Het samentrekken en ontspannen van skeletspieren, vindt plaats doordat de spiervezels samentrekken. Hieronder beschrijven we eerst hoe een spier macro- en microscopisch is opgebouwd. Daarna gaan we verder in op het samentrekken van die spiervezels.
Opbouw van een skeletspier
Een skeletspier is opgebouwd uit een groot aantal parallel verlopende spierbundels. Deze zijn op zich opgebouwd uit spiervezels of spiercellen (de dwarsgestreepte, gefuseerde spiercellen). Binnen elke vezel lopen een aantal parallelle myofibrillen, die zijn opgebouwd uit myofilamenten.. Deze liggen zo ten opzichte van elkaar dat ze een bandenpatroon vormen. Het dwarsgestreepte uiterlijk van skeletspieren wordt hierdoor veroorzaakt.
Samentrekken van een spier
Een myofibril bevat twee typen myofilamenten:
- Myosine: dit maakt 35% uit van het spiereiwit en vormt de A-banden
- Actine: is dunner dan myosine en maakt 14% uit van het spiereiwit. Dit vormt de I-banden.
Een I-band is opgedeeld in het midden door een eiwitschijf, waardoor een lijn gevormd wordt: de Z-lijn. Twee opeenvolgende Z-lijnen bakenen een sarcomeer af. Het sarcomeer is de kleinste functionele eenheid van de spiercontractie. Bij een contractie verandert de lengte van de A-band niet, maar de H-zone (dat het centrum is van de A-banden) wordt smaller. De I-band versmalt en bij volledige contractie kan deze zelfs verdwijnen.
Een spier contraheert en verkort omdat myofibrillen samentrekken en verkorten. De myofilamenten zelf verkorten niet. De dikke en dunne filamenten verschuiven t.o.v. elkaar. Bij dit mechanisme worden een serie van gebeurtenissen waargenomen die we de cross-bridge cyclus noemen. Hieronder wordt dit samengevat (zie afbeelding hieronder):
- ATP bindt aan het myosinehoofdje
- Er ontstaat hydrolyse van ATP tot ADP en Pi.
- Dankzij de vrijgekomen energie activeert het myosinehoofdje, dat wordt opgespannen
- ADP en Pi blijven gebonden aan het hoofdje dat nu actine kan binden: er wordt een cross-bridge gevormd
- Door binding aan actine komt Pi vrij. Het hoofdje verandert weer, waardoor actine naar de H-zone toe beweegt en ADP vrijkomt. Dit is het werkelijke samentrekken van de spier.
- Myosine keert terug naar zijn originele vorm en bindt weer aan ATP waardoor het terug loskomt van actine: dit is de ontspanning
De cyclus herhaalt zich zolang de spier gestimuleerd wordt om te contraheren.
Bij een spier in rust kunnen de myosinehoofdjes niet binden aan actine omdat de bindingsplaatsen geblokkeerd zijn door tropomyosine, een onderdeel van de actinefilamenten. Bij een samentrekking moet tropomyosine eerst verplaatst worden. Dit gebeurt door het troponine, een ander eiwit dat ook aanwezig is op de actinefilamenten. Hiervoor is ook Ca2+ nodig. Deze Ca2+ wordt afgegeven in een spiercel na stimuleren door een zenuwprikkel. Ca2+ bindt op het troponine, dat hierdoor het tropomyosine verplaatst en zo de bindingsplaatsen van de myosinekopjes vrijmaakt. De spiercontractie eindigt wanneer de Ca2+ teruggeresorbeerd wordt en de bindingsplaatsen niet langer toegankelijk zijn. Tropomyosine neemt zijn oorspronkelijke positie weer in.
Rigor mortis of lijkstijfheid ontstaat doordat geen ATP meer beschikbaar is in dode cellen. Hierdoor komt het myosinehoofdje niet los van het actine en blijft de cross-bridge bestaan met een aanhouden spiercontractie tot gevolg.
