeltiere setzt sich aus Muskelfasern zusammen, von denen jeweils mehrere zu Muskelfaserbündeln zusammengefasst sind.
Auf dieser Seite finden Sie eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Skelettmuskels und auch schon ein paar Ausführungen über die Muskelfasern.
Eine Muskelfaser besteht aus einer einzigen, sehr langen Zelle mit vielen Zellkernen.
Feinbau einer Muskelfaser
BruceBlaus. When using this image in external sources it can be cited as:Blausen.com staff (2014). "Medical gallery of Blausen Medical 2014". WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436., CC BY 3.0, via Wikimedia Commons
Die langen spindelförmigen Muskelfasern entstehen durch die Verschmelzung vieler Myoblasten. Das sind die kleinen, nur einen Zellkern enthaltenden Vorgängerzellen der Muskelfasern.
Die Membran der Muskelfasern wird als Sarcolemma bezeichnet. Was man auf dem Bild nicht so gut sehen kann, sind die Einstülpungen des Sarcolemmas nach innen, um die Oberfläche der Membran und die Stabilität der Muskelfaser zu vergrößern.
Die vielen Mitochondrien dienen der Bereitstellung des vielen ATPs, das für die Kontraktion der Muskelfaser dringend benötigt wird. Auch das stark verzweigte Endoplasmatische Reticulum, hier als Sarkoplasmatisches Reticulum bezeichnet, ist für die Muskelkontraktion wichtig.
Die wichtigsten Komponenten jeder Muskelfaser sind allerdings die vielen Myofibrillen, die die Hauptarbeit bei der Kontraktion des Muskels leisten.
Grundprinzip der Kontraktion
Verantwortlich für die Kontraktion (also das Zusammenziehen oder Verkürzen) der Muskelfaser sind die Myofibrillen der Muskelzelle. Es gibt zwei Sorten dieser Myofibrillen, die Actinfilamente oder -fasern und die Myosinfilamente oder -fasern.
Prinzip der Muskelkontraktion
Autor: Ulrich Helmich 03/2023, Lizenz: siehe Seitenende
In der obigen Abbildung sind die Actinfilamente blau gekennzeichnet, die Myosinfilamente rot. Die Abbildung zeigt das Grundprinzip der Muskelkontraktion. Unter Verbrauch von ATP gleiten die Actinfilamente auf den Myosinfilamenten entlang, die von den benachbarten Z-Scheiben ausgehenden Actinfilamente kommen sich dabei näher und verkürzen die Muskelfaser. Die Dicke und Länge der Actin- und Myosinfilamente ändert sich bei dieser Kontraktion nicht!
Einzelheiten der Kontraktion
Actinfilamente
Wie Actinfilamente aufgebaut sind, wird auf der entsprechenden Lexikonseite näher ausgeführt. Hier nur das Wesentliche in Kürze:
Ein Ausschnitt aus einem Actin-Filament
Autor: Ulrich Helmich, Lizenz: siehe Seitenende.
Wie man auf dem Bild gut sehen kann, ist ein Actinfilament ein Polymer aus vielen Actin-Monomeren. Actin selbst ist ein kleines globuläres Protein mit einem Plus-Ende und einem Minus-Ende. Die Plus-Enden der Actin-Moleküle können sich mit den Minus-Enden anderer Actin-Moleküle verbinden, und durch fortlaufende Polymerisation entstehen so die langen perlschnurartigen Ketten aus Actin-Molekülen. Jeweils zwei dieser Polymere winden sich helixartig umeinander, um dann ein Actinfilament zu bilden.
Myosinfilamente
Auch der Aufbau von Myosinfilamenten, der zweiten Komponente der Muskelkontraktion, wird auf einer eigenen Lexikonseite dargestellt.
Zusammenwirken der Actin- und Myosinfilamente
Dazu schauen wir uns mal ein Bild aus der engl. Wikipedia an, das sehr schön die Interaktion zwischen Myosin- und Actinfilamenten zeigt:
Cardiac sarcomere structure featuring myosin
Mohamed Elshennawy, M.D., CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Die Actinfilamente liegen in den Muskelfasern nicht "nackt" vor, sondern sind mit vier anderen Proteinen assoziiert: Tropomyosin, das sich helixartig um das ganze Actinfilament windet, sowie Troponin I, C und T, kleinere Proteine, die mit dem Tropomyosin verbunden sind.
Die Actinfilamente "sitzen" auf einer Z-Scheibe, die ebenfalls aus Proteinen besteht. Und die Myosinfilamente sind ebenfalls an dieser Z-Scheibe "befestigt", und zwar mit dem Protein Tritin. Tritin ist übrigens das längste bekannte Protein der Wirbeltiere, so viele Aminosäuren wie Tritin hat kein anderes bekanntes Protein. Wie man gut sehen kann, ist das Tritin-Molekül sehr lang, es zieht sich über das gesamte Myosinfilament hin, bis zur M-Linie, an der die Myosinfilamente verankert sind.
Durch das Myosin-binding protein C werden die Actin- und Myosinfilamente locker zusammengehalten, und die Kopfregionen der Myosin-Moleküle können sich mit den Actinfilamenten verbinden und diese unter ATP-Verbrauch verschieben.
Einzelheiten zur Kontraktion finden Sie auf dieser Seite des Neurobiologie-Kurses, die sich vor allem an Schüler(innen) der gymnasialen Oberstufe richtet.