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Sarkomer
Jedes Sarkomer ist hauptsächlich aus drei mikroskopisch kleinen, kontraktilen Proteinen aufgebaut, die sich zu Filamenten (Proteinfäden) zusammensetzen, welche …
Inhalt5 Abschnitte
Grundaufbau und Bedeutung
Das Sarkomer ist die kleinste funktionelle Einheit einer Muskelfibrille (Myofibrille) und damit der Muskulatur. Muskelfibrillen verlaufen längs durch die Muskelfaser; in ihnen sind zahlreiche Sarkomere regelmäßig hintereinander angeordnet. Im Ruhezustand ist ein Sarkomer etwa 2 bis 2,5 Mikrometer lang.
Ein Sarkomer besteht hauptsächlich aus den kontraktilen Proteinen Aktin, Myosin und Titin. Diese bilden mikroskopisch kleine Filamente, also Proteinfäden. Aktin bildet dünne Filamente, Myosin dicke Filamente. Titin ist elastisch und verbindet die Myosinfilamente mit den Begrenzungen des Sarkomers.
Begrenzungen, Filamente und Motorproteine
Die beiden Z-Scheiben, auch Z-Streifen oder Z-Linien genannt, begrenzen ein Sarkomer an seinen Enden. An jeder Z-Scheibe sind auf beiden Seiten dünne Aktinfilamente befestigt. Deshalb reicht ein Aktinfilament jeweils in zwei benachbarte Sarkomere hinein. Zwischen den Enden der Aktinfilamente liegen die dickeren und im mikroskopischen Bild dunkleren Myosinfilamente.
Die Myosinfilamente sind über das elastische Protein Titin mit den beiden benachbarten Z-Scheiben verbunden. Titin hält sie während der Kontraktion zwischen den Z-Scheiben zentriert und wirkt vermutlich wie eine Feder. Zu den Z-Scheiben hin ist es deshalb federartig gewunden. Die Enden der Aktinfilamente und der Myosin-Titin-Filamente überlappen sich.
Myosine sind die Motorproteine des Aktins. Es sind mehr als 15 Klassen mit jeweils mehreren Untertypen bekannt. Ein typisches Myosinmolekül besitzt einen Schwanz und ein Köpfchen. Der Schwanz kann mit anderen Strukturen, etwa einem zu transportierenden Vesikel, oder mit einem weiteren Myosinschwanz verbunden sein. Das Köpfchen kann an Aktin binden und wirkt als ATPase: Es spaltet ATP und nutzt die frei werdende Energie, um seinen Winkel zu verändern. Dadurch kann sich das Myosinmolekül am Aktinfilament entlangbewegen.
Bänder und Zonen
In der Mitte des Sarkomers und der Myosinfilamente liegt die M-Scheibe, auch M-Streifen oder M-Linie genannt. M- und Z-Scheiben dienen wahrscheinlich der mechanischen Querstabilisierung der Aktin- und Myosinfilamente.
Die Abschnitte lassen sich nach ihrer Lage und den dort vorhandenen Filamenten unterscheiden:
- Die H-Zone liegt um die M-Scheibe. Dort befinden sich nur Myosinfilamente.
- Das I-Band liegt um eine Z-Scheibe. Es enthält nur Aktinfilamente und ist isotrop, also einfach lichtbrechend.
- Das A-Band liegt zwischen zwei I-Bändern. Es ist anisotrop, also doppelt lichtbrechend.
Die symmetrische Reihenfolge der Abschnitte lautet: Z – I – A – H – M – H – A – I – Z. Insgesamt umfasst ein Sarkomer ein A-Band und zwei halbe I-Bänder.
Verkürzung bei der Muskelkontraktion
Bei einer Muskelkontraktion bewegen sich die Aktinfilamente zusammen mit den daran befestigten Z-Scheiben in Richtung der mittleren M-Scheibe und der Myosinfilamente. Dabei verändern Aktin- und Myosinfilamente ihre Eigenlänge nicht; eine Ausnahme bildet das elastische Titin. Stattdessen verändert sich die Überlappung der Filamente und damit die Länge des gesamten Sarkomers: Bei einer Kontraktion wird es kürzer, bei einer Dehnung länger.
Zusammenhang mit Muskelkater
Eine mögliche Erklärung für Muskelkater sind Reparaturprozesse nach Mikroverletzungen der Z-Scheiben. Solche sehr kleinen Verletzungen entstehen vor allem bei exzentrischer Muskelarbeit, also wenn ein Muskel abbremsend arbeitet.
