Elektronenmikroskopische Untersuchungen an Muskelfibrillen bei totaler und partieller Extraktion des L-Myosin

Abstract

1. Es wird bestätigt, daß die Entfernung der globären, löslichen Proteine des Muskels durch verdünnte Puffer- und Salzlösungen die elektronenmikroskopisch erkennbaren Strukturen nicht verändert. 2. Es werden mehrere Verfahren angegeben, durch die sich aus Muskelfasern, aber auch aus isolierten Fibrillen, nach Entfernung der globären Proteine selektiv das L-Myosin extrahieren läßt. Je nach der Art des Verfahrens kann die gezielte Extraktion des L-Myosins mehr oder minder vollständig durchgeführt werden. 3. Die elektronenmikroskopische Betrachtung zeigt dann, daß mit fortschreitender Extraktion des L-Myosins die A-Bande der ruhenden Fibrille immer durchsichtiger wird. Schließlich liegen die Ew.-Filamente, die A und I fortlaufend durchziehen, auch in der A-Bande völlig bloß, so daß A- und I-Bande nicht mehr unterscheidbar sind. Die ursprüngliche Gliederung der Fibrille in Sarkomere ist dann nur noch daran zu erkennen, daß die durchlaufenden Ew.-Filamente etwa im Abstand von 20 000 A durch die wohlerhaltenen Z-Scheiben zusammengehalten werden. 4. Damit ist gezeigt, daß in der ruhenden Fibrille die Grundsubstanz der A-Bande aus L-Myosin besteht. 5. Wird die Extraktion noch weiter getrieben, aber unter Bedingungen, unter denen noch immer kein F-Aktin extrahiert wird, so verschwinden auch die Z-Scheiben. Es bleiben dann neben eigenartigen Membranen und kollagenen Fasern nur noch die Filamente der Fibrille übrig, die manchmal noch parallel, meist wirr, durcheinander liegen. Da diese Filamente unter solchen Extraktionsbedingungen übrig bleiben, unter denen F-Aktin nicht gelöst wird, und da diese perlschnurartigen Einzelfilamente von 100 A Dicke wie Fäden aus reinem Aktin aussehen, müssen sie auch als F-Aktinfäden angesprochen werden. 6. Da die I-Abschnitte sich bei gezielter abgestufter Extraktion anscheinend nicht ändern, ergibt sich folgendes Bild: Filamente aus Aktin durchlaufen die Fibrille der Länge nach. Ihre Zwischenräume sind in der A-Bande — aber nicht in der I-Bande — durch L-Myosin ausgefüllt. In der Z-Scheibe werden die Aktinfilamente durch ein Protein zusammengehalten, das etwas, aber nur wenig, schwerer löslich ist als L-Myosin. 7. Die Konzentration an fibrillärem Muskeleiweiß berechnet sich aus dieser Lokalisation zu etwa 21% in den A-Abschnitten und 5% in den I-Abschnitten. Dies gilt für Skelettmuskeln des Kaninchens unter der Annahme, daß das Fibrillenvolumen 60% des Faservolumens ausmacht. Diese Verteilung der fibrillären Proteine steht nicht nur mit dem elektronenmikroskopischen Bild, sondern auch mit der Größe der Doppelbrechung in A und I in befriedigender Übereinstimmung. Diese Berechnung läßt völlig offen, wie weit sich in der lebenden Fibrille globäre Proteine zwischen den Aktinfilamenten der I-Bande befinden. 8. Wird aus maximal kontrahierten Fibrillen (Periodizität der Kontraktionsstreifen = 5000 Å) durch gezielte Extraktion nur das L-Myosin entfernt, so wird der Kontraktionsstreifen ebenso abgebaut wie die A-Bande der ruhenden Fibrille. Auch hier werden schließlich durch die Extraktion die Aktinfilamente freigelegt. Also besteht auch die Grundsubstanz des Kontraktionsstreifens aus L-Myosin. Damit ist geklärt, was für ein Material bei freier Verkürzung der quergestreiften Fibrillen aus der A-Bande in den Kontraktionsstreifen wandert.