Molekulare Grundlagen der Bewegungsvorgange bei Organismen

Molekulare Grundlagen der Bewegungsvorgänge bei Organismen

Bei der Bewegung einer Muskelzelle spiele viele wichtige Faktoren eine Rolle. Die wichtigsten sind aber doch die beiden Proteine Myosin und Aktin.

Diese beiden Stoffe sind überwiegend in den Muskeln des tierischen Organismus vorhanden.

Muskeln sind die Effektoren der aktiven Bewegung.

So kommen das Myosin und das Aktin in den Sarkomeren der Myofibrillen vor. Manomeres Aktin bildet unter Einfluß von Profilin, Tropomyosin und Troponin Aktinfilamente. Das Myosin liegt zunächst in einer monomeren Form vor, aus der sich die Myosinfilamente bilden. Ein als Myosinkinase bezeichnetes Enzym sorgt dann dafür, daß von ATP-Molekülen die jeweils endständigen Phosphatgruppen auf die Myosinfilamente übertragen werden. Entscheidend beim ATP ist die Kette aus 3 Phosphat-Resten, von denen zwei in zwei aufeinanderfolgenden Schritten abgespalten werden können. Erst entsteht ADP und dann AMP. Nebenbei wird gespeicherte Energie freigesetzt ( 56kJ / Mol ATP ) die wir zur Muskelbewegung brauchen. Erst in der phosphorylierten Form sind die Myosinfilamente in der Lage, mit den Aktinfilamenten in Wechselwirkung zu treten. Damit die Myosinkinase ihre phosphorylierende Wirkung entfalten kann, müssen Magesium-Ionen zugegen sein. Das Enzym Phosphatase (in Nicht-Muskelzellen ) kann die Phosphorylierung des Myosins rückgängig machen.

In Gegenwart von Calcium-Ionen bewirkt die Spaltung von ATP, daß die Enden der Aktinfäden ( Filamente ) in Richtung auf die Mitte der Myosinfäden gezogen werden. Diese Bewegung geht mit der ständigen Bildung und Öffnung von Bindungen zwischen den Aktinfäden und den 'Köpfen' der Myosinfilamente einher, so daß die Moleküle in jedem Augenblick  nach dem Sperrklinken-Prinzip ( oder Seilzieh-Prinzip ) daran gehindert sind zurück zu rutschen.

Nun ist der gesamte Muskel kontrahiert. Da sich ein Muskel nicht wieder von selbst strecken kann, muß sein Antagonist die gleiche Arbeit durchführen wie eben der Muskel.

Im Muskel regulieren zwei Proteine, Tropomyosin und Troponin, die Wechselwirkung zwischen den Aktin- und Myosinfilamenten. Ist der Calciumspiegel in der Muskelzelle niedrig, so hemmt ein Komplex aus den Proteinen die Reaktion zwischen Aktin und Myosin. Steigt der Calciumspiegel, so bindet sich das Calcium an das Troponin, woraufhin das Tropomyosin seine hemmende Wirkung verliert und das Filamentgleiten einsetzen kann.