muskulatur_a

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Die Muskulatur
Muskulaturtyp
Glatte Muskulatur
Quergestreifte Muskulatur
Allgemeine Form
langgestreckte, spindelförmige Muskelzellen,
die verkürzbare Fasern
enthalten
mehrere Muskelzellen zu
sehr langen, parallelen
Muskelfasern verschmolzen
mehrere Muskelzellen zu
mittellangen, miteinander vernetzten Muskelfasern verschmolzen
Aussehen im
Lichtmikroskop (400x)
Anzahl Zellkerne pro
Muskelzelle /-faser
Länge der Muskelzelle
/-faser
Kontraktionsverhalten
(Geschwindigkeit,
Energieverbrauch)
Steuerung
unwillkürlich
Vorkommen
Herzmuskulatur
Bau der Skelettmuskulatur
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Muskelkontraktion
Muskelfasern kontrahieren sich nach dem Eintreffen eines genügend starken
Nervenimpulses. Zur Entspannung (= Dehnung) braucht es einen Gegenspieler
(Antagonisten).
Man unterscheidet:
- isotonische Kontraktionen:
Bsp.:
- isometrische Kontraktionen:
Bsp.:
Bei einer normalen Bewegung sind oft beide Formen beteiligt.
Bei der Faserkontraktion gleiten die Aktin- und Myosinfilamente ineinander. Dadurch
wird das Sarkomer und damit auch der Muskel verkürzt. Der Vorgang ist aber sehr
kompliziert und läuft äusserst schnell ab (ms). Einige Fakten sind bekannt, andere noch
eher Spekulation.
Eine mögliche Variante:
Die Aktinfilamente werden von zwei weiteren Proteinen
(Tropomyosin und Troponin) bedeckt. Diese verhindern
eine Verbindung zwischen Aktin und Myosin.
Trifft ein Nervenimpuls ein, wird viel Ca2+ in die
Muskelfaser ausgeschüttet. Das Ca2+ bindet sich mit dem
Troponin und bewirkt dadurch eine Verschiebung des
Tropomyosins.
Die beweglichen Endköpfchen des Myosins können sich
nun am Aktinfilament anlagern. Das ATP-Molekül auf
dem Myosinköpfchen wird nun gespalten, die
Spaltprodukte (ADP + Phosphat) lösen sich vom
Myosinköpfchen.
Nun kippt das Myosinköpfchen von seiner 90° Stellung in
eine 45° Stellung. Dadurch wird das Aktinfilament
angespannt (isometr. K.) resp. zur Mitte des Sarkomers
gezogen (isoton. K., um ca. 10 nm).
Das Myosinköpfchen löst die Bindung zum Aktinfilament
erst, wenn es ein neues ATP Molekül binden konnte. Nun
kann der ganze Prozess wieder von vorne beginnen.
Wichtig: Die Ca2+ Ionen müssen von
energieverbrauchenden Ionenpumpen immer wieder aus
der Muskelfaser in die umliegenden ER transportiert
werden.
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Ein Myosinköpfchen bleibt zwischen 10 und 100ms mit dem Aktinfilament verbunden.
Die Zugkraft eines Myosinmoleküls beträgt 10-12 N. Es braucht folglich 1 Billion "Köpfe",
um eine Tafel Schokolade zu halten (ca. 1N).
Energiebereitstellung für die Muskelarbeit
Der Muskel bezieht seine Energie ausschliesslich aus ATP. Allerdings ist dessen
Konzentration im Muskel so gering, dass sie bei schwerer Arbeit (z.B. 800 m Lauf) nur
gerade 2 s reicht, um den Bedarf zu decken.
Sobald das ATP Depot aufgebraucht ist, zerfällt energiereiches Kreatinphosphat, das
ebenfalls in der Muskulatur gespeichert ist, in Kreatin und Phophat. Das Phophat wird
energiereich an ADP gebunden. Nun steht also wieder ATP zur Verfügung. Aber nur bis
ca. 25 s. Dann ist auch das Kreatinphosphat aufgebraucht.
Mittlererweile wurde das in den Muskeln gespeicherte Glykogen unter dem Einfluss des
Ca2+ in Glukose verwandelt. Für die Veratmung der Glukose braucht es aber viel
Sauerstoff. Da sich der Puls und die Atemtiefe des Arbeitenden erst nach 1-2 Minuten
deutlich erhöhen, fehlt dem Körper Sauerstoff. In den Muskelfasern findet nun eine
Milchsäuregärung statt. Obwohl pro Molekül Glukose nur 2 Moleküle ATP gebildet
werden, liefert der anaerobe Abbau der Glukose den entscheidenden Beitrag zur ATPVersorgung in den ersten Minuten eines Laufes. Allerdings häuft sich im Muskel und im
Blut mit der Zeit Milchsäure an, die in zu grossen Mengen (> 1.5 g /l Blut) zu Atemnot
und damit zur Leistungsverminderung oder zum Zusammenbruch führt.
Deshalb wird bei längerdauerndem Arbeitseinsatz die ATP-Versorgung über den
oxidativen Abbau (Dissimilation) der Glukose gesichert. Hier werden nun pro Molekül
Glukose 36 Moleküle ATP verfügbar. Arbeitet die Muskulatur länger als 15 Minuten, so
wird nun auch Fett abgebaut. Der Fettabbau gibt zwar viel ATP, er braucht aber auch viel
Sauerstoff.
Nach Beendigung eines Laufs muss ein Sportler noch längere Zeit intensiv atmen, um
dem Körper genügend Sauerstoff zum Umbau der Milchsäure in Glukose (in der Leber)
und zur Regeneration des Kreatinphophats zu liefern.
Training
Regelmässiges Training (2-3 mal wöchentlich) bewirkt u.A. eine Zunahme
- des Herzvolumens fl
- der Anzahl Kapillaren in den Muskeln fl
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- der Anzahl Mitochondrien in den Muskelfasern fl
- verschiedener Enzyme in den Zellen fl
Zu einem angepassten Training gehören auch die entsprechenden Ruhepausen.
Ernährung
Ein grosses Glykogendepot in den Muskeln ist eine wichtige Vorraussetzung für eine gute
körperliche Leistung. Deshalb: a) Ausreichend kohlenhydratreiche Basisernährung,
b) nach Belastungsende rasche Wiederauffüllung der Glykogenspeicher,
c) zusätzliche Kohlenhydratzufuhr bei langen Ausdauerleistungen.