Abstract
The inhibition of the actin-L-myosin interaction by urea
1.
1. With increasing concentration, urea transforms actomyosin ATPase of washed myofibrils and of purified actomyosin gels into L-myosin ATPase. This transformation is completed as soon as the urea concentration has risen to about 1 M. This transformation is reversible.
2.
2. Up to a urea concentration of 1 M the activity of L-myosin ATPase is not affected. The inefficacy of 1 M urea on the activity of L-myosin ATPase has been determined with L-myosin gels and L-myosin sols in the presence of Ca and Mg.
3.
3. With a further increase in the urea concentration up to 2 M a slight inactivation of L-myosin ATPase takes place. This inactivation appears to be completely or to a large extent irreversible.
4.
4. The action of acetamid is similar to that of urea. The interaction of actin and L-myosin, however, is not completely inhibited until acetamid reaches a concentration of 2 M, whereas L-myosin ATPase apparently begins to be impaired by acetamid when the concentration of acetamid exceeds 1 M.
5.
5. Also the mechanical interaction of actin and L-myosin filaments is inhibited by 1 M urea in the presence of ATP. The ATP-contraction of extracted fibres is followed by relaxation on the addition of 1 M urea and the resistance to stretch falls to values similar to zero.
6.
6. Living muscles in 1 M urea solutions no longer respond mechanically to electrical stimulation. This inhibition is fully reversible. The analogous inhibition by means of 1 M acetamid is incomplete. 2 M acetamid causes complete inhibition, which is only partially reversible.
7.
7. Living muscles in 1 M urea solutions loose only a small amount of water, whereas urea rapidly penetrates into the interior of the fibre until complete equilibrium of the urea concentration has been reached.
8.
8. 1 M urea within living muscle fibres does not affect the ATP turnover of resting living muscle. 1 M urea, however, strongly decreases ATP splitting if the living muscle is induced to an increased chemical and mechanical activity by contracture substances or other contracture producing factors.
9.
9. The chemical and mechanical inhibition of muscular activity is not based on the effect of urea on the excitation of the membrane. Resting potential as well as action potential remain practically unchanged in the presence of 1 M urea.
10.
10. All experimentally tested forms of muscle contracture (produced by eleven different contracture substances) are completely inhibited by 1 M urea. As far as was experimentally determined, this inhibition is reversible. This result is independent of whether the contractures are accompanied by a depolarization of the membranes or take place in depolarized muscles.
11.
11. All experiments show that apparently in living muscle, too, the activity of urea attacks the last common link of the reaction chains which lead to contraction or contractures. This last common link is apparently the interaction between actin filaments, L-myosin filaments, and ATP.
1. Urea verwandelt mit steigender Konzentration die Aktomyosin-ATPase von ausgewaschenen Fibrillen und gereinigten Aktomyosingelen in L-Myosin-ATPase. Diese Umwandlung ist abgeschlossen sobald die Urea-Konzentration auf etwa 1 M angestiegen ist. Diese Umwandlung ist reversibel.
2.
2. Bis zur Urea-Konzentration von 1 M wird die Aktivität der L-Myosin-ATPase nicht beeinflusst. Die Wirkungslosigkeit von 1 M Urea auf die Aktivität der L-Myosin-ATPase ist gemessen an L-Myosingelen und L-Myosinsolen unter Ca und unter Mg.
3.
3. Mit weiterem Anwachsen der Urea-Konzentration bis 2 M tritt auch eine geringfügige Inaktivierung der L-Myosin-ATPase ein. Diese scheint nicht oder nicht voll reversibel zu sein.
4.
4. Acetamid wirkt sehr ähnlich wie Urea. Doch ist die Interaktion von Aktin un L-Myosin erst mit 2 M Acetamid völlig aufgehoben, während die Schädigung der L-Myosin-ATPase durch Acetamid bereits mit Überschreitung der 1 M Konzentration einzusetzen scheint.
5.
5. Auch die mechanische Interaktion der Aktin-und L-Myosin-Filamente wird durch 1 M Urea in Gegenwart von ATP aufgehoben. Der ATP-Kontraktion extrahierter Fasern folgt beim Zusatz von 1 M Urea eine Erschlaffung. Der Dehnungswiderstand sinkt dabei auf Werte ähnlich Null.
6.
6. Lebende Muskeln antworten in Bädern mit einem Gehalt von 1 M Urea nicht mehr auf elektrische Reizung. Diese Hemmung ist voll reversibel. Die analoge Hemmung durch 1 M Acetamid ist dagegen unvollständig 2 M Acetamid bewirkt vollständige Hemmung, die aber nur teilweise reversible ist.
7.
7. Die lebenden Muskeln verlieren in 1 M Urea-Bädern nur wenig Wasser, dagegen dringt das Urea schnell bis zum völligen Konzentrationsausgleich in das Faserinnere ein.
8.
8. 1 M Urea im Inneren lebender Muskelfasern beeinflusst den ATP-Umsatz des ruhenden lebenden Muskels nicht. Dagegen setzt 1 M Urea die ATP-Spaltung stark herab, wenn der lebende Muskel durch Kontrakturstoffe oder durch andere kontrakturerzeugende Faktoren zu erhöhter chemischer und mechanischer Aktivität veranlasst wird.
9.
9. Die chemische und mechanische Hemmung der Muskelaktivität beruht nicht auf einem Urea-Einfluss auf die Membranerregung. Ruhepotential und Aktions-potential bleiben unter 1 M Urea praktisch unverändert.
10.
10. Alle untersuchten Arten der Muskelkontraktur (durch 11 verschiedene Kontrakturstoffe) werden durch 1 M Urea vollständig und, soweit untersucht, auch reversibel gehemmt. Dieser Erfolg ist davon unabhängig, ob die Kontrakturen unter Depolarisierung polarisierter Membranen stattfinden oder aber auch an depolarisierten Muskeln ausgelöst werden können.
11.
11. Die Gesamtheit der Versuche zeigt, dass die Urea-Wirkung auch im lebenden Muskeln anscheinend an dem letzten gemeinsamen Endglied der Reaktionsketten angreift, die zur Kontraktion oder Kontrakturen führen. Dieses letzte gemeinsame Endglied ist offenbar die Interaktion zwischen Aktinfilamenten, L-Myosinfilamenten und ATP.