Биохимические процессы автолиза мышечной ткани курицы

В ходе автолитических процессов  изменяется состояние мышечной ткани: парное, развитие посмертного окоченения, после разрешения посмертного окоченения, созревание .

К парному состояния относят мышечную ткань непосредственно после убоя птицы и разделки (для птицы до 30 мин). Мышечная ткань в парном состояние имеет pH =7,2.

После развивается посмертное окоченение, выраженное в некотором  укорочении и отвердении мышц и утрате ими растяжимости. Процесс окоченения сопровождается некоторым повышением температуры мышечной ткани в результате выделения тепла, которое образуется от протекающих в тканях химических реакций. Наступает в разные сроки в зависимости от особенностей птицы и окружающих условий. У кур окоченение наступает через 4-5 часов, приводящее к резкому снижению pH до 5,5-5,6. Мышечная ткань плохо поддается действию пепсина.

После полного окоченения начинается разрешение окоченения: мускулатура расслабляется, уменьшаются прочностные свойства мяса.

Нет установленных показателей точных сроков созревания. Это объясняется прежде всего тем, что важнейшие свойства при созревании изменяются неодновременно. Так жёсткость наиболее заметно уменьшается через 5-7 суток после убоя (при 0-4°C) и в последующем, хотя и медленно, продолжает уменьшаться.

В основе автолитических превращений лежат изменения углеводной системы, системы ресинтеза АТФ, липидной системы, белковой системы. В связи с отсутствием поступления кислорода в организм ресинтез гликогена после убоя идти не может, и начинается его анаэробный распад, который протекает по пути фосфоролиза и амилолиза с образованием молочной кислоты и глюкозы. Интенсивный прижизненный распад гликогена может вызываться стрессовыми ситуациями у животных.

Через 24 часа гликолиз приостанавливается вследствие исчерпания запасов АТФ  и накопления молочной кислоты, подавляющей  фосфоролиз.

Ферментативный распад гликогена является пусковым механизмом для развития последующих физико-химических и биохимических процессов. Накопление молочной кислоты приводит к смещению pH в кислую сторону от 7,2-7,4 до 5,4-5,8 в результате чего:

• увеличивается устойчивость мышечной ткани к действию гнилостных микроорганизмов;
• снижается растворимость мышечных белков (изоточка 4,7-5,4), уровень их гидратации
• происходит набухание коллагена соединительной ткани;
• повышается активность катепсинов (оптимум деятельности — 5,3), вызывающих гидролиз белков на более поздних стадиях автолиза;
• разрушается бикарбонатная система мышечной ткани с выделением углекислого газа;
• создаются условия для интенсификации реакций цветообразования вследствие перехода в миоглобине двухвалентного железа в трёхвалентное;
• активизируется процесс окисления липидов.

На первой стадии автолиза важное значение имеет уровень содержания в мясе энергоёмкой АТФ, вследствие дефосфорилирования (распада) которой осуществляется процесс фосфоролиза гликогена. Одновременно энергия дефосфорилирования обеспечивает сокращение миофибриллярных белков.

Для мышечной ткани (в  послеубойный период) характерно непрерывное снижение концентрации АТФ. Вследствие уменьшения запасов АТФ, не хватает энергии для восстановления состояния релаксации сократившихся волокон.

Накопление молочной (и фосфорной) кислоты, как уже отмечалось, оказывает существенное влияние на состояние мышечных белков. Сущность этих изменений в основном связана с процессом образования актомиозинового комплекса и зависит от наличия в системе энергии и ионов кальция (Ca²⁺). Непосредственно после убоя количество АТФ велико, Ca²⁺ связан с саркоплазматической сетью мышечного волокна, актин находится в глобулярной форме и не связан с миозином, что обуславливает расслабленность волокон, большое количество гидрофильных центров и высокую водосвязывающую способность. Сдвиг pH мяса в кислую сторону запускает механизм превращений миофибриллярных белков:

• изменяется проницаемость мембран миофибрилл;
• ионы кальция выделяются из каналов саркоплазматического ретикулума, концентрация их возрастает;
• ионы кальция повышают АТФ-азную активность миозина;
• глобулярный G-актин переходит в фибриллярный (F-актин), способный вступать во взаимодействие с миозином в присутствии энергии распада АТФ с образованием актомиозинового комплекса.

Следует отметить, что  характер развития автолиза в белых и красных мышечных волокнах несколько отличается. Красные волокна, в отличие от белых, характеризуются медленным сокращением и высокой длительностью процесса.

Мышечная ткань, подвергающаяся автолизу, может обладать токсичностью только в случае глубокого распада, сопровождающегося выделением путресцина, кадаверина, индола и других сильно пахнущих веществ.

В период замораживания и при последующем хранении в замороженном виде деятельность тканевых ферментов резко замедляется, но не приостанавливается даже при очень низких температурах; происходят автолитические изменения компонентов.

В процессе замораживания два важнейших фактора влияют на течение ферментативных превращений. Помимо снижения температуры, решающее влияние оказывает повышение концентрации солей, что приводит к ингибированию большинства биохимических реакции. Наряду с этим в результате выхода из ограничивающих структур ферментов и относительного увеличения концентрации активаторов наблюдается повышение некоторых биохимических превращений.

В процессе длительного хранения на первый план выходят реакции неферментативной природы: денатурационные превращения, агрегационные взаимодействия.

1.3.1. Изменение  углеводной системы

Гликоген, содержащийся в мышечной ткани, играет роль энергетического резерва, обеспечивающего восстановление АТФ и КФ (креатинфоссфат), распад которых сопровождается выделением энергии, расходуемой на сокращение мышечного волокна. В живых тканях синтез АТФ и КФ происходит за счет энергии распада гликогена (гликогенолиза), включающего две фазы: аэробную и анаэробную. Он начинается фосфорилированием гликогена неорганическим фосфатом, освобождающимся при распаде АТФ. После прекращения жизни аэробная фаза углеводного обмена затухает вследствие прекращения поступления кислорода в клетки но развивается сохраняющаяся анаэробная фаза распада гликогена.

Наряду с фосфоролизом гликогена начинается его амилолиз (гидролитический распад), стимулируемый -амилазой, амило-1,6-гликозидязой и -гликозидазой. В процессе амилолиза образуются олигосахариды, затем мальтоза и, наконец, глюкоза и другие моносахариды.

В период развития окоченения преобладает фосфоролитический путь распада гликогена. К этому времени в мясе накапливается максимальное количество основного продукта гликолиза – молочной кислоты. В последующем преобладает амилолиз и количество моносахаридов увеличивается.

Распад гликогена:

Подготовительная  стадия: Образование глюкозы и подготовка к ослаблению связи в ней между С₃ и С₄

1. Образование глюкозофосфорных  эфиров под действием  - глюканфосфорилазы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1. Перенос остатка  фосфорной кислоты в глюкозо-1-фосфате от С₁ к С₆ под действием фосфоглюкомутазы

 

 

 

 

 

 

Активация глюкозы – подготовка к ослаблению связи С₃-С_4.

 

2. Изомеризация глюкозо-6-фосфата  в фруктозу-6-фосфат – внутримолекулярная  перестройка под действием глюкозо-6-фосфатизомеразы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Перенос фосфорной кислоты  от АТФ к С₁ фруктозы под действием фосфофруктокиназы.

 

 

 

 

 

 

 

 

Связь между С₃ и С₄ достаточно ослаблена для ее разрыва с участием альдолазы.

4. Дихотомический разрыв С₃-С₄ связи в фруктозо-1,6-фосфате под действием альдолазы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Образовавшийся глицеральдегид - 3 - фосфат учавствует в окислительном фосфорилировании.

Стадия генерации  АТФ

Окислительное фосфорилирование на уровне субстрата с участием фермента глицераль-3-фосфатдегидрогеназы (5,6,7)

5. Образование ферментсубстратного  комплекса

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В результате окисления альдегидной группы глицеральдегид-3-фосфата в карбоксильную образуется энергия, частично запасаемая в тиоэфирной связи, а частично рассеивающаяся в виде тепла.

6. Фосфоролиз: перенос фосфоацила с потенциальной энергией на неорганический фосфат

 

 

 

 

 

 

Таким образом, фосфоролиз позволяет потенциальную энергию окисления альдегидной группы кумулировать в макроэргической фосфатной связи 1,3-дифосфоглицерата.

7. Перенос остатка  фосфорной кислоты богатого энергией  с 1,3-дифосфоглицерата на АДФ  под действием фосфоглицераткиназы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Подготовительная реакция.  Перенос фосфорного остатка от  С₃ к С₂ в 3-фосфоглицерате под действием фосфоглицератмутазы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Окислительное фосфорилирование на уровне субстрата (9,10,11)

9. Отщепление воды  под действием енолазы

 

 

 

 

 

 

За счет реакции дегидратации произошло окисление атома С₂ с образованием энергии, частично запасаемая в макроэргической связи и частично рассеивающаяся в виде тепла.

10. Перенос макроэргической  связи с фосфорным остатком  от фосфоенолпирувата на АДФ  под действием пируваткиназы. Образуется 2 молекулы АТФ.

 

 

 

 

 

11. Перенос Н⁺ с кофермента НАДН+ Н⁺ на пируват – восстановление пирувата до лактата под действием лактаддегидрогеназы

 

 

 

 

 

 

Суммарное уравнение  процесса:

 

 

В результате накопления в мышечной ткани молочной и ортофосфорной кислот снижается рН среды, достигающего минимума к моменту максимального развития окоченения.

Увеличение содержания ортофосфата происходит вначале  преимущественно в результате дефосфорилирования промежуточных продуктов гликогенолиза — глюкозофосфорных эфиров. В дальнейшем возрастает значение распада КФ и мононуклеотидов.

В изменении количества молочной кислоты отмечены три периода: сравнительно медленный рост в самом начале автолиза, быстрый рост в период развития окоченения и некоторое снижение ее количества по мере разрешения окоченения. Первый очень непродолжительный период медленного накопления обусловлен наличием в мышцах оксимиоглобина, кислород которого способен окислять пировиноградную кислоту  до конечных продуктов: Н₂О и СО₂. Его длительность и влияние на дальнейшее накопление молочной кислоты связаны с содержанием миоглобина в мышцах. В мышцах с более светлой окраской образуется больше молочной кислоты и меньше редуцирующих сахароз, чем в мышцах с более темной окраской, содержащих больше миоглобина.

Большое значение имеет  количество гликогена в мышцах перед убоем птицы. Соответственно этому меняется и содержание молочной и ортофосфорпой кислот в мышцах к моменту полного развития окоченения, а отсюда и величина рН. В мышцах здоровой отдохнувшей  птицы она лежит в пределах 5,5—5,7, в мышцах утомленной или истощенной (в том числе болезнью) птицы — 6,2—6,8, По этой же причине рН мышечной ткани плохо откормленных птиц выше, чем упитанных.

При замораживании  гликолитическпй распад мышечного гликогена идет с тем меньшей скоростью, чем ниже температура. Замораживание на ранних сроках автолиза и при более низкой температуре дает возможность свести к минимуму накопление продуктов гликолиза.

Но при замораживании мышц так же обнаружено нарастание амилолитических (гидролитических) превращений гликогена, что может быть следствием выхода «кислых» гликозидаз из ограничивающих структур (лизосом) и активации всех гликозидаз ионами хлора.

При холодильном хранении мороженых мышц установлено значительное уменьшение редуцирующих сахаров. Для мышц с различной глубиной автолиза выявлена общая закономерность уменьшения содержания редуцирующих сахаров: чем больше хранятся мышцы в мороженом виде и чем выше температура их холодильной обработки, тем меньше они содержат редуцирующих углеводов.

В отличие от хранения при положительных температурах, когда преобладает распад гликогена, в процессе замораживания обнаружен ресинтез гликогена, который более отчетливо наблюдается в мышцах, содержащих значительное количество редуцирующих сахаров. Поэтому можно считать, что одним из путей ресиптеза гликогена в этих условиях может быть обращение фосфоролиза. Этому способствует увеличение концентрации редуцирующих сахаров, в том числе и глюкозофосфатов, в свободной воде при замораживании. Ресинтезированный в процессах замораживания гликоген при размораживании мышц снова вовлекается в гликолитические и гидролитические превращения.