Dawson M J, Gadian D G, Wilkie D R
J Physiol. 1977 Jun;267(3):703-35. doi: 10.1113/jphysiol.1977.sp011835.
磷核磁共振(³¹P NMR)可用于测量活组织内含磷代谢物的浓度。我们已开发出在生理条件下维持肌肉、刺激肌肉并记录张力,同时积累其³¹P NMR谱的方法。实验在4℃下对青蛙缝匠肌以及青蛙和蟾蜍的腓肠肌进行。
来自³¹P(天然存在的磷)的NMR信号很弱,需要信号平均。为了跟踪反应的时间进程,有必要在肌肉反复收缩的数小时内将其维持在稳定状态。信号根据收缩开始后的时间在单独的计算机存储单元中积累。通过这些方法获得了与收缩和恢复周期中不同时间段相对应的谱图。
在无刺激的情况下,青蛙缝匠肌及其提取物的谱图显示三磷酸腺苷(ATP)、磷酸肌酸(PCr)、无机正磷酸盐(P(i))和糖磷酸盐(糖P)的浓度,这些浓度与化学分析得到的值合理相符。
我们已证实,代表未知化合物的未识别共振出现在青蛙和蟾蜍肌肉的谱图中;其中之一在蟾蜍的谱图中比在青蛙的谱图中要大得多。我们还发现了另一个小的未识别共振,它似乎是蟾蜍肌肉特有的。
在实际收缩过程中(每2分钟进行1秒强直收缩)积累的谱图与在整个2分钟的收缩和部分恢复周期中积累的谱图没有显著差异。
在25秒强直收缩后,约20%的PCr已被水解;然后以约10分钟的半衰期呈指数形式重建。收缩后立即出现的[P(i)]增加及其消失的时间进程与[PCr]的变化相对应。在恢复后期,P(i)的浓度降至低于静息肌肉中的浓度。在两次收缩之间的56分钟间隔内,[糖P]一直保持非常高(约4 mmol·kg⁻¹)。
当青蛙缝匠肌每2分钟强直收缩1秒时,由于从这些小肌肉获得的信号太少,无法观察到收缩之间[PCr]和[P(i)]的变化。然而,当蟾蜍腓肠肌受到类似刺激时,这些化合物的变化很容易被检测到,甚至比预期的还要大。
P(i)共振的位置可用于监测细胞内pH值及其变化。在我们的实验条件下,未刺激的青蛙缝匠肌中的平均细胞内pH值为7.5。在25秒强直收缩后,观察到其向酸性方向移动了几个pH单位,并在恢复期末回到刺激前的值。蟾蜍腓肠肌收缩1秒后,P(i)的环境在最初几秒钟内变得略为碱性。