Lipoamid-dehydrogenase, Citratsynthase und β-Hydroxyacyl-CoA-dehydrogenase des Skelettmuskels

Summary

Samples of bovine muscle (post rigor) were frozen at different temperatures between −5° and −196°C at different freezing rates, and thawed at room temperature. The activities of the mitochondrial enzymes lipoamide dehydrogenase, citrate synthase and β-Hydroxyacyl-CoA-dehydrogenase were determined in the supernatant of the tissue homogenates in phosphate buffer (total enzyme activity), as well as in the press juice of the intact tissue (enzyme activity in the sarcoplasma).

Neither the temperature nor the rate of freezing (varying from 25.5 to 0.01 min/°C) showed a significant influence on the total enzyme activities. Freezing at −5° and −10°C (at different rates but without intracellular freezing) and thawing did not result in an appreciable release of enzymes. Below −10°C the release of the three enzymes from their binding to the inner membrane of the mitochondrion into the sarcomplasmic fluid increased upon rapid freezing with decreasing temperature i.e. with increasing intracellular ice formation, whereas at slow freezing (with extracellular ice formation only) freezing below −20°C did not cause further enzyme release. At freezing temperatures below −20°C rapid freezing resulted in a significantly stronger release of the three enzymes than slow freezing.

From these results it was concluded that the damage to mitochondrial membranes upon fast freezing is primarily a result of intracellular (and perhaps also intramitochondrial) ice formation, whereas the membrane damage during slow freezing is primarily due to dehydration caused by the migration of water from the muscle fibers into the extracellular space as a result of osmotic effects. Ion concentration in the nonfreezing fraction of tissue water seems to be only of minor importance for the disintegration of mitochondrial membranes.

Zusammenfassung

Proben vom Rindermuskel (post rigor) wurden auf verschiedene Temperaturen zwischen − 5° und −196 °C mit unterschiedlicher Geschwindigkeit eingefroren und bei Zimmertemperatur aufgetaut. Die Aktivitäten der Mitochondrien-Enzyme Lipoamid-dehydrogenase, Citratsynthase und β-Hydroxyacyl-CoA-dehydrogenase wurden im Überstand des Gewebehomogenats in Phosphatpuffer (Gesamtaktivität des Enzyms) sowie im Preßsaft des unzerkleinerten Gewebes (Enzymaktivität im Sarkoplasma) bestimmt.

Weder die Temperatur noch die Geschwindigkeit des Gefrierens (variierend zwischen 25,5 und 0,01 min/°C) zeigten eine signifikante Wirkung auf die Gesamtaktivität der Enzyme. Gefrieren bei −5° und −10°C (bei unterschiedlicher Geschwindigkeit, doch ohne intracelluläres Gefrieren) und Auftauen führten zu keiner nennenswerten Freisetzung der Enzyme. Unterhalb von −10°C nahm die Freisetzung der drei Enzyme aus ihrer Bindung an die innere Membran des Mitochondrions in die Flüssigkeit des Sarkoplasmas bei schnellem Gefrieren mit abnehmender Gefriertemperatur, d. h. mit zunehmender intracellulärer Eisbildung zu, während es bei langsamem Gefrieren, d. h. bei ausschließlich extracellulärer Eisbildung, unterhalb −20°C zu keiner weiteren Freisetzung der Enzyme kam. Bei Gefriertemperaturen unter −20°C führte rasches Gefrieren zu einer signifikant stärkeren Freisetzung der Enzyme als langsames Gefrieren.

Aus diesen Ergebnissen wurde gefolgert, daß die Schädigung von Mitochondrien-Membranen bei raschem Gefrieren primär auf der intracellulären (und möglicherweise auch intramitochondrialen) Eisbildung beruht, während die Membranschädigung bei langsamem Gefrieren im wesentlichen der Dehydratation zuzuschreiben ist, die durch die osmotisch bedingte Wanderung des Wassers aus den Muskelfasern in den extracellulären Raum hervorgerufen wird. Die Konzentrierung von Salzionen im nichtausfrierenden Teil des Gewebewassers dürfte für die Desintegration der Mitochondrien-Membranen nur von untergeordneter Bedeutung sein.