Wie funktioniert Muskelaufbau?
Wie funktioniert Muskelaufbau also wirklich. Immer wieder hört man Märchen wie zum Beispiel, dass Muskeln schubweise wachsen. Im heutigen Blog gehen wir daher auf den Aufbau der Muskulatur sowie auf die biologischen Prozesse beim Muskelaufbau ein.
Aufbau des Muskels
Der Muskel besteht aus sogenannten Muskelfaserbündeln. Die Muskelfaserbündel sind mit die mit blossem Auge erkennbaren Fleisch-„Fasern“ und haben einen Durschmesser von ca. 100 – 1000 μm Durchmesser. Die Muskelfaserbündeln bestehen wiederum aus mehreren Muskelfasern. Die Muskelfaser sind Muskelzellen weisen Durchmesser von ca. 10-100 μm (10-100·10-6 m) und können mehrere Zentimeter lang sein. Die Zellmembran der Muskelzelle heisst Sarkolemma und umschliesst das Sarkoplasma (Cytoplasma), mehrere Zellkerne, Mitochondrien, Stoffe zur Sauerstoff- und Energieversorgung sowie einige hundert Myofibrillen.
Jede Myofibrille innerhalb der Muskelfaser ist durch sogenannte Z-Scheiben in ca. 2 μm lange Fächer, Sarkomere unterteilt. Das (Halb-)Sarkomer ist die kleinste kontraktile Einheit des Muskels. Die Myofibrillen lassen bei (zweidimensionaler) mikroskopischer Beobachtung abwechselnd helle und dunkle Bänder und Linien erkennen (daher quergestreifte Muskulatur), die durch die Anordnung der (dicken) Myosin-II- und (dünnen) Aktinfilamente verursacht werden. Ein Sarkomer liegt zwischen zwei Z-Linien oder, dreidimensional, zwischen Z-Scheiben (Bild unten).
a) Schematische Darstellung der Hauptkomponenten eines Sarkomers (Pradeep K. Luther 2009)
b) Ansicht eines Sarkomers anhand eines elektronenmikroskopischen Längsschnitts eines Fischmuskels (Pradeep K. Luther 2009)
Das Filamentgleiten
Die Muskelkontraktion erfolgt durch das Filamentgleiten mit Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP). Die Myosinköpfe mit Ihrer ATPase-Aktivität sind dabei die Motoren. Die Aktin- und Myosin-Filamente eines Sarkomers sind also so angeordnet, dass sie ineinander gleiten können. Die Myosinköpfe verbinden sich dabei mit den Aktinfilamenten unter einem bestimmten Winkel. Durch eine im Bereich der Bindungsstelle ablaufenden Konformationsänderung, deren räumliches Ausmass durch Mitbewegung des Halsbereichs verstärkt wird, “knickt” also der Kopf des Myosins “ab” und zieht dabei das dünne Filament über 4 nm (4 · 10-9 m) mit sich. Der Kopf löst sich dann, wird wieder “gespannt” um nach erneuter Bindung an Aktin den nächsten “Ruderschlag” zu machen.
Wie funktioniert Muskelaufbau?
Beim Muskelaufbau geht es darum Muskelproteine zu bilden. Dies erfolgt über die sogenannte Muskelproteinaufbaurate. Dem Gegenüber steht die Muskelproteinabbaurate. Wir mehr Muskelproteinaufbaurate nun grösser als die Muskelproteinabbaurate so wird also mehr Muskelprotein hergestellt und der Muskel „wächst“.
Die Muskelproteinsynthese
Die Proteinsynthese läuft stark vereinfacht wie folgt ab. In den Zellkernen befindet sich die DNA. Die DNA ist ein sehr langes Molekül welches beim Mensch als Chromosomen vorliegt. Darin liegt der genetische Bauplan verschlüsselt aller Zellen im lebenden Organismus. Die Produktion der Proteine erfolgt jedoch nicht im Zellkern sondern ausserhalb. Da die DNA jedoch den Zellkern nicht verlassen kann, muss die Information der DNA kopiert werden. Die Informationen werden von der DNA auf die sogenannte RNA kopiert. Diesen Prozess nennt man Transkription. Ein DNA-Abschnitt der für eine Erbeigenschaft auf eine RNA „geschrieben“ wird, nennt man Gen.
Die mRNA (Messenger RNA) wird durch die Kernporen in das Cytoplasma transportiert. Im Cytoplasma binden sie an Ribosomen. Die Ribosomen übersetzten die Information in die Aminosäurensequenz des Proteins. Dies wird auch als Translation bezeichnet. Die Aminosäuren für die Herstellung der Muskelproteine stammt von Aminosäuren die beim Abbau anderer Proteine frei werden oder durch die Aufnahme von Protein durch die Nahrung. Muskelprotein werden also zu jedem Zeitpunkt Auf- und Abgebaut. Auch zum jetzigen Zeitpunkt bauen Sie also Muskelprotein auf und ab.
Eine Muskelzelle kann die Transkription wie auch die Translation regulieren. Dies erfolgt eben zum Beispiel durch Trainings- und Nahrungsreize.