Vorkommen und Bau der Skelettmuskelfaser
Wo im Körper quergestreifte Muskulatur vorkommt und wie eine Skelettmuskelfaser vom Sarkomer bis zur Triade aufgebaut ist.
Das Wichtigste in Kürze
- Die Skelettmuskelfaser ist eine vielkernige Riesenzelle aus Myofibrillen, deren hintereinandergeschaltete Sarkomere die Querstreifung erzeugen.
- Äußere Augenmuskeln, Zunge, Zwerchfell und Stimmbänder sind quergestreift, ebenso das Herz; Atmung und Mimik beruhen auf quergestreifter Muskulatur.
- Das Sarkomer reicht von Z-Scheibe zu Z-Scheibe: dünne Aktinfilamente sind an den Z-Scheiben verankert, dicke Myosinfilamente liegen in der Mitte.
- Dünne Filamente bestehen aus Aktin, Tropomyosin und Troponin; Tubulin gehört zu den Mikrotubuli.
- T-Tubuli sind Einstülpungen des Sarkolemms, das sarkoplasmatische Retikulum speichert \(\ce{Ca^2+}\); ein T-Tubulus mit zwei terminalen Zisternen bildet eine Triade.
Worum es geht
Jede willkürliche Bewegung beruht auf Skelettmuskelfasern, deren Innenleben streng geordnet ist. Wer den Bau von Sarkomer, Myofilamenten und Membransystemen kennt, versteht später Kontraktion, motorische Endplatte und die Wirkung von Muskelrelaxanzien.
Muskelfaser im Überblick
Skelettmuskulatur gehört zu den erregbaren Geweben. Die Einordnung als Grundgewebe setzt diese Einheit voraus. Ein Muskel ist hierarchisch gebaut, ähnlich wie ein Kabel aus immer feineren Litzen.
- Muskel: von Bindegewebe umhüllt, aus vielen Faserbündeln
- Faserbündel: Gruppe paralleler Muskelfasern
- Muskelfaser: eine einzige, oft zentimeterlange Zelle mit vielen randständigen Kernen
- Myofibrille: kontraktiles Bündel im Inneren der Faser
- Sarkomer: kleinste kontraktile Einheit, viele davon hintereinander bilden die Myofibrille
Für die Muskelfaser gibt es eigene Namen. Ihre Zellmembran heißt Sarkolemm, ihr Cytoplasma Sarkoplasma.
Die Sarkomere benachbarter Myofibrillen liegen exakt auf gleicher Höhe. Ihre hellen und dunklen Abschnitte reihen sich deshalb über die ganze Faser aneinander. So entsteht im Mikroskop die typische Querstreifung, die dieser Muskulatur den Namen gibt.
Vorkommen
Quergestreift sind alle Skelettmuskeln. Dazu zählen auch Muskeln, die man nicht sofort mit dem Skelett verbindet. Sie lassen sich willkürlich ansteuern und werden von Motoneuronen innerviert.
| Organ oder Funktion | Muskulatur |
|---|---|
| Äußere Augenmuskeln | quergestreifte Skelettmuskulatur |
| Zunge | quergestreifte Skelettmuskulatur |
| Zwerchfell | quergestreifte Skelettmuskulatur |
| Stimmbänder | enthalten quergestreifte Muskulatur |
| Mimische Muskulatur | quergestreifte Skelettmuskulatur |
| Herz | quergestreifte Herzmuskulatur |
Die Atembewegung leisten vor allem Zwerchfell und Zwischenrippenmuskeln. Beide sind quergestreift. Auch die Mimik entsteht durch quergestreifte Gesichtsmuskeln. Glatte Muskulatur findet sich dagegen in den Wänden von Hohlorganen wie Darm, Gefäßen und Bronchien.
Auch das Herz besteht aus quergestreiften Muskelfasern. Es bildet aber einen eigenen Muskeltyp mit besonderer Erregung, die im Arbeitsmyokard behandelt wird.
Das Vorkommen wird im Examen gerne gefragt: Äußere Augenmuskeln, Zunge, Zwerchfell und Stimmbänder sind quergestreift, ebenso das Herz. Achte darauf, dass Atmung und Mimik auf quergestreifter Muskulatur beruhen, nicht auf glatter.
Sarkomer und Myofilamente
Das Sarkomer ist der Abschnitt einer Myofibrille zwischen zwei Z-Scheiben. Die Z-Scheiben sind Proteinplatten, die quer zur Faser liegen. Sie dienen als Ankerpunkte.
Im Sarkomer liegen zwei Sorten von Myofilamenten. Die dünnen Aktinfilamente sind an den Z-Scheiben verankert und ragen von beiden Seiten zur Mitte. Die dicken Myosinfilamente liegen in der Mitte und sind an der M-Linie verbunden. Dicke und dünne Filamente wechseln sich ab und greifen ineinander wie die Finger zweier gefalteter Hände.
Aus dieser Anordnung ergeben sich die Banden. Die dunkle A-Bande entspricht der Länge der Myosinfilamente. Die helle I-Bande enthält nur Aktin und wird von der Z-Scheibe halbiert. Die H-Zone in der Mitte enthält nur Myosin. Im Querschnitt ist jedes Myosinfilament hexagonal von Aktinfilamenten umgeben.
Im Schema gilt: Was an der Z-Scheibe hängt und dünn ist, ist Aktin. Was dick ist, in der Mitte liegt und die Z-Scheiben nicht berührt, ist Myosin.
Das dünne Filament besteht aus drei Proteinen. Grundgerüst ist F-Aktin, eine Doppelhelix aus Aktinmonomeren. In ihrer Furche liegt das fadenförmige Tropomyosin. In regelmäßigen Abständen sitzt daran Troponin, ein Komplex aus den Untereinheiten C, I und T. Troponin und Tropomyosin regulieren später, ob Myosin an Aktin binden kann.
Anders als Aktin gehört Tubulin nicht zu den Myofilamenten. Tubulin baut die Mikrotubuli des Cytoskeletts auf. Aktin dagegen kennt man auch als Aktinfilament des Cytoskeletts.
T-Tubuli und sarkoplasmatisches Retikulum
Eine Muskelfaser ist dick. Ein Signal an der Oberfläche muss deshalb schnell ins Innere gelangen. Dafür besitzt sie zwei Membransysteme.
Die T-Tubuli (transversale Tubuli) sind röhrenförmige Einstülpungen des Sarkolemms ins Zellinnere. Sie verlaufen quer zur Faserachse und liegen im Skelettmuskel am Übergang von A- zu I-Bande. Ihr Lumen steht mit dem Extrazellulärraum in Verbindung.
Das sarkoplasmatische Retikulum (SR) ist ein membranumschlossenes Hohlraumsystem im Zellinneren. Es ist eine Sonderform des glatten ER und umspinnt jede Myofibrille netzartig in Längsrichtung. Das SR speichert \(\ce{Ca^2+}\). Zu den T-Tubuli hin erweitert es sich zu terminalen Zisternen.
Ein T-Tubulus bildet mit den beiden angrenzenden terminalen Zisternen eine Triade. Hier liegen Zellmembran und SR dicht beieinander. Wie dort das Aktionspotential die Calciumfreisetzung auslöst, zeigt die elektromechanische Kopplung.
Im Schema erkennst du den T-Tubulus als Röhre, die direkt aus der äußeren Membran nach innen zieht. Das SR ist das längs verlaufende Netz um die Myofibrillen. Pfeile mit \(\ce{Ca^2+}\), die ins Sarkoplasma zeigen, gehen vom SR aus.
Bei der Kontraktion verkürzen sich nur die Sarkomere, weil die Filamente aneinander vorbeigleiten. Triaden und T-Tubuli sind Membranstrukturen und verkürzen sich nicht.
Quiz
Aussage 1
Die Herzmuskulatur besteht aus quergestreiften Muskelfasern.
Das Herz ist quergestreift, bildet aber einen eigenen Muskeltyp neben der Skelettmuskulatur.
Aussage 2
Das Zwerchfell besteht aus glatter Muskulatur, da die Atmung unwillkürlich abläuft.
Das Zwerchfell ist quergestreifte Skelettmuskulatur. Die Atembewegung leisten quergestreifte Muskeln.
Aussage 3
Die dicken Myosinfilamente sind an den Z-Scheiben verankert.
An den Z-Scheiben sind die dünnen Aktinfilamente verankert. Myosin liegt in der Mitte des Sarkomers und ist an der M-Linie verbunden.
Aussage 4
Ein Sarkomer ist der Abschnitt einer Myofibrille zwischen zwei Z-Scheiben.
Die Z-Scheiben begrenzen das Sarkomer und verankern die Aktinfilamente.
Aussage 5
Tubulin ist neben Aktin ein Bestandteil der dünnen Myofilamente.
Die dünnen Filamente bestehen aus Aktin, Tropomyosin und Troponin. Tubulin bildet Mikrotubuli.
Aussage 6
T-Tubuli sind röhrenförmige Einstülpungen des Sarkolemms ins Innere der Muskelfaser.
T-Tubuli gehen von der Zellmembran aus und stehen mit dem Extrazellulärraum in Verbindung. Das SR ist dagegen ein inneres Hohlraumsystem.
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