Skelettmuskulatur

Ein Muskel enthält mehrere zu Bündeln zusammengefasste Muskelfasern (Faszikel). Der Muskel wird durch die Sehnen mit anderen Strukturen verknüpft.
Die äußerste Schicht der Muskelfasern bildet das Sarkolemm mit vielen Einstülpungen (T-System – transversales System). Im Inneren der Muskelfaser befinden sich Zellkerne, Mitochondrien (ATP-Produktion) und mehrere Myofibrillen. Die Myofibrillen bilden die kontraktile Struktur der Muskelfaser.
Um die Myofibrillen befindet sich das sarkoplasmatische Retikulum (L-System – longitudinales System). Es ist Speicherort von Calcium-Ionen.
Die Myofibrillen sind in mehrere Untereinheiten (Sarkomere) gegliedert. Das Sarkomer wiederum besteht aus Myosin- und Aktinfilamenten.

Sogenannte α-Motoneurone übertragen Signale auf die Muskelfaser und vermitteln damit eine willkürlich gesteuerte Bewegung. Die Motoneurone und Muskelfasern bilden zusammen eine motorische Einheit. Ein Aktionspotential wird über die neuromuskuläre Endplatte vom Motoneuron an die Muskelfaser weitergegeben.

Zwischen dem Axon eines Motoneurons und der Muskelfaser befindet sich eine Synapse, die neuromuskuläre Endplatte genannt wird. Trifft ein Signal vom Axon des Motoneurons ein, öffnen sich die spannungsabhängigen Ca²⁺-Kanäle in der Membran.
→ Durch den Anstieg der Calcium-Ionen verschmelzen die Vesikel, die den Transmitter Acetylcholin enthalten, mit der präsynaptischen Membran.
→ Acetylcholin wird in den synaptischen Spalt ausgeschüttet.
→ Es bindet an den nicotinergen Acetylcholin-Rezeptoren in der postsynaptischen Membran.
→ Ligandengesteuerte Na⁺-Kanäle öffnen sich und Natrium-Ionen strömen in die Muskelfaser ein.
→ Das Aktionspotential breitet sich weiter über das Sarkolemm aus.
→ Spannungsabhängige Ca²⁺-Kanäle im Sarkolemm (Dihydropyridinrezeptoren) werden durch ein ankommendes Aktionspotential geöffnet.
→ Es kommt zu einer Konformationsänderung der Rezeptoren.
→ In der benachbarten Membran werden die Ca²⁺-Kanäle (Ryanodinrezeptoren) geöffnet
→ Calcium-Ionen strömen ein und binden an das Protein Troponin (verhindert Bindung von Myosin und Aktin), wodurch eine Konformationsänderung des Troponins hervorgerufen wird.
→ Bindungsstelle von Myosin (Myosinkopf) wird freigegeben und bindet an Aktin
→ Unter Abgabe von ADP verschieben sich die Myosinbrücken in Richtung Sarkomerzentrum
→ Sobald ATP an den Myosinköpfen bindet, wird die Bindung zum Aktinfilament gelöst
→ ATP wird zu ADP und Phosphat gespalten und das Myosinköpfchen erhebt sich wieder
→ Durch diesen Zyklus verkürzt sich der Muskel immer eine Stückchen mehr, es findet eine Kontraktion statt

Sobald die Konzentration der Calcium-Ionen in der Zelle nicht mehr ausreicht um eine Konformationsänderung von Troponin hervorzurufen, ist die Kontraktion beendet.