Muskeln sind erstaunliche Strukturen in unserem Körper, die es uns ermöglichen, zu bewegen, zu greifen und zu trainieren. Aber was steckt hinter Muskelgewebe? In diesem Artikel werfen wir einen genaueren Blick auf den Aufbau und die Anordnung von Myofilamenten und enthüllen einige interessante Fakten über die Funktion von Muskeln.
Aufbau von Myofilamenten
Muskelzellen, sowohl glatte als auch quergestreifte, erzeugen ihre Kraft durch die Bewegung von Aktin gegen Myosin. Spezielle Proteine regulieren diese Interaktion und ermöglichen eine gezielte Steuerung der Muskelaktivität. Nur während der Kontraktion werden diese Regulatorproteine durch Calcium so verändert, dass Aktin und Myosin miteinander interagieren können.
Aktinfilamente (Muskulatur)
- Synonym: Dünne Filamente
- Funktion: Aktinfilamente dienen als Gleitschiene für Myosinfilamente, die unter Verbrauch von ATP gleiten.
- Stabilisierung: Regulatorproteine wie Nebulin und Tropomyosin begleiten das Aktin und verhindern seine Depolymerisation.
- Begleitproteine:
- Blockierung der Myosinbindungsstellen: Tropomyosin (in quergestreifter und glatter Muskulatur), Caldesmon und Calponin (nur in glatter Muskulatur).
- Interaktion mit Calcium: Troponin (in quergestreifter Muskulatur) und Calmodulin (in glatter Muskulatur).
Myosinfilamente
- Synonym: Dicke Filamente
- Funktion: Myosinfilamente gleiten unter Verbrauch von ATP entlang der Aktinfilamente.
- Aufbau:
- Ein Myosinfilament besteht aus etwa 300 Myosinmolekülen.
- Jedes Myosinmolekül besteht aus einem Schwanz- und einem Kopfteil, die aus schweren und leichten Ketten gebildet werden.
- Die Myosinköpfe haben eine Affinität zu Aktin und besitzen ATPase-Aktivität.
- Die schweren Ketten sind wie ein Zopf umwickelt, an dem auf beiden Seiten Myosinköpfe abstehen.
Sowohl die quergestreifte als auch die glatte Muskelzelle verwenden Aktin und Myosin zur Kontraktion. Das G-Aktin wird zu einem Aktinfilament (F-Aktin) zusammengefügt, das wie eine Perlenkette aussieht!
Anordnung von Myofilamenten
In quergestreiften Muskelzellen (Herz- und Skelettmuskulatur) sind Aktin- und Myosinfilamente in kleinen Einheiten namens Sarkomere angeordnet. Mehrere Sarkomere sind in Ketten hintereinander angeordnet und erzeugen die Kraft, die durch Intermediärfilamente wie Dystrophin auf das Sarkolemm und schließlich auf die Muskelsehne übertragen wird. In der glatten Muskulatur hingegen sind die Myofilamente weniger geordnet und liegen mehr oder weniger “ungeordnet” in der Muskelzelle.
Anordnungsarten
- Glatte Muskulatur: “Ungeordnet”
- Quergestreifte Muskulatur: Sarkomere
Sarkomer der quergestreiften Muskulatur
- Definition: Kleinste Funktionseinheit der quergestreiften Muskulatur
- Bestandteile:
- Banden:
- I-Bande: Bereich, der nur Aktinfilamente enthält.
- A-Bande: Besteht aus drei Abschnitten:
- Äußere Abschnitte: Parallele Ausrichtung von Aktin- und Myosinfilamenten mit Köpfchen.
- Zentraler Abschnitt (H-Zone): Parallele Ausrichtung von Myosinfilamenten ohne Köpfchen, befestigt am M-Streifen.
- Streifen:
- Z-Streifen: Trennt Sarkomere voneinander und dient den Aktinfilamenten als Verankerung über Proteine wie α-Aktinin.
- M-Streifen: Zentrum der H-Zone, an dem Myosinfilamente in entgegengesetzte Richtungen befestigt sind.
- Banden:
- Verankerungen:
- Quervernetzung der Z-Scheiben und Verankerung im Sarkolemm: Intermediärfilamente (vor allem Desmin).
- Verbindung von Aktin des Zytoskeletts mit Sarkolemm und Extrazellulärmatrix: Dystrophin-Glykoprotein-Komplex.
- Verankerung der Muskelzelle im Endomysium durch Kollagenfibrillen.
- Anordnung: Sarkomerketten, durch Z-Streifen getrennt.
Die regelmäßige Anordnung von isotropen (I-Bande) und anisotropen (A-Bande) Banden erzeugt unter dem Lichtmikroskop den Eindruck einer Querstreifung!
Zwischen M- und Z-Streifen eines Sarkomers der quergestreiften Muskulatur befindet sich das Protein Titin. Es ist elastisch und wirkt wie eine Feder, um das Sarkomer nach Dehnung wieder in den Ausgangszustand zu bringen. Titin begrenzt die Dehnbarkeit eines Muskels und schützt vor Schäden!
Geheimnisse der Muskeldystrophie
Muskeldystrophie ist eine Erkrankung, bei der die quergestreifte Muskulatur zunehmend schwächer wird. Herz- und Skelettmuskelzellen besitzen eine große Menge des Strukturproteins Dystrophin, das das Zytoskelett mit dem Sarkolemm und der Extrazellulärmatrix verbindet. Eine Fehlfunktion dieses Dystrophinkomplexes führt zu einem Verlust an Kraft und letztendlich zum Untergang der Muskulatur. Je weniger funktionsfähiges Dystrophin vorhanden ist, desto früher und stärker tritt die Muskelschwäche auf.
Muskeldystrophie Typ Duchenne ist eine besonders schwere Form dieser Erkrankung. Ein großer Kraftverlust und ein fortschreitender Muskelabbau sind typische Symptome. Die genaue Funktion des Dystrophinkomplexes ist noch nicht vollständig bekannt, aber seine Bedeutung für die Muskelstabilität und die Kraftübertragung ist unbestreitbar.
Jetzt hast du einen kleinen Einblick in die faszinierende Welt des Muskelgewebes bekommen. Denk daran, dass unsere Muskeln wahre Wunderwerke sind und es wert sind, gepflegt und trainiert zu werden!
