Phosphorus-31 nuclear magnetic resonance study of post mortem catabolism and intracellular pH in intact excised rabbit muscle

• Published in: Biochimie Vol. 68; no. 4; pp. 543 - 554
• Main Authors: Renou, Jean-Pierre, Canioni, Paul, Gatelier, Philippe, Valin, Christian, Cozzone, Patrick J.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Paris Elsevier Masson SAS 01.04.1986; Elsevier
• Subjects: Adenosine Triphosphate - metabolism; Animals; Biological and medical sciences; catabolism; catabolisme; Energy Metabolism; Food industries; Fundamental and applied biological sciences. Psychology; Glycerylphosphorylcholine - metabolism; Hydrogen-Ion Concentration; intracellular pH; Kinetics; lapin; Magnetic Resonance Spectroscopy; Meat and meat product industries; muscle; Muscles - metabolism; NMR; pH intracellulaire; Phosphates - metabolism; phosphore-31; Phosphorus; phosphorus-31; Postmortem Changes; rabbit muscle; Rabbits; RMN; Striated muscle. Tendons; Temperature; Vertebrates: osteoarticular system, musculoskeletal system; NMR; RMN; phosphorus-31; pH intracellulaire; muscle; intracellular pH; catabolism; phosphore-31; rabbit muscle; lapin; catabolisme; Vertebrata; Mammalia; Fast striated muscle; Postmortem; Rabbit; PH; Catabolism; NMR spectrometry; Lagomorpha; Striated muscle; Slow striated muscle; Rabbit meat; Kinetics; Metabolism
• ISSN: 0300-9084; 1638-6183
• DOI: 10.1016/S0300-9084(86)80198-5

Phosphorus-31 nuclear magnetic resonance has been used to study the post mortem catabolism of high-energy phosphate compounds and the associated intracellular pH variation in pure fast- and slow-twitch rabbit muscles and in rabbit muscle with mixed fiber types. Comparative results from pure fiber types are reported for the first time. Large amounts of glycerophosphoryl choline (14.1 μmol/g fresh tissue) are found in the internal conoidal bundle (ICB), a pure oxidative slow twitch muscle, whereas the m. psoas major (PM), a pure glycolytic fast twitch muscle and the m. gastrocnemius caput medialis (GCM), with mixed fiber types, are devoid of the same metabolite. The total content of phosphorylated metabolites is constant among the three muscle types. The time-dependent post mortem changes in phosphorylated metabolites display the expected rapid drop in phosphocreatine and a simultaneous increase in intracellular inorganic phosphate. However, the ATP level remains constant during more than 2 h. Rate constants for metabolite breakdown and apparent ATPase activity have been determined. The comparative kinetics of intracellular acidosis at 25°C yield rates of 3.3 × 10 −3 pH unit/min for PM, 2.7 × 10 −3 pH unit/min for GCM and 3.0 × 10 −3 pH unit/min for ICB. Initial intracellular pH values are 7.07, 7.20 and 7.02, respectively. Upon aging, the heterogeneity of the P i signal reflects the existence of cellular compartments with different internal pH. The results suggest that the more intense low-pH P i signal arises from the sarcoplasmic reticulum while the less intense resonance would reflect the sarcoplasmic higher pH. The temperature effect on post mortem catabolism in the 15–25°C range has been documented. As expected, phosphocreatine and ATP breakdown increase with temperature but at a higher rate for slow-twitch ICB than for fast-twitch PM. Le catabolisme post mortem des composés à haut potentiel énergétique et les variations du pH intracellulaire qui lui sont associées ont été étudiés par Résonance Magnétique Nucléaire du phosphore-31 sur des muscles lents et des muscles rapides de lapin, ainsi que sur des muscles à fibres mixtes. Des résultats comparatifs sur des muscles de type pur ont été obtenus pour la première fois. Le muscle conoïde interne de type lent pur contient une quantité importante de glycérophosphorylcholine (14,1 mol/g de tissu frais). Ce composé est absent dans le m. psoas major, de type rapide pur, et le m. gastrocnemius caput medialis, de type mixte. Ces trois muscles contiennent la même concentration en composés phosphorylés totaux. La cinétique de dégradation des métabolites phosphorylés révèle comme attendu une perte rapide de phosphocréatine et une augmentation simultanée du phosphate inorganique intracellulaire. Le niveau en ATP reste constant pendant plus de 2 h. Les constantes cinétiques de dégradation des métabolites phosphorylés et de l'activité ATPasique apparente ont été déterminées. L'étude cinétique comparative de l'acidose intracellulaire à 25°C fournit les constantes de vitesse suivantes: 3,3 × 10 −3 unités de pH/min pour le m. psoas major, 2,7 × 10 −3 unités de pH/min pour le m. gastrocnemius caput medialis, et 3,0 × 10 −3 unités de pH/min pour le conoïde. Les valeurs respectives du pH intracellulaire initial sont de 7,07, 7,20 et 7,02. L'hétérogénéité du signal du phosphate reflète l'existence de compartiments cellulaires de pH interne différent. Les résultats suggèrent que le réticulum sarcoplasmique donne naissance au signal le plus intense correspondant à un bas pH interne alors que la résonance moins intense serait due au sarcoplasme de pH plus élevé. L'effet de la température sur le catabolisme post mortem a également été étudié entre 15° et 25°C. La dégradation de la phosphocréatine et de l'ATP est plus rapide dans le muscle lent que dans le muscle rapide lorsque la température augmente.