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VOL. 94 (1957) SHORT COMMUNICATIONS 427 complexe enzyme-substrat. Mais le fait que dans le cas pr6sent le substrat soit insoluble, nous sugg~re les quelques remarques snivantes: (a) Si, comme tout semble l'indiquer 2, la lipase est une prot6ine comme les autres enzymes, cette prot6ine doit avoir une structure sp6ciale permettant l%tablissement de fortes interactions ~ l'interface. (b) L'existence d'interactions in vitro laisse d'autre part supposer que la lipase se fixe dgalement dans l'intestin sur l'Smulsion glyc~ridique en cours de digestion. Si, comme le veut la th~orie de la r6sorption particulaire 3, les globules de l'6mul- sion sont capables de traverser la muqueuse, il est concevable que la lipase les suive et soit par consequent responsable de la resynth~se des triglyc6rides dans cette muqueuse. (c) Enfin, la pr6- sence permanente de la lipase A l'interface nous aide A comprendre comment l'enzyme r6ussit, malgrd sa solubilitd dans l'eau, A hydrolyser rapidement les triglyc6rides sans qu'il soit n6cessaire d'agiter l'6mulsion. Nos essais actuels de purification montrent que le "turnover" de l'enzyme 37 ~ et pH 8.0 est certainement supdrieur ~ IO lois son poids moldculaire. I1 serait difficile d'admettre qu'un nombre aussi consid6rable de mol6cules de triglycdrides puisse 8tre hydrolys6 par minute si l'habitat normal de ia lipase dtait l'eau et si l'enzyme 6tait obligd de venir se fixer ~ l'interface chaque cycle rdactionnel. D'autres enzymes lipolytiques d'ailleurs paraissent capables de quitter la phase aqueuse en contractant des associations spdcifiques avec leurs substrats insolubles. Le facteur clarifiant du s6rum par exemple 4,~ se fixe sur les chylomicrons. Le comportement exact de la phosphatidase A du pancr6as vis Avis des phosphatides en ~mulsion n'est pas connu. Mais il semble que les inter- actions soient dans ce cas particuli~rement fortes, puisque l'enzyme accompagne les phosphatides dans l'oxyde d'6thyle et poursuit leur hydrolyse au sein du solvant s. Nous pourrions donc bien nous trouver devant un m6canisnle g~n~ral, caract6ristique de la biochimie des lipides et compen- sant dans une certaine mesure l'insolubilit6 g~nante de ces substances dans l'eau. Notons pour terminer que la fixation de la lipase sur les globules gras est maximum ~ un pH (pH 5.8) o~ la vitesse de la lipolyse proprement dite est nulle. Au pH habituel de la lipolyse (pH 8.o) la fixation sur l'6mulsion (ainsi d'ailleurs que sur la trist6arine (Tableau I)) est moins intense. Une 6mulsion satur6e en lipase ~ pH 5.8 abandonne/t peu pros IO % de son activit6 quand elle est lav6e par un tampon/~ pH 8.o. I1 est donc vraisemblable que l'affinit6 de la lipase pour les triglyc6rides est plus grande en milieu acide, mais que le complexe lipase-triglyc6rides se d6compose plus vite en milieu alcalin, gr~,ce par exemple ~ la formation transitoire d'un d6riv6 acyM de l'en- zyme, spontan6ment hydrolysable au-dessus de pH 7. L. SARDA Laboratoire de Chimie Biologique, Facultd des Sciences, G. MARCHIS-MOUREN Marseille (France) P. DESNUELLE i R. WILLSTAETTER ]~T E. WALDSCHMIDT-LEITZ, Z. physiol. Chem., 138 (1924) 247. L. SARDA, G. MARCHIS-MOUREN, M. J. CONSTANTIN t~T P. DESNUELLE, Biochim. Biophys. Acta, 23 (1957) 264. 3 A. C. FRAZER, Physiol. Rev., 26 (1946) lO 3. 4 j. E. FRENCH, D. S. ROBINSON ET H. W. FLOREY, Quart. J. Exptl. Physiol., 38 (1953) IOI. 5 D. S. ROBINSOn, G. H. JEFFRIES ET J. C. F. POOLE, Quart. J. Exptl. Physiol., 4 ° (1955) 297. D. J. HANAHAN, J. Biol. Chem., 195 (1952) I99. Re~u le 18 f6vrier 1957 Thaw rigor and the delta state of muscle An isolated muscle fibre, stimulated to shorten by more than about one third of its initial length, enters the "delta state"; it does not return spontaneously to its original length, and after being re-extended, exerts less than the normal isometric tension on stimulation 1. Isolated muscles shorten reversibly by up to about 50% when stimulated, and by up to at least 70% when passing into the delta state 2. It has been suggested2, 3 that irreversibility in the delta state is due to the rupture or tearing of transverse components of the sarcolemma. We have recently examined certain features of "thaw rigor", the extreme shortening which occurs during the thawing of an isolated muscle previously frozen before the onset of rigor morris 4, 5. It is the purpose of this note to suggest a similarity between thaw-shortened muscle and muscle in the delta state. Strips of lamb longissimus dorsi muscle, about 5 cm in length (along the fibre axis) and o.25-o.5 sq.cm in cross-section, were placed in glass tubes and quickly frozen in solid carbon dioxide and alcohol (--70°). After at least an hour they were removed from the tubes and thawed on a glazed plate. The length and weight of each strip were recorded before thawing commenced and again after all physical changes were complete. Shortening values of o-80% of the initial length

Thaw rigor and the delta state of muscle

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complexe e n z y m e - s u b s t r a t . Mais le fait que dans le cas p r6sen t le s u b s t r a t soit insoluble, nous sugg~re les que lques r e m a r q u e s s n i v a n t e s : (a) Si, c o m m e t o u t semble l ' ind iquer 2, la l ipase es t une prot6ine c o m m e les au t r e s enzymes , ce t te prot6ine doit avoi r une s t r uc tu r e sp6ciale p e r m e t t a n t l%tab l i s sement de fortes in te rac t ions ~ l ' in terface. (b) L ' ex i s t ence d ' i n t e r ac t ions in vitro laisse d ' a u t r e p a r t suppose r que la l ipase se fixe dga lemen t dans l ' in tes t in sur l 'Smuls ion glyc~ridique en cours de digest ion. Si, c o m m e le v e u t la th~orie de la r6sorpt ion par t icula i re 3, les globules de l '6mul- sion son t capables de t r ave r se r la m u q u e u s e , il est concevable que la l ipase les suive et soit pa r c o n s e q u e n t responsable de la r e syn th~se des t r iglyc6rides dans cet te m u q u e u s e . (c) Enfin, la pr6- sence p e r m a n e n t e de la l ipase A l ' in ter face nous aide A comprendre c o m m e n t l ' enzyme r6ussit , malgrd sa solubili td dans l 'eau, A hydro lyse r r a p i d e m e n t les t r iglyc6rides s ans qu ' i l soi t n6cessaire d ' ag i t e r l '6muls ion . Nos essais ac tue ls de pur i f icat ion m o n t r e n t que le " t u r n o v e r " de l ' enzyme 37 ~ et p H 8.0 est c e r t a i n e m e n t supdr ieur ~ IO lois son poids moldculaire. I1 sera i t difficile d ' a d m e t t r e q u ' u n n o m b r e auss i consid6rable de mol6cules de t r iglycdrides puisse 8tre hydro lys6 pa r m i n u t e si l ' h a b i t a t n o r m a l de ia l ipase dtai t l ' eau et si l ' enzyme 6tai t obligd de veni r se fixer ~ l ' in ter face

c h a q u e cycle rdact ionnel . D ' a u t r e s e n z y m e s l ipolyt iques d 'a i l leurs pa ra i s sen t capables de qu i t t e r la phase aqueuse en

c o n t r a c t a n t des associa t ions spdcifiques avec leurs s u b s t r a t s insolubles. Le fac teur clar if iant du s6 rum par exemple 4,~ se fixe sur les chylomicrons . Le c o m p o r t e m e n t exac t de la p h o s p h a t i d a s e A du panc r6as vis Av i s des phospha t i de s en ~muls ion n ' e s t pas connu . Mais il semble que les in ter- ac t ions soient dans ce cas pa r t i cu l i~ rement fortes, pu i sque l ' enzyme a c c o m p a g n e les phospha t i de s dans l ' oxyde d '6 thy le et pou r su i t leur hydro lyse au sein du so lvan t s. Nous pour r ions donc bien nous t r ouve r d e v a n t un m6canisn le g~n~ral, carac t6r i s t ique de la b iochimie des lipides et compen - s an t dans une cer ta ine m e s u r e l ' insolubil i t6 g~nante de ces subs t ances dans l 'eau.

No tons pour t e rmine r que la f ixat ion de la l ipase sur les globules gras es t m a x i m u m ~ un p H (pH 5.8) o~ la v i tesse de la l ipolyse p r o p r e m e n t dite es t nulle. Au p H hab i tue l de la l ipolyse (pH 8.o) la f ixat ion sur l '6muls ion (ainsi d 'a i l leurs que sur la t r i s t6ar ine (Tableau I)) es t moins in tense . Une 6muls ion sa tu r6e en l ipase ~ p H 5.8 a b a n d o n n e / t peu pros IO % de son act ivi t6 q u a n d elle es t lav6e pa r un t a m p o n / ~ p H 8.o. I1 es t donc vra i semblab le que l 'affinit6 de la lipase pour les t r iglyc6rides es t p lus g rande en mil ieu acide, ma i s que le complexe l ipase- t r iglyc6rides se d6compose p lus v i te en mil ieu alcalin, gr~,ce pa r exemple ~ la fo rma t ion t rans i to i re d ' u n d6riv6 acyM de l 'en- zyme, s p o n t a n 6 m e n t hyd ro lysab l e au -des sus de p H 7.

L. SARDA Laboratoire de Chimie Biologique, Facultd des Sciences, G. MARCHIS-MOUREN

Marseille (France) P. DESNUELLE

i R. WILLSTAETTER ]~T E. WALDSCHMIDT-LEITZ, Z. physiol. Chem., 138 (1924) 247. L. SARDA, G. MARCHIS-MOUREN, M. J. CONSTANTIN t~T P. DESNUELLE, Biochim. Biophys. Acta, 23 (1957) 264.

3 A. C. FRAZER, Physiol. Rev., 26 (1946) lO 3. 4 j . E. FRENCH, D. S. ROBINSON ET H. W. FLOREY, Quart. J. Exptl. Physiol., 38 (1953) IOI. 5 D. S. ROBINSOn, G. H. JEFFRIES ET J. C. F. POOLE, Quart. J. Exptl. Physiol., 4 ° (1955) 297.

D. J. HANAHAN, J. Biol. Chem., 195 (1952) I99. Re~u le 18 f6vrier 1957

Thaw rigor and the delta state of muscle

An isolated musc le fibre, s t i m u l a t e d to sho r t en by more t h a n a b o u t one th i rd of i ts ini t ial length , en te r s t he "de l t a s t a t e " ; it does no t r e tu rn s p o n t a n e o u s l y to its original length , and af ter be ing re -ex tended , exer t s less t h a n t he n o r m a l i somet r ic t ens ion on s t imu la t i on 1. I so la ted musc les sho r t en revers ib ly by up to a b o u t 50% w h e n s t imu la t ed , and by up to a t least 70% when pas s ing in to t h e de l ta s t a t e 2. I t h a s been suggested2, 3 t h a t i r revers ibi l i ty in t he del ta s t a t e is due to the r u p t u r e or t ea r ing of t r an sve r se c o m p o n e n t s of t he sa rco lemma.

W e h a v e recen t ly e x a m i n e d cer ta in fea tu res of " t h a w r igor", t he e x t r e m e sho r t en ing which occurs du r ing t he t h a w i n g of an isolated musc le p rev ious ly f rozen before t he onse t of rigor morr is 4, 5. I t is t he pu rpose of th i s no te to sugges t a s imi la r i ty be tween t h a w - s h o r t e n e d musc le and musc le in t h e de l ta s t a te .

St r ips of l a m b long i s s imus dorsi muscle , a b o u t 5 cm in l eng th (along t he fibre axis) and o .25-o.5 sq . cm in cross-sect ion, were placed in glass tubes and qu ick ly frozen in solid ca rbon dioxide a n d alcohol ( - -70° ) . Af te r a t leas t an hou r t h e y were r emoved f rom the t u b e s a n d t h a w e d on a glazed plate . The l eng th a n d weight of each s t r ip were recorded before t h a w i n g c o m m e n c e d a n d aga in a f te r all phys ica l changes were comple te . Shor t en ing va lues of o - 8 0 % of t he ini t ial l eng th

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were ob ta ined by freezing the s t r ips a t different s tages of t he onse t of rigor or by t h a w i n g at different a m b i e n t t e m p e r a t u r e s (0-37°). A few add i t iona l resu l t s in t he lower sho r t en ing range were ob ta ined by c l amping t he ends of the s t r ip a t or near i ts frozen l eng th for a t least an hour after t hawing ; r emova l of t he c l amps before th is t i me h a d elapsed pe rmi t t ed an i m m e d i a t e and appre- ciable sho r t en ing to occur, an aspec t of t h a w rigor pe rhaps re la ted to t he changes in protein ex t rac tab i l i t y which du r ing the two hour s af ter t h a w i n g s.

The re la t ion be tween " d r i p " e x u d a t i o n - - s y n a e r e s i s as m e a s u r e d by we igh t l o s s - - and sho r t en ing in lO 3 s t r ips is shown in t he figure. I t will be seen t h a t ve ry litt le "d r i p " is released when t he s t r ip sho r t ens by less t h a n abou t 5o %, b u t t h a t fu r the r t h a w - s h o r t e n i n g is a ccompan ied by " d r i p " e x u d a t i o n in pro- por t ion to t he add i t iona l l eng th change.

Fig. I. The re la t ion be tween " d r i p " e x u d a t i o n a n d sho r t en ing du r ing t h e onse t of t h a w rigor. Values as pe rcen tages of ini t ial we igh t and

l eng th respect ively.

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ShOr ten i ng

W e sugges t t h a t a t 50 % sho r t en i ng t he elast ic l imi t of a con ta in ing m e m b r a n e is reached, and fu r t he r s h o r t e n i n g is possible on ly a f te r i ts rup tu re . This is essent ia l ly t he exp l ana t i on offered by HILL ~ and FENN 3 to a ccoun t for t he del ta s ta te . W hi l e brief s t imu la t i on of a res t ing musc le causes reversible cont rac t ion , a pro longed s t i m u l u s p roduces e x t r e m e con t rac t ion a n d onse t of t he del ta s t a t e ; t he s a r c o l e m m a is t o rn b u t t he ab i l i ty of t he p ro te ins to re ta in fluid r ema ins h igh a n d syn- aeresis does no t occur. Similarly, t he s t i m u l u s p rov ided by freezing a s t r ip of musc le before the onse t of rigor mor t i s and t h a w i n g it s lowly causes m o d e r a t e shor ten ing , while t he fu r the r s t imu lus of f a s te r t h a w i n g causes e x t r e m e shor ten ing , m e m b r a n e r u p t u r e a n d - - a s a consequence of lactic acid fo rma t ion and of enzymi c dephosphory l a t i on of adenos ine t r i p h o s p h a t e s - copious fluid release.

The e x t r e m e s h o r t e n i n g of t h a w rigor is t h u s seen as a t r ans i t i on of t he musc le to t he del ta s ta te , compl ica ted b y t h e onse t of r igor mor t i s .

Th i s work is pub l i shed by pe rmiss ion of t he Director , D o m i n i o n Labora to ry , Wel l ing ton .

B. B . MARSH* Dominion Laboratory, Department o/Scientific 6, Industrial Research, J. 1F. THOMPSON

Wellington (New Zealand)

1 R . W . RAMSEY AND S. F . STREET, J. Cellular Comp. Physiol., 15 (194 o) I I . z A. V. HILL, Proc. Roy. Soc. (London), B, 136 (1949) 420.

W. O. F~NN, in H6HER'S Physical Chemistry o] Cells and Tissues, Churchil l , London , 1947 p. 453. 4 T. MORAN, Proc. Roy. Soc. (London), B, lO 5 (193o) 177. 5 S. V. PERRY, J. Gen. Physiol., 33 (195o) 563. 6 p. CREPAX AND A. HgRION, Biochim. Biophys. Acta, 6 (195o) 54.

W. A. EMPEY, J. Soc. Chem. Ind. (London), 52 (1933) 23oT. 8 B. B. MARSH, Biochim. Biophys. Acta, 9 (1-952) 247.

Rece ived March 4th, 1957

* P re sen t address : Mea t I n d u s t r y R esea r ch I n s t i t u t e of New Zealand, B o x 345, Wel l ing ton , New Zealand.