2 Muskulatur Flashcards
(2.1.2-1) Beschreiben Sie den Aufbau eines Aktinfilamentes
- 2 ineinander verdrehte F-Aktin-Polymere, die wiederum aus vielen G-Aktinen aufgebaut sind
- Tropomyosin (windet sich um Aktin)
- Regulatorproteinen: Troponin -> Skelettmuskel, Caldesmon + Calponin -> glatte Muskel
(2.1.1-1) Beschreiben Sie den Aufbau einer Muskelzelle
- Sarkolemm = Plasmamembran, Sarkoplasma = Zytoplasma
- im Sarkoplasma: Myofilamente aus Aktin + Myosin (=kontraktiler Apparat)
- Myofibrille = aus einer Gruppe von Myofilamenten
- Mitochondrien + SR (L-Tubuli) um Myofibrillen
- T-Tubuli = Einstülpungen des Sarkolemms nach innen
(2.1.2-2) Welche Struktur des Aktin interagiert bei der Kontraktion direkt mit dem Myosin?
G-Aktin
(2.1.2-3) Welche Rolle spielen die Regulatorproteine des Aktin?
- ermöglichen in Abhängigkeit von Ca den Querbrückenzyklus
- Skelettmuskulatur: Ca von Troponin C gebunden
- glatte Musk.: Ca von Calmodulin gebunden
(2.1.2-4) Beschreiben Sie den Aufbau der Myosinfilamente
- aus ca. 300 einzelnen Myosinmolekülen
- Myosin: aus leichten und schweren Kette
- schwere Ketten: N-terminal ein Köpfchen -> kann Aktin binden
(2.1.2-5) Beschreiben Sie den allgemeinen Kontraktionszyklus
- an Myosin gebundenes ATP wird zu ADP und Pi hydrolysiert -> Energie speichert Myosinkopf (richtet sich in rechtem Winkel auf)
- Querbrückenbildung: Bindung des Myosinkopfs an Aktinfilament (nur in Gegenwart von Calcium)
- nacheinander werden Pi und ADP freigesetzt -> gespeicherte Energie wird frei -> Myosinkopf knickt um 45Grad ab und zieht am Aktin entlang (Kraftschlag -> Verkürzung)
- Bindung von ATP, um Bindung von Aktin und Myosin zu lösen
(2.2.1-1) Beschreiben Sie kurz die Entstehung der Skelettmuskelzellen
- entstehen durch Verschmelzung vieler Einzelzellen
- > mehrkernige synztitiale Riesenzellen
(2.2.1-2) Beschreiben Sie den Aufbau des kontraktilen Apparats der Skelettmuskelzellen
-
(2.2.1-3) An welchen Strukturen haftet das Myosin bzw. das Aktin?
- Myosin: M-Streifen
- Aktin: Z-Streifen
Welche Funktion hat das Titin?
- elastisches Filament
- verbindet Z- und M-Streifen miteinander
- führt zu einem Spannungsanstieg in der Muskelfaser bei passiver Dehnung
- sorgt für elastische Rückstellkraft gedehnter Muskelfasern
Kommt Titin auch im Herzmuskel vor?
Ja, auch im Herzmuskel gibt es eine Isoform des Titins
Welche Bedeutung hat das Tropomyosin?
- lagert sich in Ruhe (Ca-Konz.: 10^-8 mol/L) an das Aktin und blockiert damit Myosin-Bindestellen
- bei hoher Ca-Konz.: Calcium bindet an Troponin, der Komplex entfernt Tropomyosin aus Myosin-Bindestelle
Beschreiben Sie die Funktion des SR
- Ca-Speicher des Muskels
- gespeichertes Calcium kann bei Kontraktion schnell ins Sarkoplasma abgegeben werden (-> Ca-Troponin-Komplex)
- Ca-ATPase (SERCA) transportiert Ca zurück ins SR
- Ca-Konz. im SR ca. 10.000-fach höher als im Zytoplasma
- wird auch L-Tubulus genannt, benachbart zum T-Tubulus (Sarkolemm)
- bildet im Bereich der Z-Scheiben terminale Zisternen (-> elektromechanische Kopplung)
Beschreiben Sie die Innervation der Skelettmuskelfaser
- motorische Endplatte: chemische Synapse mit ACh als Rezeptor
- ACh verursacht durch Rezeptorbindung Öffnung von Kationen-Kanälen -> EPP
- motorische Einheit: aus alpha-Motoneuron und den durch ihn innervierten Muskelfasern
Beschreiben Sie den Vorgang der Transmitterfreisetzung an der neuromuskulären Endplatte
- cholinerge Synapse: ACh ist Transmitter
- Axon des Motoneurons bildet Endkolben
- ACh bindet an nikotinerge ACh-Rezeptoren
- Bindung -> Depolarisation -> EPP -> ist überschwellig, löst AP aus
Beschreiben Sie den Vorgang der elektromechanischen Kopplung
- AP depolarisiert Muskelfaser -> triggert Ca-Freisetzung aus dem SR:
- > Depolarisation öffnet spannungsgesteuerte Ca-Kanäle (Dihydropyiridin-Rezeptoren) in Membran der T-Tubuli
- > DHP-Rezeptoren bzw. Calcium öffnen Ryanodin-Rezeptoren in Membran der L-Tubuli
- Großteil des Ca wird aus SR freigesetzt, Anstieg Konzentration von 10^-8 auf bis 10^-5
- Calcium bindet an Troponin -> Querbrückenzyklus
Was versteht man unter der Triade?
wird gebildet aus:
- T-Tubuli mit DHP-Rez.
- L-Tubuli mit Ryanodin-Rez.
Womit ist sichergestellt, dass der Muskel sich auch effektiv verkürzt?
- ein einzelner Querbrückenzyklus würde nur Verkürzung von 1% hervorrufen
- > viele Zyklen hintereinander
- > Zyklus läuft gleichzeitig in allen Sarkomeren einer Muskelfaser ab
Wodurch kommt es zur Beendigung der Kontraktion im Skelettmuskel?
- läuft, so lange ATP und Ca hoch
- keine neuen APs -> Ca wird aktiv über Ca-ATPase (SERCA) in SR gepumpt
- Relaxation des Muskels, wenn Ca so niedrig, dass Tropomyosin wieder Myosinbindestellen des Aktins blockiert
Wie kommt die Ruhedehnungskurve zustande?
- an einem isolierten Muskel werden unterschiedliche Gewichte angehängt
- Gewichte verursachen Muskelspannung
- die Last, um eine weitere Dehnung hervorzurufen, steigt überproportional zur zunehmenden Muskeldehnung an
- die Elastizität des Muskels nimmt mit steigender Vordehnung ab (v.a. durch das Titin)
Beschreiben Sie die isometrische Kontraktion und die entsprechende Kurve im Diagramm
- Muskel zwischen zwei Enden fixiert, elektrisch für Kontraktion gereizt
- Länge des Muskels bleibt konstant
- entwickelt bei Reizung eine Spannung
- die maximal entwickelte Kraft ist abhängig von der Vordehnung: jedem Punkt auf der RDK lässt sich ein Punkt auf der Kurve der isometrischen Maxima zuordnen
- Kurve der isometrischen Maxima: maximale Kraftentwicklung bei bestimmter Vordehnung
Nennen Sie ein Beispiel einer isometrischen Kontraktion
Halten eines Gegenstandes auf konstanter Höhe
Beschreiben Sie die isotonische Kontraktion
- Muskel an einem Ende mit Gewicht beschwert und dann zur Kontraktion gebracht
- isotonisch: Spannung bleibt konstant bei Verkürzung
- je größer Vordehnung, desto geringer kann sich Muskel verkürzen
- Kurve der isotonischen Maxima: maximale Längenänderung bei bestimmter Vordehnung
Nennen Sie ein Beispiel für die isotonische Kontraktion
Anheben eines frei beweglichen Gewichts
Was versteht man unter einer Anschlagszuckung?
- erst isotonische Kontraktion, dann isometrische
- Beispiel: Kieferschluss
Was versteht man unter der Unterstützungszuckung?
- erst isometrische Kontraktion, dann isotonische
- Beispiel: Anheben eines Gewichts
Was versteht man unter der auxotonen Kontraktion?
- kommt der Realität am nächsten
- isometrische und isotonische Kontraktion finden gleichzeitig statt
Wie lässt sich die vom Muskel geleistete Arbeit berechnen?
- aus dem Kraft-Längen-Diagramm:
Arbeit = Kraft x Weg
In welchen Fällen ist die vom Muskel geleistete Arbeit gleich Null?
- rein isometrische Kontraktion: Weg = 0 -> Arbeit = 0
- Verkürzung des Muskels ohne Anhängelast
Wann ist die Muskelarbeit am höchsten?
- bei einer mittleren Last
- bei höherer Anhängelast nimmt sie wieder ab, da kürzere Strecke zurückgelegt
Wird vom menschlichen Organismus bspw. bei rein isometrischer Kontraktion keine Arbeit geleistet?
- doch, zwar ist dies physikalisch keine Arbeit
- aber: ATP wird verbraucht, Energie wird in Form von Wärme abgegeben
Was versteht man unter der Leistung eines Muskels? Wann ist die Muskelleistung am höchsten?
- Muskelleistung: Arbeit eines Muskels innerhalb einer bestimmten Zeit
- Leistungsmaximum: bei 1/3 der maximalen Verkürzungsgeschwindigkeit und 1/3 der Maximalkraft
Die vom Muskel geleistete Kraft ist maximal bei…
- mäßiger Last
- bei einer Sarkomerlänge von ca. 2,2 mikrometer
Wie verhält sich die Last zur Verkürzungsgeschwindigkeit eines Muskels?
Je geringer die Last, desto höher die mögliche Verkürzungsgeschwindigkeit
Über welche Mechanismen lässt sich die Kontraktionsstärke regulieren?
- Rekrutierung zusätzlicher motorischer Einheiten
- Veränderung der neuronalen AP-Frequenz
Wie erfolgt die Regulation der Kontraktionsstärke über Rekrutierung motorischer Einheiten?
- je mehr Muskelfasern zu einer motorischen Einheit, umso präziser die Bewegung
- je mehr motorische Einheiten rekrutiert werden, umso stärker ist die entwickelte Kraft
Wie erfolgt die Regulation der Kontraktionsstärke durch Steuerung der neuronalen Impulsfrequenz?
- Superposition: Auf eine Einzelzuckung folgt noch vor der vollständigen Relaxation des Muskels eine weitere Zuckung
- > stärkere Muskelverkürzung + stärkere Kraftentwicklung
- Tetanus:
- > mehrere APs hintereinander, Kontraktionen überlagern sich teilweise
- > vollständiger Tetanus: hohe AP-Frequenzen, keine Relaxation
- die Stärke der Kontraktion nimmt der AP-Frequenz zu
Was versteht man unter der Fusionsfrequenz?
Minimale Reizfrequenz, die gerade ausreicht, um einen vollständigen Tetanus auszulösen
Wodurch zeichnen sich weiße Muskelfasern (Typ-II) aus?
- schnelle Bewegungen, ermüden schnell
- hohe ATPase-Aktivität der Myosin-Köpfchen (-> schnellere Kontraktion)
- hoher ATP-Bedarf -> anaerobe Glykolyse, viel LDH, viel Glykogen
- wenig Myoglobin, wenig Mitochondrien
Wodurch zeichnen sich rote Muskelfasern (Typ-I) aus?
- v.a. Haltefunktion
- kontrahieren langsamer, ermüdungsresistent
- aerober Stoffwechsel, wenig LDH
- viele Mitochondrien, viele Kapillaren, viel Myoglobin (-> rote Farbe)
Überprüfen Sie folgende Aussage: Die glatte Muskulatur kontrahiert sich stärker als die quer gestreifte Muskulatur
Falsch: Bei gleichem Muskelquerschnitt kontrahieren quer gestreifte und glatte Muskulatur mit gleicher Kraft
Worin untersheidet sich die glatte Muskelzelle in ihrem Aufbau von der Skelettmuskelzelle?
- einkernige Muskelzellen
- Aktin-Myosin-Filamente nicht regelmäßig angeordnet, ins Zytoskelett eingeflochten -> stärkere Verkürzung (aber mit gleicher Kraft!)
- kein Troponin, stattdessen Calmodulin (bildet mit Ca Komplex -> Phosphorylieren Caldesmon -> Aktin-Bindestelle frei)
Der Calcium-Bindungspartner in der glatten Muskulatur ist…
Calmodulin
Wie sind die glatten Muskelzellen zueinander organisiert?
- untereinander über gap junctions verbunden (elektrische und chemische Kommunikation)
Welche Zellgruppen werden in der glatten Muskulatur unterschieden?
- Single-Unit-Zellen: kontrahieren zeitgleich (durch Gap junctions), nicht direkt innerviert -> Innervation durch chemische Mediatoren gesteuert
- Multi-Unit-Zellen: werden direkt innerviert, keine Gap junctions
Wo kommen Zellen vom Multi-Unit-Typ vor?
- größere Blutgefäße
- Bronchien
- Mm. erectores pili
Was sind die Auslösefaktoren der glatten Muskelzelle?
- Umgebungsfaktoren (z.B. Dehnung)
- Hormone (Histamin, Serotonin, Oxytocin)
- metabolische Faktoren (pH-Wert, O2-Versorgung)
Wie erfolgt die nervale Erregung der glatten Muskelzellen?
- keine motorische Endplatte
- Transmitter werden in direkter Nähe der Muskelzellen von vegetativen Nervenfasern ausgeschüttet
Wie kann das Ausmaß der Kontraktion in der glatten Muskelzelle reguliert werden?
- kein Alles-oder-Nichts-Prinzip
- zunehmende Depolarisation der Muskelzelle führt zum verstärkten Ca-Einstrom in die Zelle -> zunehmende Kontraktion
- Hyperpolarisation führt zur Relaxation der glatten Muskelzelle
Beschreiben Sie den Kontraktionsablauf in der glatten Muskelzelle
- ähnliche Aktin-Myosin-Interaktionen wie in Skelettmuskelzelle
- wenig SR + T-Tubuli -> Großteil des Ca kommt vom EZR über spannungsabh. spezifische Ca-Kanäle + unspezifische Kationenkanäle
- Ca bindet an Calmodulin -> Komplex aktiviert MLCK -> ATP-Spaltung und Phosphatübertragung auf leichte Kette der Myosinköpfe
- Myosinkopf hat jetzt ATPase-Aktivität -> Querbrückenzyklus
- bei sinkendem Ca -> Dephosphorylierung der leichten Ketten durch MLCP -> Kontraktion beendet
Der Tonus der glatten Muskulatur kann auf molekularer Ebene gesteigert werden durch…
Phosphorylierung der leichten Kette des Myosins
Was geschieht mit Calcium zur Relaxation der glatten Muskelzelle?
Der größte Teil wird wieder in den EZR gepumpt, ein geringer Teil zurück ins SR
Was sind die Besonderheiten bei der Kontraktion der glatten Muskulatur?
- tonische Kontraktionen (Aufrechterhalten einer Muskelspannung)
- dazu: Querbrücken heften sich fest aneinander, Myosinköpfe lösen sich nicht mehr vom Aktin
- dadurch: kein ständiger ATP-Verbrauch notwendig
