132 1~. H n ~ :

Zur Biochemie der Fleischreifung

I V . Mitteilung

Die postmortale ~[nderung der Bindung yon Magnesium, Calcium, Zink und Eisen im Rindermuskel

Von

R. HAMM

Mitteilung aus dem lnstitut /iir Chemie und Physik der Bundesanstalt ]iir Fleisch]orschung, Kulmbach*

Mit 2 Textabbfldungen

(Eingegangen am 31. Oktober 1961)

Es is~ bekannt, dab Erdalkalimetalle bei der Muskelkontraktion eine wiehtige, wenn auch noch nieht vSllig gekl/~rte Rolle spielen. Da der Rigor mortis als eine lang- sam verlaufende Muskelkontraktion zu betraehten ist 1, ist zu erwarten, dal~ aueh bei diesem Prozel~ Erdalkalimetalle yon Bedeutnng sind. Das Studium der Wechsel- wirkung zwisehen den im Mnskel natiirlich vorkommenden mehrwertigen Kationen und den Muskelproteinen ist daher fiir das Verst~ndnis der zum Rigor mortis ffihren- den Vorg/~nge unerl/i$1ieh. Aber auch fiir die Frage naeh den im Ansehlul3 an die Totenstarre einsetzenden Ver/~nderungen (LSsnng des Rigor, Fleischreifung) sind Kenntnisse fiber die Anderung der Ionenbindung yon Interesse. Frfihere Unter- suehungen haben n/imlich ergeben, da~ Xnderungen in Struktur und Ladung des Muskeleiweil3es das BindungsvermSgen der Proteine ffir zweiwertige Kationen in eharakteristiseher Weise beeinflussen ~. Wir haben uns daher sehon vor einigen Jahren mit der postmortalen Anderung der Kationenbindung im Rindermuskel besch/~ftigt und darfiber in einer vorl/~ufigen Mitteilung berichtetS. Als wesentliehes Ergebnis stellten wir fest, dal~ w/~hrend der Entwicklung der Totenstarre und der naehfolgen- den Fleischreifung Magnesium, Calcium und Zink aus gebundener Form freigesetzt werden. Fast zur gleichen Zeit ersehien eine Arbeit yon ARC~OLD U. Mitarb2 mit /~hnliehem Ergebnis. Diese Autoren haben jedoeh die Menge an freien Erdalkali- me, allen im Muskelsaft nicht zu der Gesamtmenge des Metalls im Muskel in Beziehung gesetzt. Es war dies wohl auch bereehtigt, da eine Bestimmung der ,,dissoziierten" Erdalkalien dureh einfache F/illungsmethoden ohnehin recht unzuverl/tssig ist. Zudem wurde die Ionenbindung dureh die strukturellen und wasserl5sliehen Sub- stanzen des Muskels nicht ermittelt. Aus diesen Grfinden vermag die Arbeit yon A~SOLD U. Mitarb. zu der hier zur Diskussion stehenden Frage nichts Wesentliches beizutragen. Es ist aber yon Interesse, dal~ innerhalb von sieben Tagen post mortem keine signifikante Anderung im Kalium- und Natriumgehalt des Muskelsaftes ge- funden wurde.

Wenig sp/~ter ver5ffentliehte tIASSELSACH 5 eine ausgezeichnete Studie fiber die Bindung yon Calcium und Magnesium an die unl5sliche Muskelstruktur sowie an Myosin und Aetin im Kaninchenmuskel unmittelbar post mortem und naeh Eintreten

* Frau LISELOTT~ ttATZS~R und Frgulein I-IEDwIG Bt~EgM danke ich fiir ihre wertvolle Hilfe. 1 W~ITAK~R, J. R.: Advanc. Food Res. 9, 1 (1959).

HAM~, R. : Fleischwirtsch. 8, 266, 340 (1956). s HA~, R. : Jahresbericht der Bundesforschungs~nstMt f. Fleischwirtschaft 1956, S. 80.

A~z~conD, N. ,E. W~s~cK~ u. F. E. DSAT~AG~ : Food Technol. 10, 245 (1956). I-IASS~SnSACH, W. : Biochim. biophys. Aet~ ~ , 562 (1957).

Zur Bioehemie der Fleisehreifung. IV 133

der Totenstarre. Aber auch diese Unte r suehung ist im Hinbl ick auf unsere Problem- stel lung unvolls t~ndig, da nu r die an das s t rukturel le EiweiB gebundenen Erd- alkalimetalle, n icht aber die Menge an dissoziiertem Calcium u n d Magnesium a n d die B indung dieser Metalle durch die wasserlSslichen Subs tanzen des Muskels be- s t immt warden. AuBerdem wurde die Frage nicht gepr/ift, ob die postmortale Anderung der I o n e n b i n d u n g an die fibrillgren Proteine dureh die glykolytiseh be- dingte pa -Senkung oder aber durch spezifische, den Rigor betreffende t~eaktionen bedingt sind. Es schien uns fiberdies n icht ohne weiteres zulgssig, die Befunde am Kan inchenmuske l auch als ffir den Rindermuskel gfiltig zu betraehten. Wie die Re- sul tate der vorl iegenden Unte r suchung zeigen, waren diese Bedenken berechtigt.

SehlieBlieh haben sieh jfingst aueh FUJIMAKI U. Mitarb. 1 mi t der Bindung yon Calcium und Magnesium an die Proteine des Muskels befaBt. Leider sind die Methoden, die sic zur A b t r e n n u n g des Actins aus dem Actomyosin-Komplex beni i tz ten - - Be- hand lung mit Aeeton und Ex t rak t ion mi t einem groBen UberschuB an SalzlSsungen - - so drastisch, dab mit einer erhebliehen StSrung der Weehselwirkung zwischen Ion u n d Prote in zu reehnen ist. Der Antei l an frei dissoziierten Ionen wurde yon diesen Autoren nieht bes t immt.

I m folgenden sei fiber eigene Unte r suehungen zu diesem Problem beriehtet. Wir sind uns bewuBt, dab auch unsere Versuehe noch reeht unvollst/~ndig sind und wir yon einer LSsung der Frage nach der Rolle der Erdalkal imetal le bei der Entwick lung u n d LSsung der Totens tar re noeh weir ent fernt sind. Das Thema wird daher weiter yon uns bearbeitet .

Methodik Wir haben uns in der vorliegenden Arbeit darauf beschr~nkt, in einer kleinen Zahl von Ver-

suchen die Bindung von Calcium und Magnesium a) an die strukturellen Proteine und b) an die wasserl6slichen Substanzen des l~indermuskels zu messen sowie e) die Menge an frei dissoziierten oder nut sehr locker gebundenen Ionen zu ermitteln. In einigen Versuchen wurde zusgtzlich aueh die Bindung yon Zink und Eisen bestimmt. Wir bedienten uns hierzu der schonenden Extraktion des zerkleinerten Muskels mit eiskaltem Wasser im Verhi~ltnis 1 : 1. Bestimmt wurden 1. die ins- gesamt im Muskel enthaltenen, 2. die mit Wasser extrahierbaren und 3. die dureh Behandlung mit Kationenaustauscher austauschbaren Kationen. Die letztere Fraktion wird als frei disso- ziiert oder nur sehr locker gebunden betrachtet. Eine weitere Differenzierung der wasserlSslichen, nicht austauschbaren Metalle in solche, die an 15sliche Proteine und solche, die an niedermoleku- lare Substanzen gebunden sind, wurde nicht vorgenommen.

Die Methode der Extraktion wurde bereits friiher beschrieben und diskutiert ~. Die Bestimmung der Menge an frei dissoziierten oder sehr locker gebundenen Kationen durch Ionenaustauseh wurde bei einem Tell der Versuehe durch Behandlung des gesamten Gewebehomogenates mit dem Kationenaustauseher Lewatit S 100 (Na+-Form) naeh einer an anderem Ort besehriebenen Methode ~ (im folgenden als ,,Methode I" bezeichnet), bei einem anderen Tell der Versuehe durch Behandlung des w~Bligen Extraktes mit dem gleichen Austauscher nach einem friiher angegebenen Verfahren 2 (im folgenden als ,,Methode II" bezeichnet) ermittelt. Die Bestimmung der Kationen im Muskel und in den Extrakten wurde schon beschrieben 4, 5. Als Untersuehungsmaterial diente der M. longissimus dorsi, von dem etwa 3 kg nach einer friiher angegebenen Methodik 6 unmittel- bar nach dem Schl~chten unter m6gliehst sterilen :Bedingungen entnommen und bei 2 ° C gelagert wurden.

In den Tabellen sind die Mittelwerte der Analysen des M. longissimus dorsi vier verschiedener Binder mit der Abweichung vom Mittelwert angegeben.

1 FUJIMAKI, M. ~ . , N. A:~t~:AWA U: C. YOMETA: Bull. Agric. Chem. Soc. (Japan) 24, 333 (1960). - - FUJIMAKI, ~¢[. F . , N. ARAKAWA U. C. OGAWA: Vortrag d. Tagung des "Inst. of Food Technologists". San Francisco, 1960.

H A ~ , R.: Diese Z. 117, 113 (1962). 3 ttAM.~, B. : Diese Z. 107, 423 (1958).

HAM.U, I~.: Biochem. Z. II27, 149 (1955). H A ~ , 1~.: Diese Z. l l0, 95 (1959).

6 HAMM, B.: Diese Z. 109, 113 (1959).

134 R. HAMM:

Ergebnisse

Unmit te lbar nach dem Schlachten enth/ilt der Muskel kein oder nur sehr wenig dissoziiertes Calcium und Ziuk. Von dem Muskel-Magnesium liegen hingegen etwa 60~o in dissoziier?~er F o r m vor (Abb. 1, Tab. 1 und 2). Innerhalb yon 48 Std nach dem Schlachten, also wghrend der Entwicklung des Rigor morris, geht bei allen drei Metallen ein Tell aus der lest gebundenen Form in den dissoziierten oder nur sehr locker gebundenen Zustand fiber (Abb. 1, Tab. 1 ~nd 2). Bei weiterer ffinft/igiger Lagerung des Fleisches nimm¢ lediglich die Mengc an dissoziiertcm Calcium zu, w/ihrend die Menge an freien Magnesium- und Zinkionen nunmehr fast unver~ndert bleibt. Eisen liegt unmit te lbar nach dem Schlachten ausschlieBlich in gebundener Fo rm vor. Ein pos~mortales Freiwerden yon Eisenionen ist innerhalb yon sieben Tagen nicht zu beobachten.

8o

/

¢ Zn +÷

I I z - -J f e ~'(÷) 2 ¢ g

Abb. 1. Postmortale A'nderung der Kationendissoziati~on im Rindermuskel (~ethode I). (Austauschbare Kationen in % der insgesam~ im ~uskel enthMtenen Kationen)

120 r- aus slruR/l//'e//eo ff~mO~ . ~ * PfO/gl)Tg/7

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Abb. 2. Postmortale ~nde~'un~ der Bingung yon Calcium und Magnesium an die stru~turelleu Proteine und

wasserlSslichen Substanzen des Rindermuslcels (~ethode I)

Tabelle 1. Einflu/3 des Rigor mortis au/ die Bindung von Magnesium und Calcium im Rindermuakel. Bedeutung des plz-Wertes. (Methode II)

1O0 g 5~nskel enthalten I

/~mol

dissoziiertes hietall in 1O0 g ~£uskel

48 Std 10os$ mor~em 2 Std post mortem

p g 6,60 p~ 5,60 p~ 6,60 (eingestent m. NaOH)

% der % der % der /mlol Gesamtmenge /,mol t~Inol Gesamtmenge Gesamtnlenge

975 ± 4 Mg 604 62 749 ~_ 2 76,8 ~ 0,2 655 ± 7 67,2 ~= 0,7 91 =~ 3 Ca 1,12 1,23 12,5 ~ 0,1 13,7 ± 0,1 8,1 =1= 0,3 8,9 =h 0,4

Tabelle 2. Postmortale ~4"nderung der Kationenbindungen im Rindermuskel (~[ethode I)

Davon liegelx vor

100 g dissoziiert gebunden an strukt, l'ro~eine Muskel nach Lagerung yon nach Lagernng yon

enthalten 2 Std 48 Std 7 Tagelt 2 Std 48 Std 7 Tagen

ttmol tnnol ttmol #tool ttmol ~mol tmlol

I 990±5Mg~ 575 ~ 3 100-4-3Ca I 0 44=]-1Zn[ 1,1 ~ 0,1 59 j- 2 Fe[ 0

744 ± 4 10,1 ± 1,1 5,1 ~ 0 0

740 ~ 5 311 ± 13 208 ± 4 23,5 ~ 0,4 59,3 ± 1,5 60,4 ~ 0,9 4,9 ___ 0,3 29,8 ± 0,9 29,0 ± 0,6 0 16,3 16,3

197 _-t: 15 55,9 ± 1,4 30,2 ± 0,6 16,2

Zur Biochemie der Fleisehreifung. IV 135

Aus Abb. 2 und Tab. 2 und 3 ist die molare Menge an Kationen zu ersehen, die post mortem aus der Bindung an strukturelle und wasserl6sliehe Muskelsubstanzen freigesetzt wird. Es ist bemerkenswert, dab sieh die Bindung yon Calcium an die strukturellen Muskelproteine innerhalb der ersten 48 Std naeh dem Sehlachten nicht /~ndert, wghrend die Magnesiumbindung betr£ehtlieh abnimmt. Bei siebent/~giger Lagerung werden sowohl Calcium- als auch Magnesiumionen aus dem fibrill/~ren Muskeleiweig abgespalten.

Tabelle 3. Postmortale ]fnderung des Gehaltes der strukturellen Muskelproteine an Magnesium, Calcium, Zinlc und Eisen (Methode I)

1 g strukturelles Protein enthiilt gebunden Zeit

nach dem Schlachten i~g Ca Zn I Fe /*mol /~mol tmlol i /~lnol

I

2 Std 48 Std

7 Tage

22,8 i 1,2 I 4,3 ~ 0,1 15,9 ± 1,2 I 4,2 :j:: 0,1 13,3 -4- 0,6 I 3,8 _4 0,1

2 ,1±0 ,1 I 1,1 2,0 -4- 0,1 ; 1,1 2,0 -t- 0,1 i 1,1

Der Zinkgehalt dieser Proteine /indert sich post mortem nicht signifikant. I)as w/~hrend der Entwicklung des Rigor mortis freigesetzte Zink muB demnach aus wasser- 16slichen Substanzen abgespalten worden sein. Die Bindungvon Calcium und Magne- sium an wasserl6sliche Substanzen n immt innerhalb der ersten 48 Std post mortem ab. Bei weiterer ffinft~giger Lagerung des Muskels schreitet die Abnahme der Cal- ciumbindung an wasserl6sliche Substanzen fort; die Magnesiumbindung hingegen nimmt nicht ab, sondern sogar etwas zn. Diese Zunahme scheint allerdings nicht signifikant zu sein.

Diskussion

Ein Vergleich unserer I~esultate mit denen yon HASS~LBACH 1 zeigt, dab die Ionen- bindung und ihre Jmderung post mortem beim Rind und Kaninchen offenbar recht verschieden sind. Wit haben sehon friiher 2 darauf hingewiesen, dab die Gesamtmenge an Calcium im Kaninehenmuskel ctwa doppelt so hoch ist wie im l~indermuskel. ItASSELBAC~ land nun unmittelbar nach dem Tod des Tieres 10,2 #tool gebundenes Calcium pro 1 g strukturelles Protein (Kaninchen). Dieser Weft ist etwa das Doppelte des von uns im Rindermuskel gefundenen Wertes (Tab. 3). W~hrend sich entsprechend unseren Resultaten die Calciumbindung an die fibrill~ren Proteine bei Eintr i t t der Totenstarre nicht /indert, sinkt sie nach ItASS~I, BACg im Kaninchenmuskel auf 5,3 #mol/g Protein ab. Es hat also den Anschein, als ob diejenige Menge an struktur- gebundenem Calcium, die der Kaninehenmuskel mehr enthi~lt als der Rindermuskel, im Verlaufe der Totenstarre des Kaninehenmuskels freigesetzt wird. PA~KE~ und GERGEL¥ a gaben allerdings kiirzlich fiir das an die Fibrillen des frischen Kaninchen- muskels gebundene Calcium Werte an, die betr'~chtlich niedriger als die yon H),SSEL- BAC~ unmittelbar post mortem gefundenen sin& Sic entsprechen mit 2,7 4,7 #tool Ca/g Protein der yon uns in den Myofibrillen des frisehen Rindermuskels gefundenen Calciumbindung. Von i~hnlicher Gr6Benordnung ist auch die yon KITAOAWA U. Mitarb.4 fiir das Myosin des Kaninchenmuskels angegebene Calciumbindung (3,7---5,2 ttmol/g Protein).

1 HASSELBACtI, W.: Zit. S. 132, Anm. 5. ttAMM, R." Zit. S. 133, Anm. 5.

a PAtgKER, C. J . , u. I . GEI~GELY: J . biol. Chem. 236, 411 (1961). KITAGAWA, S., J . YOSHI?SURA 11. Y. TONOMURA: J . biol. Chem. (Tokyo) 236, 902 (1961).

136 R. H ~ I :

Aueh ftir die Magnesiumbindung s t immen die Resul ta te von HASSELBACH mit den unsrigen nieht iiberein. Die in den vorliegenden Versuehen gefundene, relativ grol]e Menge an struk~urgebundenem Magnesium (22,8 ttmol/g Protein) 1 im Rinder- muskel sinkt innerhalb yon 48 Std post mortem betr/~ehtlieh ab, w~hrend sich nach den Angaben yon ~{ASSELBACH 3 die wesentlieh geringere Magnesiumbindung im Kaninehen- muskel (7,3 ttmol/g strukturelles Protein) bei Eintr i t t der Totenstarre nieht Andert.

Die Folgerungen, die wir friiher 4 in der Annahme einer allgemeinen Giiltigkeit der Befunde yon HASSELBACH gezogen haben, mfissen daher korrigiert werden.

Es erhebt sich nun die Frage, ob die gerii~ge Ionenaktivit~tt im , ,sehlaehtwarmen" Gewebe auf die Gegenwart yon Adenosintr iphosphat (ATP) und die Zunahme der Ionenaktivi tAt bei Eintr i t t des Rigor mortis auf den postmortalen ATP-Abbau im Muskel znrfiekzufiihren sind. Wir wollen zunAehst yon de rAnnahme ausgehen, dal3 das A T P im Muskelsaft gel6st, also nicht an Eiweil3 gebunden ist. Die ATP-Konzent ra - tion des Rindermuskels betr~gt 2 Std post mortem etwa 4 • 10-3reel pro 1 kg Gewebe s. Naeh den vorliegenden Versuehsergebnissen binden die wasserl6sliehen Substanzen des Muskels 1 ,0 .10 -3 reel Mg 6, 0 , 4 .10 -3 reel Ca und 0,1 • 10 -3 reel Zn, also insgesamt etwa 1,5 • 10 -3 reel zweiwertige Kationen. Ein Tell dieser Kat ionen diirfte an wasser- 16sliche Proteine gebunden sein, da der Rindermuskel aueh im Zustand der Toten- starre bei PH 7 immerhin etwa 0,8 • 10 -3 mol zweiwertige Kat ionen in fester Bindung an wasserlSsliehe Proteine enthgtt ~. Bei dem starken KomplexbildungsvermSgen des A T P mit Erdalkalimetallen 5, 7 ist es erstaunlich, daI~ nur 1,5" 10 -3 mol zweiwertige, gelSste Kat ionen in undissoziiertem Zustand vorliegen, yon denen ohnehin ein be- trAchtlieher Teil nieht durch ATP, sondern durch 15sliehe Muskelproteine gebunden sein dfirfte. Calcium und Zink sind zwar fast vollst£ndig gebunden; veto Magnesium aber liege n 5,9 • 10 -s reel in dissoziiertem Zustand vor, obwohl die Bildungskonstante des Mg-ATP-Komplexes grSi3er ist als die des Ca-ATP-Komlolexes. Man Inul3 aus diesen Resul ta ten den Sehlul~ ziehen, dab das A T P des frischen Muskels ftir die Bin- dung der zweiwertigen Kat ionen des Muskelsaftes nicht oder nur zu einem verhAltnis- m~13ig kleinen Tell zur Verfiigung steht.

Beim Eintr i t t der Totenstarre werden yon den im Muskelsaft enthal tenen 1,4 • 10 -3 reel gebundenen Erdalkalimetallen nu t 0,6 reel Mg ++ und 0,1 mol Ca ++ freigesetzt, ein Zeichen, dab mindestens die tI£1fte der nicht dissoziierten Erdalkalien des fri- schen Muskelsaftes nieht an A T P gebunden gewesen sein kann. Bei dam geringen Erd- alkalibindungsvermSgen von AMP und IMP 5 miii3te nach enzymatisehem Abbau yon Mg-ATP und Ca-ATP der grSl3te Teil der Erdalkalien in dissoziierter Fo rm vorliegen. Ffir eine Bindung an A T t ' kommen somit nur noeh 0 , 7 . 1 0 -3 reel Erd- alkalien in Betracht . Es ware aber durchaus mSglich, dal3 diese kleine Menge im Plas- ma des frisehen Muskels nieht an ATP, sondern an wasserlSsliche Proteine gebunden war and durch die postmortale p~i-Senkung freigesetzt wurde. Wie wir schon frfiher naehgewiesen habeu 4, ist die Bindung yon Erdalkalien an wasserlSsliehe Muskel- proteine bei pg 7 grSl3er als bei PH 5,5 (Differenz z. B. 0,5 • 10 -3 reel Ca + Mg).

Da der grSi3te Teil des A T P fiir eine Bindung der im Sarkoplasma gel6sten zwei- wertigen Metalle nicht verffigbar ist, ware an eine Bindung des A T P an die Muskel-

1 Dieser Wert entspricht der yon ]3OWE~ und M~TII~ 2 angegebenen Menge des yon Aetomyo- sin gebundenen Magnesiums (23,0 ]~mol Mg/g Protein).

2 Bow~N, W. J., u. H. C. MAR~I~: Biochim. biophys. Acta 87, 70 (1960). 3 HASSELBAC~, W. : Zit. S. 132, Anm. 5. 4 HAMM, R. : Zit. S. 133, Anm. 5. 5 HA~I, R. : Bioehem. Z. 328, 309 (1956). 6 Die Angabe der Molarit~it (,,mol") bezieht sich stets auf 1 kg Muskelgewebe. 7 MAI~TELL, A., u. G. SOI~WAI~ZE~BAeI~: Helv. chim. Acta 39, 53 (1956). - - WALAAS, E.:

Acta Chem. Seand. 11, 1082 (1957); 1, o, 528 (1958). - - Bu~To~, K.: Biochem. J. 71, 388 (1959).

Zur Biochemie der Fleisehreifung. IV 137

s t r u k t u r zu denken. Es ergibt sich dann die Frage , in welcher Beziehung die Ka t ionen - b indung dureh die fibrillAren Pro te ine zum pos tmor t a l e n A T P - A b b a u s teht . A n die s t ruk tu re l l en Pro te ine des seh laeh twarmen Muskels s ind 3,1 • 10 -3 tool Mg, 0,6 • 10 -3 tool Ca und 0,3 • 10 -3 mol Zink, also insgesamt e twa 4~ • 10 -a mol zweiwert ige K a t i o n e n gebnnden. Das is t genau diejenige Ka~ionenmenge, die dem molaren Gehal~ des fr isehen Muskels an A T P en t sp r ieh t (vgl. oben). Von diesen gebnndenen Metal len werden bei E i n t r i t t der To tens t a r r e 1,0 • 10 -3 tool Magnes ium nnd fast kein Calcium und Zink in dissozi ier ter F o r m abgespal ten . Aueh diese Menge an freigesetzten K a t i o n e n ist erhebl ieh geringer, als sic be im A b b a u eines einfaehen Me ta l l -ATP-Komplexes zu e rwar ten ist. Wahrsehe in l ieh s t a m m t das pos t mor t em abgespa l tene Magnes ium gar n ieh t aus einem Mg-ATP-Komplex , sondern wird aus unmi t t e l ba r e r Bindung an das s t ruk ture l le EiweiB du tch die pos tmor ta l e p ~ - A b n a h m e freigesetzt . E rh6h t man ngmlich den p g - W e r t des I~igor-Muskels (pa 5,5) wieder auf den W e f t des seh laeh twarmen Fleisehes (p~ 6,6) so wird die gleiehe Menge an Magnes ium (1 • 10 -~ tool) wieder gebunden, die bei E i n t r i t t des I~igor morris arts der s t ruk ture l len Sub- s tanz in F re ihe i t gesetz t worden war (Tab. 1).

Aus diesen und fr i iheren Untersuehungen~. 2 ergibt sieh, dal3 die E rda lka l ime ta l l e des Rindermuske l s auf mindes tens drei versehiedene Ar t en an die fibrill/~ren Pro te ine gebnnden sein mfissen: 1. Sehr feste Bindung, die aueh bei dem niedrigen p~t-Wert des l~igor-Muskels noeh aufreeht e rha l ten b le ib t ; 2. pg-abh£ngige Bindung, die bei p g 7 verh/~ltnism/iBig fest ist, m i t s inkendem p g abe t s t a rk a b n i m m t ; 3. loekere elektrosta*isehe Bindung (Ionen sind mi t Wasse r ex t r ah ie rba r und leieht aus- tausehbar ) . Beim B indnngs typus 2. d i i r f te es sieh u m einfaehe Chelate handeln . Es is t mSglieh, dal3 dies jener Ante i l an gebundenem Metal l ist, der naeh PARXSl~ und GERe~L¥ a gegen andere K a t i o n e n ansge tauseh t werden kaun. Bei dem Bindungs- t y p u s 1. wird man einen kompl iz ie r te r geban ten Meta l l -P ro te in -Komplex , e twa in der A r t einer , ,K/~figverbindung" (Chlatrat) , annehmen mtissen.

Was den Rigor mortis anbetr i f f t , so m6ehten wir aus den vor l iegenden Resu l t a t en folgern, dag Calcium und Magnes ium (evtl. aueh Zink) zun£ehst n ieht an freies oder gebundenes A T P gebnnden sind, sondern dag A T P fiber diese Metalle an das Myosin des Mnskels gebunden ist, wie dies aueh sehon yon anderen Auto ren ¢ angenommen wurde. Be im enzymat i sehen A b b a u ver l ier t A T P sein s ta rkes Komplexb i ldungs - verm6gen fiir E rda lka l ime ta l l e . A M P und I M P sind n ieht mehr oder n u t noeh locker an das Calcium und Magnes ium gebunden. Diese Metal le s ind nunme hr in der Lage, andere Bindungen einzugehen. Es bes t eh t die M6gliehkeit einer Reak t ion des Myosin- Magnesiums mi t Aet in naeh dem Schema

Myosin - - Mg - - A T P + Aet in -+ Myosin - - Mg - - Aet in + A M P + 2P

Eine auf dieser R e a k t i o n beruhende neue Theorie des Rigor mortis wurde an anderem Ort d i sku t ie r t "~ und soll in einer sp/~teren VerSffentl iehung noeh ein- gehender in t e rp re t i e r t werden.

1 I-IAM~, t~.: Diese Z. 106, 281 (1957). 2 HAM~, I~.: Zit. S. 132, Anm. 2; Zit. S. 133, Anm. 3; Zit. S. 133, Anm. 5. 3 p ~ E ~ , C. J., u. J. G~GEL¥: Zit. S. 135, Anm. 3.

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H ~ M , ~ . : Advanc. Food l~es. 10, 355 (1960).

138 1%. ttAMM: Zur Biochemie der %'leischreifung. IV

W/ihrend der Fleisehreifung (zwischen 2 and 7 Tagen post mortem) werden aus den strukSurellen Muskelproteinen sowohl Magnesiumionen (etwa 0 ,1 .10-Stool ; etwa 5~o des im Rigor gebundenen Mg) Ms aueh CMciumionen (0,04.10 -a mol; etwa 7,5~o des im Rigor gebundenen Ca) abgespalCen. Da Erhitzen des Muskel- eiweii3es zu einer Abnahme der Kationenbindung fiihrt 1, w/ire auch hier an eine gewisse Dena~urierung des Muskeleiwei$es zu denken. Es w/ire aber such m5glich, dM3 eine beginnende Proteolyse 2 das Erdalkali-Bindungsverm6gen der strukSurellen Muskelproteine herabsetzt. Ffir die feste Bindung der Metalle ist offenbar eine sehr spezifische Struktur der EiweiBhelix nobwendig, deren St6rung die Bildung yon Chelaten oder Chlatra~en beeintr/ichtigt.

W/ihrend der Reifung wird auch aus den Substanzen des Muskel-Plasmas etwas Calcium abgespalten. Es sind etwa 0,1 • 10 -a mol/kg Gewebe, also immerhin ein Drittel des im Rigor-Muskel in wasserl6slicher, undissoziierter Form anwesenden CMciums. Ob es sich um eine Xnderung der Bindung an 15sliche Pro~eine (etwa (lurch Denatu- rierung oder Proteolyse) oder aber um den Abbau niedermolekularer,calciumbindender Substanzen handelt, war noch nich$ zu entscheiden.

Eisen liegt im Muskel ausschlieBlieh in gebundener Form vor. Da die Eisenbindung durch die postmortalen Ver/inderungen nicht beeinflui3t wird, dfirfte dieses Metall an der Entwicklung des l~igor morris wohl kaum unmitbelbar beteiligt sein. Nach fr/iheren Ergebnissen a is~ der gr61~te Teil des Eisens an wasserl6sliche Proteine (Myo- globin), ein weiterer Anteil aber such an das strukturelle Eiweil~ gebunden.

Zusammen/assung

Durch Behandeln yon Muskelgewebe and w/~Brigen Muskelextrakten mi~ Kationen- austauseher sowie dutch erseh5pfende Extrakt ion des Gewebes wurde die Bindurg von Magnesium und CMcium (in einigen Versuehen aueh yon Zink und Eisen) an die strukturellen Muskelproteine und die wasserlSslichen Substanzen des Muskels ermittelt. Zwei Stunden nach dem Tod des Tieres enthielt der Muskel kein oder nur sehr wenig dissoziiertes Calcium and Zink. Vom Muskel-Magnesium hingegen lagen etwa 60% in dissoziierter Form vor. Innerhalb der ersten 48 Std post mortem/inderte sieh die Bindung von Calcium und Zink an die strukturellen Proteine nicht, w/ihrend die Magnesiumbindung betr/ichtlieh abnahm. I m gleiehen Zeitraum nahm die Bin- dung yon Magnesium, CMcium und Zink an die wasserl6slichen Substanzen ab. Bei weiterer ffinft/igiger Lagerung dos Muskels (2 ° C) wnrden Calcium und Magnesium aus der Bindung an Myofibrillen abgespalten. W/~hrend dieser Zei~ wnrde bei den wasser- 15slichen Substanzen weiteres CMcium, abet kein Magnesium aus gebundener Form freigesetzt. I m gesamten Untersuehungs-Zeitraum lag Mles Eisen in nicht- dissoziierter Form vor.

Aus den Resultaten wird gesehlossen, dab im Muskel unmittelbar post mortem Adenosintriphosphat nicht frei, sondern fiber Erdalkalimetalle an das MuskeleiweiB gebuuden ist, und da$ im Verlauf des Rigor mortis das ~ucleotid infolge der enzy- matischen Dephosphorylierung aus dieser Bindung freigese~zt wird. Es wird ver- muter, dM~ die nun freiwerdende Erdalkalibindung bei den w/ihrend des Rigor morris eintretenden Interaktionen zwisehen den Muskelproteinen eine wichtige Rolle spielt.

Es werden drei versehiedene Arten der Bindung yon ErdalkMimetallen an die strukturellen Muskelproteine diskutiert.

1 I I A ~ , 1%.: Diese Z. 117, 113 (1962). HAM~, 1%.: Diese Z. 109, 227, 337 (1959)

a ttAMm, 1%. : Zit. S. 133, Anm. 5.