Cross-bridge kinetics, cooperativity, and negatively strained cross-bridges in vertebrate smooth muscle. A laser-flash photolysis study

De effecten van laser-flash fotolytische vrijlating van ATP uit gekooide ATP op stijfheid en spanningstransiënten werden bestudeerd in gepermeabiliseerde cavia protale veneuze gladde spier. Tijdens rigor, geïnduceerd door het verwijderen van ATP uit de ontspannen of samentrekkende spieren, was de stijfheid groter dan in ontspannen spier, en elektronenmicroscopie toonde cross-bridges gehecht aan actine filamenten onder een hoek van ongeveer 45 graden. In afwezigheid van Ca2+, veroorzaakte het vrijkomen van ATP (0,1-1 mM) in spieren in rigor relaxatie, met een kinetiek die wijst op coöperatieve herhechting van sommige cross-bridges. Anorganisch fosfaat (Pi; 20 mM) versnelde de relaxatie. Een snelle fase van krachtontwikkeling, vergezeld van een afname van de stijfheid en niet beïnvloed door 20 mM Pi, werd waargenomen bij het vrijkomen van ATP in spieren die vlak voor de laserpuls met 0,5-1,0% waren losgemaakt. Deze krachttoename waargenomen bij onthechting suggereert dat de cross-bruggen een negatieve spanning kunnen dragen. De tweede-orde snelheidsconstante voor onthechting van rigor cross-bridges door ATP, in afwezigheid van Ca2 +, werd geschat op 0.1-2.5 X 10 (5) M-1s-1, wat aangeeft dat deze reactie is te snel om de snelheid van ATP hydrolyse te beperken tijdens fysiologische contracties. In aanwezigheid van Ca2+ trad krachtontwikkeling op met een snelheid (0,4 s-1) vergelijkbaar met die van intact, elektrisch gestimuleerd weefsel. De snelheid van krachtontwikkeling was een orde van grootte sneller in spieren die thiofosforylated waren met ATP gamma S vóór de fotochemische vrijmaking van ATP, wat aangeeft dat onder fysiologische condities, in niet-thiofosforylated spieren, licht-keten fosforylatie, eerder dan intrinsieke eigenschappen van de actomyosine cross-bruggen, de snelheid van krachtontwikkeling limiteert. Het vrijkomen van micromolair ATP of CTP uit gekooide ATP of gekooide CTP veroorzaakte een krachtontwikkeling tot 40% van de maximale actieve spanning in afwezigheid van Ca2+, consistent met coöperatieve aanhechting van cross-bridges. Coöperatieve reattachment van gedefosforyleerde cross-bruggen kan bijdragen aan krachtbehoud bij lage energiekosten en lage cross-brug cycling rates in gladde spieren.