Muskulatur: Die Leistungssportler-Proteine

3. August 2016
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Wissenschaftler haben Muskelproteine analysiert und den Molekülen mit bislang unerreichter Genauigkeit bei der Arbeit zugesehen. So könnte man die Ursachen von Muskelerkrankungen und die Leistungsfähigkeit der Muskulatur von Spitzensportlern aufklären.

Warum können manche Menschen so viel schneller rennen als andere? Mit einer Gewebeprobe des Weltrekordlers Usain Bolt könnten Forscher des Max-Planck-Instituts diese Frage vielleicht beantworten. Die Wissenschaftler haben das Zusammenspiel von Schlüsselproteinen bei der Muskelkontraktion aufgeklärt.

„Mit der Kryo-Elektronenmikroskopie können wir natürliche Veränderungen von Muskelproteinen beobachten. Damit könnten wir auch herausfinden, ob sich das Zusammenspiel der Proteine bei Usain Bolt von dem bei anderen Menschen unterscheiden“, erklärt Stefan Raunser, Leiter der Abteilung Strukturelle Biochemie am Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie.

Sportlichkeit liegt in den Genen

„Wahrscheinlich besitzen alle Spitzensportler Gene, die sie zu Höchstleistungen befähigen“, sagt Raunser. Besondere Konstellationen könnten also zu einer optimalen Kraftentwicklung führen, die andere Sprinter nicht erreichen. Zudem könnte Bolts Muskulatur aus einer besonders leistungsfähigen Kombination aus Fasern zusammengesetzt sein, denn Skelettmuskeln enthalten schnelle, wenig ausdauernde Muskelfasern sowie langsame, dafür aber ausdauernde Fasern.

 Auf den Bildern seines Elektronenmikroskops kann Stefan Raunser (links) selbst winzigste Details im Zusammenspiel der Muskelproteine erkennen. © MPI f. molekulare Physiologie

Auf den Bildern seines Elektronenmikroskops kann Stefan Raunser (links) selbst winzigste Details im Zusammenspiel der Muskelproteine erkennen. © MPI f. molekulare Physiologie Auf den Bildern seines Elektronenmikroskops kann Stefan Raunser (links) selbst winzigste Details im Zusammenspiel der Muskelproteine erkennen. © MPI

Die Protagonisten der Muskelbewegung sind das Protein Aktin, das 20 Prozent des Gewichts der Muskulatur ausmacht, und das Motorprotein Myosin, das chemische Energie in die eigentliche Bewegung umwandelt. Das Aktin bildet im Muskel lange, fadenartige Stränge. Bei genetisch bedingten Muskelerkrankungen arbeiten Aktin und Myosin nicht mehr ausreichend zusammen – die Folge: Die Muskulatur ist geschwächt. Warum die Proteine schlechter miteinander interagieren, ist unbekannt, denn bislang konnten Wissenschaftler das Zusammenspiel der Proteine nicht mit der nötigen Genauigkeit untersuchen.

Leistungsfähigere Muskulatur dank veränderter Grenzflächen

Nun konnten Forscher aber zeigen, dass sich viele genetisch bedingte Veränderungen in einem kritischen Bereich befinden, der essenziell für die Ausbildung der Grenzfläche zwischen den Muskelproteinen ist. Veränderungen dieser Grenzfläche könnten dann beispielsweise dazu führen, dass die Aktin- und Myosin-Moleküle bei Usain Bolt & Co. besonders gut miteinander interagieren und die Muskulatur dadurch leistungsfähiger wird.

„Wir stehen mit unserer Forschung erst ganz am Anfang, denn die Kontraktion eines Muskels läuft enorm schnell ab. Deshalb müssen wir den kompletten Ablauf in viele einzelne Schritte unterteilen. Trotzdem können unsere Ergebnisse als Grundlage zur Erforschung neuer Medikamente genutzt werden“, sagt Raunser.

Originalpublikation:

Cryo-EM structure of a human cytoplasmic actomyosin complex at near-atomic resolution
Julian von der Ecken et al.; Nature, doi: 10.1038/nature18295; 2016

19 Wertungen (4.21 ø)

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2 Kommentare:

dipl. med. Rainer Hansen
dipl. med. Rainer Hansen

Ich glaube, mich erinnern zu können, dass bereits in meiner Ausbildungszeit zum FA f. Sportmedizin (1987) davon die Rede war, dass Athleten mit westafrikanischen Wurzeln (d.h. auch die meisten Afroamerikaner) genetisch mit mehr sich schnell kontrahierenden Fasern ausgetattet wären (Sprinter) als die mit ostafrikanischem Ursprung, die mehr zur Ausdauer geignete Fasern besitzen (z. B. Kenia). Alles natürlich nur prozentual anteilig gemeint. Der eigentliche Ablauf der Kontraktion dürfte aber bei allen gleich sein – mehr oder weniger :-)

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Schade – nach Lesen der Artikelüberschrift hatte ich auf mehr gehofft. Zudem bleibt das so wichtige Titin einmal mehr unerwähnt.

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