Muskelzellen

Eigenschaften

Skelettmuskelzellen sind länglich, zylindrisch und gestreift, daher werden die sie enthaltenden Muskeln auch als quergestreifte Muskeln bezeichnet. Das ist insofern relevant, als dass nicht alle quergestreiften Muskeln der Bewegung des Skeletts dienen. Sie sind mehrkernig, d.h. sie haben mehr als einen Kern, denn sie sind durch Fusion embryonaler Myoblasten entstanden. Jeder Zellkern reguliert die metabolischen Erfordernisse des Sarkoplasmas um ihn herum. Skelettmuskelzellen haben einen hohen Energiebedarf, weshalb sie viele Mitochondrien enthalten, um genügend ATP herzustellen.

Skelettmuskeln sind über Sehnen an Knochen befestigt und können bis zu 30 cm lang sein.

Struktur

Die Anatomie von Muskelzellen unterscheidet sich von der anderer Körperzellen, weshalb Biolog:innen spezielle Fachbegriffe für die Strukturen dieser Zellen eingeführt haben. Die Zellmembran der Muskelzelle wird als Sarkolemm, das Zytoplasma als Sarkoplasma bezeichnet.

Das Sarkoplasma enthält Myoglobin, einen Speicher für Sauerstoff, und Glykogen in Form von Granula im Zytosol. Beide dienen der Energieversorgung. Des Weiteren enthält es viele tubuläre Proteinstrukturen namens Myofibrillen, die aus Myofilamenten bestehen. Es gibt drei Arten von Myofilamenten: dicke, dünne und elastische.

Dicke Myofilamente setzen sich aus Myosin zusammen, einem Motorprotein, während dünne Myofilamente aus Aktin bestehen, einem Protein, das von Zellen zur Stabilisierung der Struktur verwendet wird.

Elastische Myofilamente bestehen aus einer elastischen Form eines Ankerproteins, das als Titin bekannt ist. Zusammen erzeugen die Myofilamente Muskelkontraktionen, indem sie den Myosinköpfchen ermöglichen, sich entlang der Aktinfilamente zu bewegen. Dies verursacht eine gleitende Bewegung.

Die Grundeinheit des quergestreiften Muskels ist ein Sarkomer, das Aktin- (helle Banden) und Myosinfilamente (dunkle Bänder) umfasst.

Kontraktion

Die Kontraktion von quergestreiften Muskelzellen wird durch die Calciumionenkonzentration bestimmt, die wiederum durch eine als sarkoplasmatisches Retikulum bezeichnete Struktur reguliert wird. Diese Struktur ähnelt dem glatten endoplasmatischen Retikulum anderer Zelltypen, ist aber spezifisch für Muskelzellen.

Um kontraktile Kraft zu erzeugen, verbindet sich Myosin mit den Aktinfilamenten, dreht sich ein wenig und zieht dann die Filamente übereinander wie Ruder, die ein Boot antreiben.

Skelettmuskelzellen enthalten zudem zwei regulatorische Proteine, Troponin und Tropomyosin. Diese verhindern, dass die Myosinbindungsstelle von Aktin frühzeitig durch Myosin besetzt wird.

Die Bindungsstelle für das Myosinköpfchen am Aktinfilament bleibt durch die regulatorischen Proteine bedeckt, bis die Calciumionen aus dem sarkoplasmatischen Retikulum (SR) freigesetzt werden und damit deren Konzentration steigt. Dies ist das Endergebnis einer Kette von Ereignissen im Kontraktionszyklus. Er wird von einem Aktionspotential in Gang gebracht und folglich durch die Freisetzung von Acetylcholin (ACh), einem Neurotransmitter, auslöst.

Dieser Prozess wird durch Strukturen, die als transversale Tubuli oder T-Tubuli bekannt sind, verstärkt. Sie stellen Einstülpungen des Sarkolemms dar, sodass die Depolarisation schneller ins Zellinnere geleitet werden kann.

Ein T-Tubulus, der von vergrößerten sarkoplasmatischen Retikula namens Terminalzisternen flankiert wird, bildet eine Struktur namens Triade. Triaden sind bei der Depolarisation und Aktivierung der Muskelzelle beteiligt, was schließlich eine Kontraktion zur Folge hat.

Da für eine Kontraktion viel Energie benötigt wird, enthalten quergestreifte Muskelzellen viele große Mitochondrien, die dort als Sarkosomen bezeichnet werden.

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Eigenschaften

Herzmuskelzellen (Kardiomyozyten) sind kurz und schmal und haben eine rechteckige Form. Sie sind etwa 0,02 mm breit und 0,1 mm lang und enthalten viele Sarkosomen, die die für die Kontraktion erforderliche Energie liefern.

Im Gegensatz zu Skelettmuskelzellen enthalten sie normalerweise einen einzigen Zellkern. Ansonsten setzen sich ihre Zellorganelle im Allgemeinen aus den gleichen Bestandteilen zusammen wie die der Skelettmuskelzellen, obwohl sie mehr Sarkosomen aufweisen.

Herzmuskelzellen sind groß und stehen strukturell über Glanzstreifen in Verbindung, welche Gap junctions für Diffusion und Kommunikation aufweisen. Die Glanzstreifen erscheinen in Abbildungen als dunkle Banden zwischen den Zellen und gelten als einzigartiges Merkmal der Herzmuskelzellen. Membranen benachbarter Muskelzellen liegen sehr dicht beieinander, Glanzstreifen bilden eine Art Klebstoff zwischen den Zellen.

Dies ermöglicht die Übertragung der kontraktilen Kraft zwischen den Zellen, da sich die elektrische Depolarisation direkt von Zelle zu Zelle ausbreiten kann. Die Schlüsselrolle der Herzmuskelzellen im gesamten Körper besteht darin, genügend kontraktile Kraft zu erzeugen, um das Herz effektiv schlagen zu lassen. Sie kontrahieren perfekt aufeinander abgestimmt und erzeugen genügend Druck, um das Blut im Körper zirkulieren zu lassen.

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Eigenschaften

Glatte Muskelzellen sind spindelförmig und enthalten einen einzigen zentralen Zellkern. Ihre Länge reicht von 10 bis 600 μm, womit sie die kleinsten Muskelzellen darstellen.

Die Myofibrillen der glatten Muskelzellen sind nicht wie im Herz- und Skelettmuskel ausgerichtet, sodass sie nicht quergestreift erscheinen, und daher als glatt bezeichnet werden. Glatte Muskelzellen sind in Schichten angeordnet, was es ihnen ermöglicht, sich gleichzeitig zusammenzuziehen. Sie enthalten durch ihre beschränkte Größe wenig entwickelte sarkoplasmatische Retikula und keine T-Tubuli. Dennoch besitzen sie andere normale Zellorganellen wie Sarkosomen, aber in geringerer Anzahl.

Lokalisation und Funktionen

Glatte Muskelzellen sind für unwillkürliche Kontraktionen verantwortlich und kommen in Blutgefäßwänden und Hohlorganen wie dem Gastrointestinaltrakt, dem Uterus und der Blase vor. Auch im Auge sind sie vorhanden und ziehen sich dort zusammen, um die Linsenform  anzupassen und dem Auge das Fokussieren zu ermöglichen.

Glatte Muskulatur ist darüber hinaus für die gerichteten Kontraktionswellen im gesamten Verdauungssystem verantwortlich, mit denen der Speisebrei durch den Körper transportiert wird (Peristaltik).

Wie Herz- und Skelettmuskelzellen kontrahieren glatte Muskelzellen als Reaktion auf die Depolarisation des Sarkolemms. In glatten Muskelzellen wird dies durch Gap junctions vereinfacht. Dies führt dazu, dass die glatten Muskelzellen in vorbestimmter Abfolge kontrahieren können.

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