De samentrekking van een spier bij de mens wordt gestuurd door een uiterst geraffineerd en wonderlijk biochemisch mechanisme. Twee metaal-ionen (Calcium Ca²⁺ en Magnesium Mg²⁺) en de energiedrager (ATP) spelen bij de werking van de spiercontractie de hoofdrol.
In de spier wordt de chemische energie van de ATP (Adenosine Tri Phosphate) omgezet in mechanische energie dwz een lineaire beweging of in dit geval de samentrekking van de spiervezels).

Het moleculaire contractie-mechanisme. (het actomyosine complex)
Een spiervezel (ongeveer 20 micron doorsnede) bestaat uit een 1000-tal myofibrillen, die ieder door Z-schijven (Z-membranen) zijn onderverdeeld in ca. 2,5 micron lange vlakjes (sarcomeren).
De sarcomeren zijn de feitelijke contractiele eenheden van de spier. Ze bestaan uit dikke myosine- en dunne actine filamenten. Een spiercontractie treedt op als de twee filamenten langs elkaar glijden en daarbij de sarcomeren verkorten.
Door verandering van de hoek tussen de hals en de kop van het myosine-molecuul maakt deze een scharnier of knikbeweging en kan deze ‘aangrijpen’ op de plaats van het troponine-molecuul in het actine-filament. Zo wordt de lineaire verplaatsing (verkorting van de spier) teweeg gebracht.

Het sarcotubulaire systeem van het spierweefsel
Het celmembraan van de spiervezel is op vele plaatsen loodrecht op de fibrillen buisvormig ingestulpt (de transversale tubuli). Deze hebben verbinding met de extracellulaire ruimte (ECV) en lopen in het sarco-plasmatisch retilucum steeds tussen twee eindblaasjes van de longitudinale tubuli (evenwijdig met de fibrillen) door. Daarbij worden zg. triaden (bestaande uit een transversale tubilus en twee laterale cisternen) aan de grens tussen de A- en I-banden gevormd. De longitudinale tubuli zijn gesloten kamertjes zonder verbinding met het ECV.
Bij de triaden wordt de instroom van de Ca²⁺ ionen gecontroleerd.

Biochemische stofwisseling stuurt de spiercontractie (elektromechanische koppeling)
Een elektrische prikkel (= een verhoogd actiepotentiaal over de celmembraan) afkomstig van een zenuwcel (motorneuron) die verbonden is aan de spiervezels, zorgt in het sarcotubulaire systeem van het spierweefsel voor een sterke toename van de Ca++ ionen. Deze maken door bemiddeling van de troponine de bindingsplaatsen van de actine toegankelijk voor de myosinekopjes.

zie video : Actin Myosin Crossbridge 3D Animation (bron: Jeff Sale – The Banyan Tree)

Werking van de spiervezel contractie ( = lineaire verplaatsing)

1. een Ca++ ion nadert de troponine-plaats in het actine-filament
2. het Ca++ ion activeert het troponine-molecuul en maakt zo de verbindingsplaats vrij voor de myosine-kop
3. een Mg++ion nadert de myosine-kop
4. de myosine-kop bindt zich met het actine-filament
5. Het Mg++ ion activeert de ATP in de myosine-kop door een fosfor-ion vrij te maken uit het ATP-molecuul (waardoor ADP, Adenosine Di Phosfate ontstaat). Hierdoor ondergaat de Myosine-kop een samentrekking (contractie = een knik in de beweging)
6. het Mg++ ion en ADP komen los van de myosine-kop. Dit is het einde van de spier samentrekking.
7. de myosine-kop komt los van het actine-filament.
   het Ca++ ion komt los van het troponine-molecuul in het actine-filament.
8. alles herbegint van voor af aan

Beste animatie : hoe kan een spier samentrekken ?

Video samentrekking van de spieren : myosine en actine

Video spiercontractie

Video animatie spiercontractie in sarcomeren van de spier

Mechanisme van spiercontractie