Energie und Fasertypen

Ein Muskel speichert nur genug ATP für wenige Sekunden Kontraktion, deshalb muss er ständig neues bilden.

Ein kleiner Tank

Jeder Querbrückenzyklus und jede Calciumpumpe verbraucht ATP, aber eine Muskelfaser enthält nur genug ATP für wenige Sekunden Kontraktion. Sie muss ATP etwa so schnell nachbilden, wie sie es verbraucht. Muskelzellen haben dafür drei Wege, die sich darin unterscheiden, wie schnell sie arbeiten und wie lange sie durchhalten.

Kreatinphosphat: die ersten Sekunden

In einem ruhenden Muskel gibt überschüssiges ATP eine Phosphatgruppe an ein Molekül namens Kreatin ab, und es entsteht Kreatinphosphat. Beginnt die Kontraktion, überträgt das Enzym Kreatinkinase das Phosphat wieder auf ADP, und es entsteht erneut ATP. Die Reaktion ist sehr schnell, aber der Vorrat ist klein und reicht nur für etwa 15 Sekunden Arbeit.

Glykolyse: schnell, aber verschwenderisch

Danach folgt die Glykolyse, die Glucose ohne Sauerstoff abbaut. Die Glucose stammt aus dem Blut oder aus Glykogen, das im Muskel gespeichert ist. Die Glykolyse ist langsamer als Kreatinphosphat und nicht sehr effizient: Jedes Glucosemolekül bringt netto nur zwei ATP und zwei Moleküle Brenztraubensäure. Fehlt Sauerstoff, wird die Brenztraubensäure in Milchsäure umgewandelt. So kann die Glykolyse weiterlaufen, was aber zur Ermüdung beitragen kann. Allein kann die Glykolyse nur etwa eine Minute Aktivität antreiben, genug für kurze, intensive Belastungen.

Aerobe Atmung: langsam und gleichmäßig

Mit Sauerstoff bauen die Mitochondrien Glucose, Brenztraubensäure und Fettsäuren vollständig zu Kohlenstoffdioxid und Wasser ab. Diese aerobe Atmung liefert etwa 30 bis 32 ATP pro Glucosemolekül, weit mehr als die Glykolyse, ist aber langsamer und braucht eine stetige Sauerstoffversorgung. Sie liefert etwa 95 Prozent des ATP, das Muskeln in Ruhe oder bei mäßiger Arbeit verbrauchen. Ein Protein namens Myoglobin hält in den Fasern einen kleinen Sauerstoffvorrat bereit. Nach großer Anstrengung bleibt die Atmung noch eine Weile schnell, weil zusätzlicher Sauerstoff nötig ist, um ATP und Kreatinphosphat wieder aufzufüllen und die Milchsäure zu verarbeiten. Diesen zusätzlichen Bedarf nennt man Sauerstoffschuld.

Warum Muskeln ermüden

Muskelermüdung bedeutet, dass ein Muskel nicht mehr voll auf die Signale des Nervensystems reagieren kann. Ihre Ursachen sind nicht vollständig geklärt. Sinkendes ATP, ein sinkender pH-Wert in der Zelle, und ein gestörtes Gleichgewicht von Natrium und Kalium, das die Calciumfreisetzung beeinträchtigt, werden alle damit in Verbindung gebracht. Das Nervensystem verteilt die Arbeit außerdem: Bei langen, gleichmäßigen Aufgaben ruhen manche motorischen Einheiten, während andere aktiv sind.

Drei Fasertypen

Skelettmuskelfasern unterscheiden sich darin, wie schnell sie sich zusammenziehen und wie sie ATP bilden. Langsame oxidative Fasern (SO) kontrahieren langsam und setzen auf aerobe Atmung. Sie sind dünn, reich an Mitochondrien und Kapillaren und durch Myoglobin rot gefärbt. Sie erzeugen mäßige Spannung, halten aber lange durch, was gut zum Halten der Körperhaltung passt. Schnelle oxidative Fasern (FO) kontrahieren schnell, nutzen aber weiterhin vor allem Sauerstoff. Sie erzeugen mehr Spannung und ermüden etwas früher; sie eignen sich für Bewegungen wie Gehen. Schnelle glykolytische Fasern (FG) sind dick, speichern viel Glykogen und setzen auf Glykolyse. Sie sind blass, ziehen sich schnell und kraftvoll zusammen und ermüden rasch. Schnelle Fasern spalten ATP etwa doppelt so schnell wie langsame, deshalb laufen ihre Querbrückenzyklen schneller. Die meisten Muskeln enthalten alle drei Typen, in einem Verhältnis, das zu ihrer Aufgabe passt.

Schalte im Modell ATP aus, um zu sehen, was ein leerer Vorrat auf der Ebene der Querbrücken bedeuten würde.

Dies ist Lernmaterial darüber, wie der Körper aufgebaut ist und funktioniert. Es ist keine medizinische Beratung und dient nicht dazu, Krankheiten zu diagnostizieren oder zu behandeln.