Skeletspieren worden gestimuleerd om samen te trekken door een proces dat bekend staat als excitatie-contractiekoppeling, een reeks gebeurtenissen die de aankomst van een elektrisch signaal op de neuromusculaire kruising koppelt aan het genereren van kracht in de spiervezel. Hier is een overzicht van de betrokken stappen:

1. Actiepotentieel: Wanneer een motorneuron wordt gestimuleerd, genereert het een actiepotentiaal, een elektrische impuls die langs zijn axon beweegt.

2. Neuromusculaire verbinding: Het actiepotentiaal bereikt de neuromusculaire kruising, de synaps tussen het motorneuron en de spiervezel.

3. Afgifte van neurotransmitters: Op de neuromusculaire kruising geeft het motorneuron een neurotransmitter af, genaamd acetylcholine (ACh), in de synaptische spleet, de ruimte tussen het neuron en de spiervezel.

4. Binden van ACh aan receptoren: Acetylcholine bindt zich aan specifieke receptoren op het spiercelmembraan, bekend als nicotine-acetylcholinereceptoren. Deze binding zorgt ervoor dat de receptoren opengaan, waardoor natriumionen (Na+) de spiercel kunnen binnendringen.

5. Depolarisatie: De instroom van natriumionen leidt tot depolarisatie van het spiercelmembraan, wat betekent dat de binnenkant van de cel positiever wordt ten opzichte van de buitenkant.

6. Excitatie-contractiekoppeling: De depolarisatie van het spiercelmembraan veroorzaakt excitatie-contractiekoppeling. Bij dit proces komen calciumionen (Ca2+) vrij uit het sarcoplasmatisch reticulum, de interne calciumopslag van de spiercel.

7. Calciumbinding: Calciumionen binden zich aan receptoren op het oppervlak van het sarcoplasmatisch reticulum en veroorzaken conformationele veranderingen die resulteren in de afgifte van meer calciumionen in het cytoplasma van de spiercel.

8. Calcium-geïnduceerde calciumafgifte: De initiële afgifte van calciumionen veroorzaakt een proces dat calcium-geïnduceerde calciumafgifte wordt genoemd, waarbij calciumionen zich binden aan receptoren op het oppervlak van het sarcoplasmatisch reticulum, wat leidt tot de afgifte van nog meer calciumionen, waardoor het calciumsignaal wordt versterkt.

9. Calcium en troponine: Verhoogde calciumniveaus in het cytoplasma binden zich aan een eiwit genaamd troponine, dat deel uitmaakt van het troponine-tropomyosinecomplex. Deze binding veroorzaakt conformationele veranderingen die de myosinebindingsplaatsen op actinefilamenten blootleggen.

10. Kruisbrugvorming: De blootliggende myosinebindingsplaatsen op actinefilamenten maken de vorming van kruisbruggen mogelijk tussen de dikke (myosine)filamenten en de dunne (actine)filamenten in de spiercel.

11. Spiercontractie: De vorming van kruisbruggen veroorzaakt de krachtslag van de spiercontractiecyclus, waarbij de myosinekoppen zich binden aan de actinefilamenten, draaien en de dunne filamenten naar het midden van de sarcomeer trekken, de basiseenheid van spiercontractie. Dit glijden van de filamenten zorgt ervoor dat de spier korter wordt en kracht genereert.

De voortdurende stimulatie van de spier door het motorneuron en de daaropvolgende afgifte van calciumionen houden de vorming van kruisbruggen en het glijden van de filamenten in stand, wat resulteert in aanhoudende spiercontractie. Wanneer het motorneuron stopt met vuren, worden de calciumionen terug in het sarcoplasmatisch reticulum gepompt, komen de kruisbruggen los en ontspant de spier.

Deze opeenvolging van gebeurtenissen zorgt voor een nauwkeurige controle en coördinatie van de contracties van de skeletspieren, waardoor verschillende bewegingen en acties van het menselijk lichaam mogelijk zijn.