Wie bewegen sich die Knochen des menschlichen Skeletts? Skelettmuskeln ziehen sich zusammen und entspannen sich, um den Körper mechanisch zu bewegen. Diese Muskelkontraktionen werden durch Signale des Nervensystems ausgelöst. Der gesamte Prozess wird als Mechanismus der Muskelkontraktion bezeichnet und lässt sich in drei Schritten zusammenfassen:
(1) Eine Nachricht wird vom Nervensystem an das Muskelsystem übermittelt und löst chemische Reaktionen aus.
(2) Die chemischen Reaktionen führen dazu, dass sich die Muskelfasern so umorganisieren, dass sich der Muskel verkürzt – das ist die Kontraktion.
(3) Wenn das Signal des Nervensystems nicht mehr vorhanden ist, kehrt sich der chemische Prozess um, und die Muskelfasern ordnen sich wieder neu an, und der Muskel entspannt sich.
Schauen wir uns die Schritte im Mechanismus der Muskelkontraktion etwas genauer an.
Eine Muskelkontraktion wird ausgelöst, wenn ein Aktionspotential entlang der Nerven zu den Muskeln wandert
Die Muskelkontraktion beginnt, wenn das Nervensystem ein Signal erzeugt. Das Signal, ein Impuls, der Aktionspotential genannt wird, wandert durch eine Art von Nervenzelle, die Motorneuron genannt wird. Der neuromuskuläre Knotenpunkt ist der Ort, an dem das Motoneuron eine Muskelzelle erreicht. Das Skelettmuskelgewebe besteht aus Zellen, die Muskelfasern genannt werden. Wenn das Signal des Nervensystems die neuromuskuläre Verbindung erreicht, wird eine chemische Botschaft vom Motoneuron freigesetzt. Die chemische Botschaft, ein Neurotransmitter namens Acetylcholin, bindet sich an Rezeptoren an der Außenseite der Muskelfaser. Dadurch wird eine chemische Reaktion im Muskel ausgelöst.
Acetylcholin wird freigesetzt und bindet an Rezeptoren auf der Muskelmembran
Ein mehrstufiger molekularer Prozess innerhalb der Muskelfaser beginnt, wenn Acetylcholin an Rezeptoren auf der Muskelfasermembran bindet. Die Proteine in den Muskelfasern sind in langen Ketten organisiert, die miteinander interagieren können und sich neu organisieren, um sich zu verkürzen und zu entspannen. Wenn Acetylcholin die Rezeptoren an den Membranen der Muskelfasern erreicht, öffnen sich die Membrankanäle, und der Prozess, der eine entspannte Muskelfaser zusammenzieht, beginnt:
- Geöffnete Kanäle ermöglichen einen Einstrom von Natriumionen in das Zytoplasma der Muskelfaser.
- Der Natriumeinstrom sendet auch eine Nachricht innerhalb der Muskelfaser, um die Freisetzung von gespeicherten Kalziumionen auszulösen.
- Die Kalziumionen diffundieren in die Muskelfaser.
- Die Beziehung zwischen den Proteinketten in den Muskelzellen ändert sich, was zur Kontraktion führt.
Muskelfasern entspannen sich, wenn das Signal des Nervensystems nicht mehr vorhanden ist
Wenn die Stimulation des Motoneurons, das den Impuls an die Muskelfasern weiterleitet, aufhört, wird die chemische Reaktion, die die Neuanordnung der Proteine in den Muskelfasern verursacht, gestoppt. Dadurch werden die chemischen Prozesse in den Muskelfasern umgekehrt und der Muskel entspannt sich.