Die Muskelkontraktion ist notwendig, damit wir unsere Muskeln bewegen können. Wie Muskeln aufgebaut sind und wie ihre Kontraktion genau abläuft, lernst du hier! Entspannt zurücklehnen und zuhören? Das geht mit unserem kurzen Video zu dem Thema ganz einfach!
Nicht nur wenn du etwas Schweres hochhebst oder läufst, sondern immer wenn du dich bewegst, müssen Muskeln in deinem Körper kontrahieren.
Unter einer Muskelkontraktion verstehst du das aktive Zusammenziehen oder Anspannen deiner Muskeln. Dabei verrichten deine Muskeln also mechanische Arbeit.
Die im Muskel wirkenden Kräfte entstehen durch die Umwandlung von chemischer Energie in mechanische Energie . Die chemische Energie stammt dabei aus dem Abbau des chemischen Moleküls Adenosintriphosphat (ATP).
Damit du die Kontraktion deiner Muskeln verstehst, schauen wir uns zunächst den Aufbau eines Muskels, genauer gesagt eines Skelettmuskels, an. Die Skelettmuskulatur ist in deinem Körper für alle aktiven Bewegungen wie das Bewegen deiner Arme und Beine zuständig. Abgesehen von den Skelettmuskeln (quergestreifte Muskeln) kannst du auch noch zwei weitere Muskeltypen unterscheiden: glatte Muskeln und Herzmuskeln.
Wenn du dir den Querschnitt eines Skelettmuskels anschaust, erkennst du zunächst mehrere große Strukturen – die Muskelfaserbündel. Du kannst sie in immer kleinere Elemente unterteilen. Von groß nach klein ist ein Skelettmuskel also folgendermaßen aufgebaut:
Und wie sieht die kleinste Einheit der Muskelzellen – das Sarkomer – aus?
Es besteht aus den drei Proteinen Aktin, Myosin und Titin. An seinen Rändern wird jedes Sarkomer von den sogenannten Z-Scheiben (Zwischen-Scheiben) begrenzt. An ihnen hängen auf beiden Seiten fadenförmige Proteinfilamente, die sogenannten dünnen Aktinfilamente. Dazwischen befinden sich die dickeren Myosinfilamente. Sie sind über das elastische Protein Titin mit den Z-Scheiben verbunden. Titin kannst du dir vorstellen, wie eine molekulare Feder, die die Myosinfilamente in der Mitte hält.
Für das Verkürzen des Muskels sind nun vor allem die Myosin- und Aktinfilamente verantwortlich. Sie machen das Muskelgewebe kontraktil (fähig, sich zusammenzuziehen). Dazu gleiten sie aneinander vorbei, ohne dass sie selber ihre Länge verändern. Das Prinzip nennst du daher auch Gleitfilamenttheorie.
Aber wie funktioniert ein Muskel nun genau? Auf molekularer Ebene kannst du die Kontraktion eines Muskels durch den sogenannten Querbrückenzyklus erklären. Der Name stammt daher, dass die Myosinköpfe eine Querverbindung zwischen Aktin- und Myosinfilamenten herstellen.
Jetzt lernst du, wie das Aneinander-Vorbeigleiten Schritt für Schritt funktioniert.
Jetzt kannst du auch den Effekt der Totenstarre erklären. Darunter verstehst du die Versteifung der Muskulatur nach dem Tod. Das passiert, da kein neues ATP mehr zur Verfügung steht, um die Bindung von Myosin und Aktinfasern wieder zu lösen.
Du kannst durch verschiedene Faktoren mehrere Arten der Muskelkontraktion unterscheiden.
Anhand vom Verhältnis zwischen Muskelspannung und Muskellänge, unterscheidest du drei Kontraktionsarten:
Je nach Längenänderung des Muskels kannst du zwei weitere Arten unterscheiden:
Du hast beim Ablauf der Muskelkontraktion gesehen, dass sie durch die Ausschüttung von Calciumionen in der Muskelzelle eingeleitet wird.
Und wie steuert die Zelle das? Ein Signal aus einer Nervenzelle löst die Öffnung spannungsgesteuerter Calciumionenkanäle in der Muskelzellmembran aus. Dadurch kommt es zur Ausschüttung von Calciumionen aus dem Sarkoplasmatischen Retikulum. Was dann im Weiteren zur Muskelkontraktion führt. Unter dem Signal verstehst du eine Spannungsänderung an der Zellmembran, die du auch als Endplattenpotential bezeichnest. Es breitet sich in der Muskelzelle über spezielle Tubuli (Einstülpungen der Membran) aus. Dadurch kommt es also durch ein elektrisches Signal zu einer mechanischen Antwort (Kontraktion). Du kannst also von einer elektromechanischen Kopplung der Zellen sprechen.
Für die Signalübertragung stehen Nerven- und Muskelzelle über eine spezielle Kontaktstelle (Synapse ) miteinander in Verbindung. Du nennst sie motorische Endplatte. Du willst wissen, wie genau sie aufgebaut ist und wie dort Signale übertragen werden? Dann schau dir direkt unser Video dazu an!
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