Muskeln

Muskeln sind die Grundlage für Bewegung. Sie haben die Fähigkeit, chemische Energie in Form von ATP direkt in mechanische Energie umzuwandeln. Ohne sie wären Bewegungen im makroskopischen Ausmaße nicht möglich.

Molekulare Bestandteile des kontraktilen Apparats der Muskelfasern sind v.a. Aktin und Myosin. Bei den Aktinfilamenten handelt es sich um Zytoskelettanteile. Myosinfilamente bestehen aus zwei einzelnen Ketten, die an je einem Ende eine Art "Köpfchen" besitzen. Diese Ketten verzwirbeln sich und die Köpfchen ragen frei in zwei verschiedene Richtungen von der Kette weg. Diesen Bestandteil bezeichnet man als heavy chain. Assoziiert ist er mit einer sog. light chain, die das Aussehen eines Telefonhörers hat.

Man kann Muskelgewebe in Skelettmuskulatur, glatte Muskulatur und Herzmuskulatur einteilen.

Skelettmuskulatur

Die Zellen der glatten Muskulatur bezeichnet man als Fasern. Sie entstehen dadurch, dass sich Mesenchymzellen zu Myoblasten entwickeln, die miteinander verschmelzen. Das dadurch entstehende Gebilde wird Myotube genannt. Mit dieser verschmelzen immer weitere Myoblasten, bis man schließlich von einer Muskelfaser spricht. Diese sind in der Regel sehr lang, zylindrisch geformt und, da sie ein Synzytium, d.h. eine Verschmelzung mehrerer Zellen zu einer funktionellen Einheit, darstellen, vielkernig. Auffällig ist eine deutliche Querstreifung. Diese kommt durch die Anordnung der kontraktilen Elemente innerhalb der Faser zustande. Diese bilden sog. Myofibrillen, bestehend v.a. aus Aktin und Myosin, die sich regelmäßig anordnen.

Der molekulare Aufbau der Skelettmuskulatur ist in der untenstehenden Graphik gezeigt.

Das Z-Band hat die Aufgabe, das Aktin auszurichten. Der Bereich, in dem nur Aktin vorkommt, erscheint heller und wird I-Bande (von isotrop) genannt. Dort, wo sich Aktin und Myosin überlappen, wirkt die Fibrille dunkler. Entsprechend nennt man diese Zone A-Bande (von anisotrop). Man kann aber noch zwei weitere Banden unterscheiden und zwar die Zone, in der nur Myosin vorliegt, H-Bande genannt, und in dieser Bande einen etwas dunkleren Bereich, in dem sich die Myosinfilamente, die von rechts kommen mit denen, die von links kommen verdrillen. Diese Zone nennt man M-Bande. Die gesamte Einheit, d.h. von einer Z-Scheibe zur nächsten, bezeichnet man als Sarkomer. Da nicht nur die Aktin- und Myosinfilamente eine regelmäßige Struktur erzeugen, sondern sich auch noch die Sarkomere parallel zueinander anordnen, ergibt sich eine sehr regelmäßige Querstreifung, die in ihrem groben Aufbau schon im Lichtmikroskop zu erkennen ist. Durch die Vielzahl der Myofibrillen wird sowohl das Zytoplasma als auch die Kerne an den Rand gedrückt.

Herzmuskulatur

Die Herzmuskulatur ist wie die Skelettmuskulatur quergestreift. Allerdings hat diese Querstreifung nicht den regelmäßigen Charakter der Skelettmuskeln. Dies kommt daher, dass zum einen die Myofibrillen, die ja die Querstreifung erzeugen, nicht so regelmäßig angeordnet sind. Zum anderen können sich Herzmuskeln auch verzweigen, was dann wiederum zur Unregelmäßigkeit des Bildes beiträgt. Auch sonst unterscheiden sich Herzmuskelzellen beträchtlich von den Muskelfasern der Skelettmuskulatur: Die Herzmuskulatur besteht aus Einzelzellen mit bis zu zwei zentral gelegenen Kernen. Die Zellen sind an ihren Enden mit der jeweils folgenden Zelle durch einen sog. Glanzstreifen verbunden. Dieser Glanzstreifen beinhaltet zum einen eine mechanische Verzapfung (Desmosomen, Zonula adhaerens) und zum anderen Zell-Zell-Verbindungen, die der Reizweiterleitung und dem Stoffaustausch zwischen den Zellen dienen (Nexus). Die Kontraktionen der Herzmuskulatur sind im Gegensatz zu Skelettmuskeln unwillkürlich und erfolgen rhythmisch.







Glatte Muskulatur

Die Zellen der glatten Muskulatur haben ein spindelförmiges Aussehen. Die Querstreifung fehlt gänzlich. Dies deutet auf eine andere Anordnung der Aktin- und Myosinfilamente innerhalb der Zellen hin. In der Tat bildet die glatte Muskulatur nicht die regelmäßigen Sarkomere der anderen beiden Muskeltypen, sondern ordnet die kontraktilen Elemente eher netzförmig an.

Außerdem ist sie zur Synthese von Kollagen befähigt - eine Möglichkeit, die den anderen Muskeln fehlt. Ihre Kontraktion erfolgt langsam und unwillkürlich. Glatte Muskeln können auch längere Zeit im kontrahierten Zustand verharren, ohne zu ermüden. Ebenfalls eine Fähigkeit, die die anderen Muskeln nicht besitzen. Man findet sie v.a. als Eingeweidemuskulatur, die z.B. die Darmbewegung erzeugt.







Kontraktion

Der Myosinkopf bindet sich an das Aktinfilament und führt eine Konformationsänderung durch. Durch diese wird die Kontraktin ausgeführt, indem Myosin und Aktin gegeneinander verschoben werden. Daraufhin wird das an das Myosin gebundene ATP wird zu ADP reduziert. Myosinkopf und Aktinbindungsstelle lösen sich voneinander. Danach bindet wieder ATP an den Myosinkopf.

Die Aktinkette wird noch durch ein Molekül verstärkt, das sog. Tropomyosin. Dieses verhindert die Bindung des Myosins an das Aktin, da es die Bindungsstelle verdeckt. Damit nun die Kontraktion stattfinden kann, kommt ein weiterer Molekülkomplex ins Spiel, das sog. Troponin. Wenn an eine bestimmte Stelle dieses Komplexes Calciumionen binden, an die sog. C-Komponente, so finden Konformationsänderungen statt, so dass das Tropomyosin "wegrückt", die Bindungsstelle für das Myosin frei wird und die Kontraktion erfolgen kann.