Kreuzbrückenkinetik, Kooperativität und negativ belastete Kreuzbrücken in der glatten Muskulatur von Wirbeltieren. A laser-flash photolysis study

Die Auswirkungen der laser-flash photolytischen Freisetzung von ATP aus caged ATP auf die Steifigkeit und Spannungstransienten wurden in permeabilisierter glatter Muskulatur der Meerschweinchen-Protalvene untersucht. Während des Rigors, der durch das Entfernen von ATP aus dem entspannten oder kontrahierenden Muskel induziert wurde, war die Steifigkeit größer als im entspannten Muskel, und die Elektronenmikroskopie zeigte Querbrücken, die in einem Winkel von etwa 45 Grad an den Aktinfilamenten befestigt waren. In Abwesenheit von Ca2+ führte die Freisetzung von ATP (0,1-1 mM) in Muskeln in Starre zu einer Entspannung, wobei die Kinetik auf eine kooperative Wiederanbindung einiger Querbrücken hindeutete. Anorganisches Phosphat (Pi; 20 mM) beschleunigte die Relaxation. Eine schnelle Phase der Kraftentwicklung, begleitet von einer Abnahme der Steifigkeit und unbeeinflusst von 20 mM Pi, wurde nach Freisetzung von ATP in Muskeln beobachtet, die kurz vor dem Laserpuls um 0,5-1,0 % entspannt wurden. Dieser bei der Ablösung beobachtete Kraftanstieg legt nahe, dass die Querbrücken eine negative Spannung tragen können. Die Geschwindigkeitskonstante zweiter Ordnung für die Ablösung der Rigor-Kreuzbrücken durch ATP wurde in Abwesenheit von Ca2+ auf 0,1-2,5 X 10(5) M-1s-1 geschätzt, was darauf hinweist, dass diese Reaktion zu schnell ist, um die Rate der ATP-Hydrolyse während physiologischer Kontraktionen zu begrenzen. In Anwesenheit von Ca2+ erfolgte die Kraftentwicklung mit einer ähnlichen Geschwindigkeit (0,4 s-1) wie bei intaktem, elektrisch stimuliertem Gewebe. Die Geschwindigkeit der Kraftentwicklung war um eine Größenordnung schneller in Muskeln, die vor der photochemischen Freisetzung von ATP mit ATP gamma S thiophosphoryliert worden waren, was darauf hinweist, dass unter physiologischen Bedingungen in nicht thiophosphorylierten Muskeln die Leichtkettenphosphorylierung und nicht intrinsische Eigenschaften der Aktomyosin-Kreuzbrücken die Geschwindigkeit der Kraftentwicklung begrenzen. Die Freisetzung von mikromolarem ATP oder CTP verursachte eine Kraftentwicklung von bis zu 40% der maximalen aktiven Spannung in Abwesenheit von Ca2+, was mit einer kooperativen Bindung der Querbrücken übereinstimmt. Kooperative Wiederanheftung von dephosphorylierten Querbrücken kann zur Kraftaufrechterhaltung bei geringen Energiekosten und niedrigen Querbrücken-Zyklusraten in der glatten Muskulatur beitragen.