Was ist die Rolle des Aktionspotentials in Muskeln?
Wenn Muskelzellen stimuliert werden, ziehen sie sich zusammen und üben eine Kraft in eine Richtung aus. Die Stimulation der Muskelzellen wird durch Nervenimpulse verursacht, die vom Zentralnervensystem zu den Muskeln übertragen werden. Wenn der Nervenimpuls das Ende des Neurons erreicht, bewirkt er eine Übertragung des Aktionspotentials in die Muskeln, was zu einer Kontraktion führt.
Es gibt drei Arten von Muskelzellen im Körper: Herz, Glatt und Skelett. Der Herzmuskel befindet sich nur im Herzen und hat eine eigene Methode zur Kontraktion, obwohl die Nerven ihn bei Bedarf zur Beschleunigung oder Verlangsamung anregen können. Glatte Muskeln befinden sich in Schichten, die die Organe umgeben, und werden vom autonomen oder unwillkürlichen Nervensystem stimuliert. Der Skelettmuskel besteht aus Fasern und verursacht Bewegung. Das Aktionspotential in den Muskeln des Skeletts wird vom somatischen oder willkürlichen Nervensystem getragen.
Muskelzellen ziehen sich nicht von selbst zusammen, sondern müssen zunächst durch einen Nervenimpuls stimuliert werden. Die Axone von Neuronen treffen am neuromuskulären Übergang auf Muskelzellen. Um sicherzustellen, dass die Muskelkontraktion gleichzeitig und schnell erfolgt, gibt es viele neuromuskuläre Verbindungen, die über einen Muskel verteilt sind. Alle diese Neuronen senden gleichzeitig Impulse aus, um ein Aktionspotential in den Muskeln auszulösen. Das Vorhandensein vieler neuromuskulärer Verbindungen für jeden Muskel ermöglicht es dem Körper, die Kraft der Kontraktion zu steuern, indem die Anzahl der Einheiten variiert wird, die den Impuls an den Muskel senden.
Wenn das Aktionspotential an einem neuromuskulären Übergang das terminale Ende des Axons erreicht, verschmelzen die Vesikel mit der Zellmembran und ermöglichen die Freisetzung eines Neurotransmitters - Acetylcholin. Der Neurotransmitter breitet sich über die Lücke zwischen dem Neuron und der Muskelzelle aus, bis er das Sarkolemma erreicht, das die Membran ist, die eine Muskelzelle umgibt. Acetylcholin bewirkt, dass sich die Permeabilität des Sarkolemms ändert, so dass Natriumionen in die Membran eintreten und diese verlassen können. Diese Änderung der Ionen depolarisiert die Membran und bewirkt, dass ein Aktionspotential in den Muskeln ausgelöst wird.
Wenn ein Muskel ruht, blockiert Tropomyosin die Myosin-Bindungsstellen, die sich auf den Aktinfilamenten befinden. Während einer Kontraktion bindet sich Myosin an Aktin und führt eine Art Ruderaktion entlang der Aktinfilamente durch. Dadurch zieht sich der Muskel zusammen. Dazu muss Myosin in der Lage sein, sich an Actin zu binden, daher muss das Tropomyosin bewegt werden.
Die durch den Nervenimpuls verursachte Depolarisation breitet sich über das Sarkolemma und das T-System aus - ein Röhrensystem, das mit dem sarkoplasmatischen Retikulum verbunden ist. Sowohl das T-System als auch das sarkoplasmatische Retikulum enthalten Calciumionen, die freigesetzt werden, wenn in den Muskeln ein Aktionspotential besteht. Die Calciumionen diffundieren durch die Muskelzelle und lagern sich an ein Protein namens Troponin an, das an die Tropomyosin-Filamente an den Aktinfasern gebunden ist. Das Troponin verändert seine Form, wenn sich Calciumionen daran anlagern, wodurch die Tropomyosinfilamente bewegt und die Myosinbindungsstellen entlang der Aktinfasern freigesetzt werden. Myosin kann nun mit Aktin in Kontakt kommen und eine Muskelkontraktion verursachen.