Myofibrille
Myofibrille Definition
Eine Myofibrille ist ein Bestandteil des tierischen Skelettmuskels. Myofibrillen sind lange Filamente, die parallel zueinander verlaufen und Muskelfasern (Myo) bilden. Die Myofibrillen und die daraus entstehenden Myofasern können mehrere Zentimeter lang sein. Die Muskelfasern sind einzelne mehrkernige Zellen, die sich zu einem Muskel zusammenschließen. Die Myofibrillen bestehen aus sich wiederholenden Untereinheiten, den so genannten Sarkomeren. Diese Sarkomere sind für die Muskelkontraktionen verantwortlich.
Myofibrillenstruktur
Myofibrillen bestehen aus zwei Arten von Filamenten: dünnen Filamenten und dicken Filamenten. Dünne Filamente bestehen aus Strängen des Proteins Aktin und eines regulatorischen Proteins, die zusammengerollt sind, während dicke Filamente aus Strängen des Proteins Myosin bestehen. Die dünnen und dicken Filamente bilden teilweise überlappende Schichten, die in funktionellen Einheiten, den Sarkomeren, angeordnet sind. Aufgrund der Anordnung der Myofilamente weist die Myofibrille dunkle und helle Bänder auf, die den Muskeln ein gestreiftes Aussehen verleihen. Die dunklen Bänder werden als A-Bänder bezeichnet und bestehen aus dicken Filamenten und einigen dünnen Filamenten. In der Mitte der A-Bänder befindet sich die H-Zone, in der nur dicke Filamente vorhanden sind, und die M-Linie, die Enzyme enthält, die am Energiestoffwechsel beteiligt sind. Die hellen Bänder, die so genannten I-Bänder, sind die Regionen, die nur dünne Filamente enthalten, und befinden sich zwischen den A-Bändern. Die I-Banden befinden sich in der Mitte eines Bereichs, der als Z-Linie bekannt ist, einer Scheibe, die aus dem Protein α-Actinin besteht, das die dünnen Aktinfilamente verankert und als Grenze zwischen den Untereinheiten des Sarkomers fungiert.
Myofibrillenfunktion
Myofibrillen bestehen aus Sarkomeren, den funktionellen Einheiten eines Muskels. Die Funktion der Myofibrille besteht darin, die Muskelkontraktion über das Modell der gleitenden Fäden durchzuführen. Im Ruhezustand des Muskels überlappen sich die dünnen und dicken Filamente nur unvollständig, wobei einige Bereiche nur einen der beiden Typen enthalten. Wenn sich ein Muskel zusammenzieht, verkürzt sich die Länge der Sarkomere, da die dicken und dünnen Filamente übereinander gleiten, was zu einer größeren Überlappung zwischen den Filamenten und einer Verkürzung der H-Zone und des I-Bandes führt. Während die Länge der Sarkomere während der Muskelkontraktion abnimmt, ändert sich die Länge der Myofilamente selbst nicht.
Die Bewegung der Myofilamente wird durch die Hydrolyse von ATP in ADP und anorganisches Phosphat angetrieben. Im Ruhezustand ist ein ATP-Molekül an einen kugelförmigen Myosinkopf auf dem dicken Filament gebunden. Wenn das ATP hydrolysiert wird, ändert der Myosinkopf seine Konformation und bildet mit dem dünnen Filament eine so genannte Kreuzbrücke. Wenn die ADP- und Phosphatmoleküle freigesetzt werden, ändert der Myosinkopf erneut seine Form und schiebt das dünne Filament in Richtung der Mitte des Sarkomers. Wenn sich dann ein neues ATP-Molekül an den Myosinkopf bindet, kehrt dieser in seine ursprüngliche Konformation zurück und gibt das dünne Filament in seiner neuen Position näher an der zentralen M-Linie frei. Der Zyklus wiederholt sich dann: Das neue ATP-Molekül wird in ADP und anorganisches Phosphat hydrolysiert, und der Myosinkopf ändert seine Konformation, was dazu führt, dass das dünne Filament in die Mitte des Sarkomers geschoben wird. Jedes dicke Filament enthält mehrere hundert Myosinköpfe, die etwa fünfmal pro Sekunde Querbrücken mit den dünnen Filamenten bilden können. Die kontinuierlichen Kontraktionen der Myofibrillen führen zu einer Muskelkontraktion.
Muskelkontraktionen werden durch ATP angetrieben. Da die Muskelfaser selbst nur eine sehr geringe Menge an ATP speichert, stammt die Energie aus zwei anderen Verbindungen, die in den Muskeln gespeichert sind: Kreatinphosphat und Glykogen. Das in einer Muskelfaser gespeicherte ATP und das ATP, das aus Kreatinphosphat gebildet werden kann, werden für kurzfristige Energieschübe verwendet; sie können Energie für bis zu 15 Sekunden liefern. Glykogen kann eine langfristige Energiequelle darstellen, da Glykogen zu Glukose abgebaut wird, die dann durch Glykolyse und aerobe Atmung in ATP umgewandelt wird.
Diese Abbildung zeigt ein Sarkomer, eine Einheit innerhalb einer Myofibrille. Sie zeigt die dünnen Aktinfilamente und die dicken Myosinfilamente und wie sich ihre Positionen ändern, wenn sich ein Muskel zusammenzieht.
Quiz
1. Wie viele Arten von Myofilamenten gibt es in einer Myofibrille?
A. 1
B. 2
C. 4
D. keine
2. Welche Struktur dient als Grenze zwischen Sarkomeren?
A. A-Band
B. H-Zone
C. M-Linie
D. Z-Linie
3. Was ist die beste langfristige Energiequelle für die Muskelkontraktion?
A. ATP
B. Stärke
C. Glykogen
D. Kreatinphosphat