Muskelkontraktion

Muskelkontraktion bezeichnet den Prozess, durch den Muskelzellen Kraft erzeugen und sich ihre Länge verändert. In der Skelettmuskulatur beruht sie auf dem Sliding-Filament-Mechanismus, bei dem Aktin- und Myosinfilamente innerhalb der Sarkomere gegeneinander verschoben werden.

Der Ablauf beginnt an der motorischen Endplatte: Ein Nervensignal führt zur Freisetzung von Acetylcholin, das die neuromuskuläre Verbindung stimuliert. Es entsteht ein Aktionspotenzial, das über T-Tubuli ins Muskelfaserinnere geleitet wird. Die Spannungen lösen im sarkoplasmatischen Retikulum die Freisetzung von Ca2+-Ionen aus. Das Calcium bindet an Troponin C, wodurch Tropomyosin von den Aktinbindungsstellen verschwindet. Dadurch können Myosin-Köpfchen an Aktin binden und einen Kraftschlag (Power Stroke) ausführen, während ATP an den Myosinfilamenten gebunden und zu ADP und Pi hydrolysiert wird. Dieser Zyklus wiederholt sich mehrfach, solange Calcium vorhanden ist und ausreichend ATP verfügbar ist. Durch die wiederholten Kraftschläge wird die Muskelspannung aufgebaut und der Muskel kontrahiert oder verändert seine Länge.

Beendigt wird die Kontraktion, wenn Ca2+ wieder aus dem Zytosol gepumpt wird. Troponin-Tropomyosin decken die Aktinbindungsstellen erneut ab, und die Interaktion zwischen Aktin und Myosin stoppt. Je nach Muskeltyp und Belastung kann die Kontraktion isometrisch sein (Länge bleibt unverändert) oder isotonsisch, wobei der Muskel sich verkürzt (konzentisch) oder verlängert (exzentristisch).

Energie für die Kontraktion stammt aus ATP, das durch Phosphocreatin, aerobe oder anaerobe Prozesse rasch bereitgestellt wird. Unterschiede in Regulation und Mechanismen gelten zusätzlich für glatte und Herzmuskulatur.