ISSN:
1432-2013
Keywords:
Myofibrilläre Oscillation
;
Myofibrilläre ATPase
;
molekulare Bioenergetik
;
glycerinextrahierte Insektenmuskeln
;
Myofibrillar Oscillation
;
Myofibrillar ATPase
;
Molecular Bioenergetics
;
Glycerinated Insect Fibrillar Muscle
Source:
Springer Online Journal Archives 1860-2000
Topics:
Medicine
Description / Table of Contents:
Summary Glycerol extracted fibres from the dorsal longitudinal muscle ofLethocerus maximus represent the “isolated” contractile machinery and they produce oscillatory power in ATP salt solution when they are driven to oscillate at frequencies greater than 0.5 c/sec by sinusoidal stretch and release. Increasing the frequency increases the ATPase activity (oscillation induced or “dynamic” extra ATPase) and the output of power. But in previous experiments, an increase in frequency exceeding about 4 c/sec often leads to a complete loss of power output and to the development of the “high-tension state”, especially when the free calcium concentration was high (10−5 M), at high temperatures (above 25°C) or at large amplitudes of oscillation. Avoiding the “high-tension state” by supplying the glycerinated fibres with up to 15 mM Mg-ATP or 0.1 mg/ml myokinase we are now able to show that the rate of ATP splitting and the rate of doing work are both optimal when the frequency was 20–25 c/sec (the wingbeat frequency of living Lethocerus) at 10−5M Ca++ and 30°C, even at physiological oscillation amplitude (about 2–3% of the fibre length). The power output is then of the same order of magnitude as in live insect flight muscle. Above the optimum frequency, both power output and ATPase activity decrease in a parallel fashion and they vanish completely at about 60 c/sec. Decreasing either the free calcium concentration or the temperature reduces the optimum frequency. The parallelism of the frequency dependence of the ATPase activity and power output under various conditions is a consequence of the rather constant ratio of the rate of doing work and the rate of ATP splitting, both of which depend on the rate of actin-myosin interaction. At high calcium concentration the ratio or the mechanochemical coefficient is about 3–4 kcal/mole of ATP split (i.e. 50%), at 10 c/sec oscillation but the efficiency is much less at 15 or 2 c/sec, indicating a less tight chemo-mechanical coupling.
Notes:
Zusammenfassung Die in Form glycerin-extrahierter Fasern isolierte contractile Maschine des dorso-longitudinalen Muskels vonLethocerus maximus leistet oscillatorische Arbeit bei sinusoidaler Dehnung und Entdehnung in einem ATP-haltigen Medium und bei Frequenzen größer als 0,5 Hz. Eine Erhöhung der Frequenz erhöht die ATPase-Aktivität (oszillationsinduzierte oder dynamische Extra-ATPase) und die mechanische Leistung; eine Erhöhung über 4 Hz führte jedoch in früheren Experimenten oft zu einem totalen Verlust der Leistungsfähigkeit und der Extra ATPase und zur Zunahme der contractilen Spannung (High-tension state), vor allem dann, wenn die freie Calciumkonzentration sehr hoch war (10−5 M), bei Temperaturen über 25°C oder bei relativ großen Oscillationsamplituden. Indem wir den Fasern bis zu 15 mM Mg-ATP und Myokinase (0.1 mg/ml) zuführten, vermieden wir das Auftreten eines “High-tension state”. Dann aber war bei 30°C und 10−5M Ca++ die Rate der Arbeitsleistung und der ATP-Spaltung maximal bei einer Frequenz von 20–25 Hz; (das entspricht der Frequenz des Flügelschlages im lebenden Lethocerus). Bei einer Oscillationsamplitude von 2–3% der Muskellänge ist dann die mechanische Leistung des Flugmuskels sogar von derselben Größenordnung wie in der lebenden, fliegenden Wasserwanze. Oberhalb der optimalen Frequenz nehmen Leistung und ATPase Aktivität parallel ab und verschwinden bei etwa 60 Hz getriebener Oszillation. Eine Erniedrigung der freien Calciumkonzentration oder der Temperatur erniedrigt die optimale Frequenz. Der Parallelismus in der Frequenzabhängigkeit von Leistung und ATPase Aktivität unter ganz verschiedenen Bedingungen ist eine Konsequenz des ziemlich konstanten Verhältnisses der Arbeitsrate und der ATP-Spaltungsrate, die ja beide von der Aktin-Myosin Interaktionsrate abhängen. Bei hohen freien Calciumkonzentrationen ist dieser Koeffizient allerdings weniger konstant, nämlich etwa 3–4 kcal/mol gespaltenes ATP bei einer Frequenz von 10 Hz, aber nur 1 kcal bei 2 oder 15 Hz.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1007/BF00589455
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