Frühere Arbeiten
Das erste entdeckte Muskelprotein war Myosin, das der deutsche Wissenschaftler Willy Kühne 1864 extrahierte und benannte. 1939 entdeckte ein russisches Ehepaar, Wladimir Alexandrowitsch Engelhardt und Militsa Nikolajewna Ljubimowa, dass Myosin eine enzymatische (ATPase genannte) Eigenschaft besitzt, die ATP zur Energiefreisetzung abbauen kann. Albert Szent-Györgyi, ein ungarischer Physiologe, wandte sich der Muskelphysiologie zu, nachdem er 1937 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für seine Arbeiten über Vitamin C und Fumarsäure erhalten hatte. Er wies 1942 nach, dass ATP die Energiequelle für die Muskelkontraktion ist. Tatsächlich beobachtete er, dass sich Muskelfasern, die Myosin B enthielten, in Gegenwart von ATP verkürzten, nicht aber mit Myosin A, eine Erfahrung, die er später als „den vielleicht aufregendsten Moment meines Lebens“ beschrieb. Mit Brunó Ferenc Straub fand er bald heraus, dass Myosin B mit einem anderen Protein assoziiert war, das sie Aktin nannten, während Myosin A dies nicht war. Straub reinigte Aktin 1942, und Szent-Györgyi reinigte Myosin A 1943. Es stellte sich heraus, dass Myosin B eine Kombination aus Myosin A und Aktin war, so dass Myosin A den ursprünglichen Namen behielt, während sie Myosin B in Aktomyosin umbenannten. Ende der 1940er Jahre hatte Szent-Györgyis Team mit Beweisen postuliert, dass die Kontraktion von Aktomyosin der Muskelkontraktion als Ganzes entspricht. Aber die Vorstellung wurde allgemein abgelehnt, sogar von Nobelpreisträgern wie Otto Fritz Meyerhof und Archibald Hill, die an dem vorherrschenden Dogma festhielten, dass Myosin ein Strukturprotein und kein funktionelles Enzym sei. In einem seiner letzten Beiträge zur Muskelforschung wies Szent-Györgyi jedoch nach, dass das durch ATP angetriebene Aktomyosin das Grundprinzip der Muskelkontraktion ist.
OriginEdit
Als Hugh Huxley 1952 an der University of Cambridge über seine Forschungen zur Struktur des Muskels promovierte, hatte Szent-Györgyi seine Karriere in die Krebsforschung verlegt. Huxley ging im September 1952 mit einem Postdoc-Stipendium in das Labor von Francis O. Schmitt am Massachusetts Institute of Technology, wo er im Januar 1953 von einem anderen englischen Postdoc Jean Hanson unterstützt wurde. Hanson hatte 1951 am King’s College in London über Muskelstrukturen promoviert. Huxley hatte die Röntgenbeugung genutzt, um zu spekulieren, dass Muskelproteine, insbesondere Myosin, strukturierte Filamente bilden, aus denen das Sarkomer (ein Segment der Muskelfaser) entsteht. Ihr Hauptziel war es, mit Hilfe der Elektronenmikroskopie die Details dieser Filamente zu untersuchen, wie es noch nie zuvor geschehen war. Bald entdeckten und bestätigten sie die Filamentnatur der Muskelproteine. Myosin und Aktin bilden überlappende Filamente, wobei Myosinfilamente hauptsächlich das A-Band (den dunklen Bereich eines Sarkomers) bilden, während Aktinfilamente sowohl das A- als auch das I-Band (heller Bereich) durchziehen. Huxley war der erste, der 1953 die Theorie der gleitenden Filamente vorschlug, indem er erklärte:
„… es wird postuliert, dass die Dehnung des Muskels nicht durch eine Verlängerung der Filamente erfolgt, sondern durch einen Prozess, bei dem die beiden Sätze von Filamenten aneinander vorbeigleiten; die Dehnbarkeit wird dann gehemmt, wenn das Myosin und das Aktin miteinander verbunden sind.“
Später, im Jahr 1996, bedauerte Huxley, dass er Hanson in die Formulierung seiner Theorie hätte einbeziehen sollen, weil sie auf ihrer gemeinsamen Arbeit basierte.
Andrew Huxley, den Alan Hodgkin als „Zauberer mit wissenschaftlichem Apparat“ bezeichnete, hatte 1949 gerade den Mechanismus der Übertragung von Nervenimpulsen (Aktionspotentialen) entdeckt (wofür er und Hodgkin später 1963 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin erhielten), indem er eine selbst konstruierte Spannungsklemme verwendete, und suchte einen Mitarbeiter, der Muskelfasern richtig sezieren konnte. Auf Empfehlung eines engen Freundes, Robert Stämpfli, kam 1952 der deutsche Arzt Rolf Niedergerke zu ihm an die Universität von Cambridge. Zu diesem Zeitpunkt erkannte er, dass das herkömmlich verwendete Phasenkontrastmikroskop für die feinen Strukturen der Muskelfasern nicht geeignet war, und entwickelte daher ein eigenes Interferenzmikroskop. Zwischen März 1953 und Januar 1954 führten sie ihre Forschungen durch. Huxley erinnerte sich, dass zu dieser Zeit die einzige Person, die jemals vor 1953 an gleitende Filamente gedacht hatte, Dorothy Hodgkin (spätere Trägerin des Nobelpreises für Chemie 1964) war. Er verbrachte den Sommer 1953 am Marine Biological Laboratory in Woods Hole, Massachusetts, um dort das Elektronenmikroskop zu benutzen. Dort traf er Hugh Huxley und Hanson, mit denen er Daten und Informationen über ihre Arbeiten austauschte. Sie trennten sich mit der Vereinbarung, dass sie in Kontakt bleiben würden, und wenn ihr Ziel erreicht ist, würden sie gemeinsam publizieren, wenn sie jemals „zu ähnlichen Schlussfolgerungen kommen“.