20.8: Overbruggingscyclus

Naarmate spieren samentrekken, neemt de overlap tussen de dunne en dikke filamenten toe, waardoor de lengte van het sarcomeer – de contractiele eenheid van de spier – afneemt en energie in de vorm van ATP wordt gebruikt. Op moleculair niveau is dit een cyclisch, meerstaps proces dat de binding en hydrolyse van ATP en de beweging van actine door myosine omvat.

Wanneer ATP, dat is vastgemaakt aan de myosinekop, wordt gehydrolyseerd tot ADP, komt myosine in een hoge energietoestand terecht en wordt gebonden aan actine, waardoor een kruisbrug ontstaat. Wanneer ADP wordt vrijgegeven, komt de myosinekop in een lage energietoestand terecht, waarbij actine naar het midden van het sarcomeer beweegt. Binding van een nieuw ATP molecuul scheidt myosine van actine. Wanneer dit ATP molecuul wordt gehydrolyseerd, zal de myosinekop zich binden aan actine, dit keer aan een het gedeelte van actine dat zich dichter bij het einde van het sarcomeer bevindt. Regulerende eiwitten troponine en tropomyosine werken samenmet calcium om de myosine-actine-interactie te reguleren. Wanneer troponine aan calcium bindt, wordt tropomyosine weggeleid van de myosine-bindingsplaats op actine, waardoor myosine en actine kunnen interageren en spiercontractie kan optreden.

Calcium

Als regulator van spiercontractie wordt de calciumconcentratie in spiervezels zeer nauw gecontroleerd. Spiervezels staan in nauw contact met motorneuronen. Actiepotentialen in motorneuronen veroorzaken de afgifte van de neurotransmitter acetylcholine in de buurt van spiervezels. Dit genereert een actiepotentiaal (depolarisatie) in de spiercel, dat wordt verspreid door het plasmamembraan en door de invaginaties van het plasmamembraan die transversaal of T-tubuli worden genoemd.

T-tubuli lopen diep in de spier en grenzen aan gespecialiseerd endoplasmatisch reticulum dat sarcoplasmatisch reticulum of SR wordt genoemd. Calcium dat in de SR wordt bewaard, komt vrij wanneer spanningsafhankelijke ionkanalen (ionkanalen die openen en sluiten op basis van lokale ladingen) openen vanwege de depolarisatie. Hierdoor kunnen calciumionen het cytoplasma binnendringen en de spieren kunnen samentrekken.

Wanneer het signaleren van motorneuronen stopt, begint de ontspanning van de spier zodra calcium terug wordt gepomt in de SR. Hierdoor wordt de cytoplasmatische calciumwaarde verlaagd en de calciumvoorraden in de SR aangevuld zodat het voorbereid is op een volgende contractie.

Spierdegeneratie

Gezonde spieren kunnen samentrekken, maar zieke spieren verliezen dit vermogen vaak. Ziekten zoals myasthenia gravis voorkomen motorneuronstimulatie van spieren, wat resulteert in spieratrofie en de afname van spiermassa. Amyotrofische laterale sclerose (ALS of de ziekte van Lou Gehrig) zorgt ervoor dat motorneuronen degenereren, wat op dezelfde manier leidt tot spierdegeneratie en -atrofie.