Supercontraction of glycerol extracted insect flight muscles in presence of ITP

Glycerinextrahierte Fasern aus den longitudinalen Flugmuskeln der tropischen Wasserwanze Lethocerus maximus verkürzen sich mit ATP maximal auf 80% L0. Mit ITP lassen sich dagegen Verkürzungen auf 30% L0 induzieren. Übereinstimmend wird ITP stärker gespalten als ATP. Die enzymatische Aktivität sinkt mit der Verkürzung und bleibt zwischen 70% und 50% L0 gleich. Das Längen-Spannungsdiagramm mit ITP ist biphasisch, da bei rund 80% L0 ein Spannungsminimum erreicht wird und weitere Verkürzung auf 60% L0 wieder zu vermehrter Spannung führt. Die verschiedenen Verkürzungsstadien wurden elektronenmikroskopisch untersucht. Bei Ausgangslänge (L0) der Fasern und selbst in gedehnten Präparaten wurden die für die asynchronen Insektenmuskeln typischen Verbindungen der Primärfilamente mit der Z- Scheibe bestätigt. Bei Verkürzung auf 90% L0 tritt eine Verdichtung und Verbreiterung des Z- Scheibenkomplexes ein, die bei 80% L0 ihr Maximum zeigen und die auf eine Stauchung der Primärfilamente an der Z- Scheibe hindeuten. Gleichzeitig bildet sich durch Doppelüberlappung der Sekundärfilamente in der Sarcomerenmitte ein CM-Band aus. Verkürzungen, die über 80% L0 hinausgehen, sind mit einer Auflockerung der Filamentanordnung innerhalb der Myofibrillen verbunden und führen so zu deren Verbreiterung. Die Primärfilamente verlaufen auch dann noch faserparallel. Sie durchstoßen die Z-Scheibe jedoch, wenn überhaupt, dann nur in sehr geringem Umfange, denn im Querschnitt ist ihre Zahl pro Myofibrille bei 60% L0 praktisch ebenso groß wie bei 100% L0. Ihre Länge muß sich infolgedessen mit zunehmender Superkontraktion verringern. Dementsprechend ist der Durchmesser der Primärfilamente in den auf 60% L0 verkürzten Fasern etwa 30% dicker als in erschlafften Fasern. Für ausgezeichnete technische Mitarbeit danken wir Fräulein Jördis Behrsing und Fräulein Hannelore Stumpf. Der Deutschen Forschungsgemeinschaft sind wir für ihre Unterstützung zu Dank verpflichtet.Glycerol extracted fibers from the longitudinal flight muscles of the tropical waterbug Lethocerus maximus are able to shorten to 80% of their resting length (L0) in the presence of 5 mM Mg-ATP. With ITP on the other hand the fibers shorten to 30% L0. The isometric tension is also much larger (about 1 kg/cm2) with ITP than with ATP and accordingly the ITPase activity is higher than the ATPase activity. The enzymatic activity decreases during shortening to 70% L0 and remains constant between 70% and 50% L0. The tension length relationship is biphasic since during shortening to 80% L0 the tension decreases to a low value and increases again during further shortening to 60 % L0. The different states of shortening have been examined with the electron microscope after glutaraldehyde/OsO4 fixation. At resting length and even in stretched preparations the thick filaments are linked to the Z discs by means of thin connections as shown by previous authors. At 90-80% L0 the region of the Z disc increases in thickness and density, suggesting, perhaps, that the primary filaments become squashed. In the middle of the sarcomere the thin filaments — the length of which remains strictly constant — double-overlap, i. e. they form CMcontraction bands. At lengths shorter than 80% L0 the hexagonal array of the myofilaments is disturbed. Even then the thick filaments remain straight and oriented in parallel to the fibre axis. Some of the electron micrographs show an apparent penetration of the Z discs by thick filaments. But the extent of penetration — if there is any — must be small since in cross-sections the number of thick filaments per myofibril is similar as in relaxed fibers. Tentatively we assume, therefore, that the length of thick filaments decreases during supercontraction to 60% L0 especially since their diameter increases by about 30% under these conditions