Das Gleitfilamentmodell

Wenn sich ein Sarkomer verkürzt, wird weder Aktin noch Myosin kürzer. Die Filamente gleiten aneinander vorbei.

Zwei Arten von Filamenten

Unter einem starken Mikroskop zeigt eine Skelettmuskelfaser abwechselnd dunkle und helle Banden. Das Muster entsteht durch zwei Arten von Proteinfilamenten in jedem Sarkomer. Dünne Filamente bestehen hauptsächlich aus Aktin, das wie zwei Perlenschnüre zu einem Strang verdreht ist. An ihm entlang liegen die Regulatorproteine Tropomyosin und Troponin. Die dünnen Filamente sind an den Z-Scheiben an beiden Enden des Sarkomers verankert und zeigen zur Mitte. Dicke Filamente bestehen aus Myosin, jedes aus etwa 300 Molekülen. Sie liegen in der Mitte und werden an der M-Linie zusammengehalten. Ihre Köpfe ragen zu den dünnen Filamenten hin, überall außer in einem kahlen Abschnitt in der Mitte.

Die Namen der Banden

Die Banden wurden nach ihrem Aussehen benannt. Die A-Bande ist die dunkle Bande. Ihre Breite entspricht der Länge der dicken Filamente. In den äußeren Bereichen der A-Bande überlappen sich dünne und dicke Filamente. Die I-Bande ist der helle Bereich zu beiden Seiten einer Z-Scheibe, in dem es nur dünne Filamente gibt. Die H-Zone ist der hellere mittlere Teil der A-Bande, in dem nur dicke Filamente liegen, und durch ihre Mitte verläuft die M-Linie. Ein Sarkomer reicht von einer Z-Scheibe bis zur nächsten. Es enthält also eine ganze A-Bande und an jedem Ende eine halbe I-Bande.

Was sich ändert und was gleich bleibt

Vergleicht man ein entspanntes mit einem kontrahierten Sarkomer, ändern sich drei Dinge: Die Z-Scheiben rücken näher zusammen, die I-Bande wird schmaler und die H-Zone wird schmaler. Die A-Bande behält genau dieselbe Breite. Würden die Filamente selbst kürzer, müsste auch die A-Bande schrumpfen. Da sie das nicht tut, müssen die Filamente ihre Länge behalten und aneinander vorbeigleiten, sodass der Bereich, in dem sie sich überlappen, größer wird. Diese Erklärung heißt Gleitfilamentmodell. Bei voller Kontraktion überlappen sich dünne und dicke Filamente vollständig, und die I-Bande verschwindet fast ganz.

Ziehe im Modell den Regler Kontraktion und lies die Zahlen in der Ecke ab. Sarkomer, I-Bande und H-Zone werden dabei immer kleiner. Die A-Bande bleibt die ganze Zeit beim selben Prozentwert.

Wer zieht an wem?

Die dicken Filamente bleiben, wo sie sind, und die dünnen Filamente bewegen sich. Myosinköpfe greifen die dünnen Filamente und ziehen sie zur M-Linie. Weil die dünnen Filamente an den Z-Scheiben befestigt sind, werden die Z-Scheiben nach innen gezogen. Die Köpfe auf der linken Hälfte eines dicken Filaments ziehen in die eine Richtung, die auf der rechten Hälfte in die andere. So rücken beide Enden des Sarkomers zur Mitte hin. Benachbarte Sarkomere teilen sich ihre Z-Scheiben. Wenn sich also jedes Sarkomer einer Myofibrille ein wenig verkürzt, verkürzt sich die Myofibrille und damit die ganze Faser deutlich.

Zu lang oder zu kurz

Myosinköpfe können Aktin nur dort greifen, wo sich die beiden Filamentarten überlappen. Deshalb beeinflusst die Länge eines Sarkomers, wie viel Spannung es erzeugen kann. Das nennt man Längen-Spannungs-Beziehung. Sarkomere erzeugen die größte Spannung bei etwa 80 bis 120 Prozent ihrer Ruhelänge. Dehnt man ein Sarkomer weit darüber hinaus, wird die Überlappung kleiner, und weniger Köpfe erreichen das Aktin. Drückt man es viel kürzer zusammen, schieben sich die dünnen Filamente an den letzten Köpfen vorbei und drängen sich in der Mitte, sodass die Spannung wieder sinkt. Ein Sarkomer, das so weit gedehnt ist, dass sich die Filamente gar nicht mehr überlappen, könnte keine Spannung erzeugen. Bindegewebe und andere Proteine im Muskel verhindern das aber normalerweise.

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.