Биохимические процессы автолиза мышечной ткани курицы

1.3.2. Изменение фосфоросодержащих веществ

После убоя изменяется содержание креатинфосфорной кислоты, что свидетельствуют о снижении количества фосфора креатинфосфорной кислоты до 12% от первоначального уровня. Большая часть креатинфосфата распадается еще до того момента, когда наблюдаются первые физические обнаруживаемые признаки окоченения. К этому моменту содержание креатинфосфата в мышцах не превышает 5% общего кислоторастворимого фосфора. Креатинфосфорная кислота, принимая участие в гликолитическом цикле, действует только как средство происходящего при этом ресинтеза АТФ и не может играть какой-либо другой роли в изменениях, связанных с послеубойным окоченением мышц.

Миозин обладает ферментативными свойствами, которые вызывают расщепление АТФ. При ферментативном распаде АТФ соединяется с миозином, в результате чего отщепляется третья частица фосфорной кислоты, а АДФ отделяется от миозина. Свободный миозин соединяется с новой молекулой АТФ или с актином.

Кроме того АТФ влияет на механические свойства нитей миозина, значительно увеличивая их растяжимость. В этом отношении АТФ превышает по силе действия другие органические эфиры, содержащие пирофосфатные связи.

Процессы распада АТФ и увеличения степени жесткости мышечной ткани при развитии послеубойного окоченения протекают параллельно.

Принимая во внимание значение АТФ в процессах гликолиза при сокращении мускулов и в изменении механических свойств миозиновьгх нитей можно сделать вывод о зависимости окоченения мускулов от недостатка АТФ.

Известно, что АТФ непрерывно синтезируется в процессе гликолиза в количестве 1,5 моля на каждый моль образующейся молочной кислоты. Однако этот синтез в той или другой степени уравновешивается расщеплением АТФ миозином. Поэтому пока имеются неизрасходованные резервы гликогена, не может произойти полного распада АТФ, и мышца не переходит в состояние окоченения.

Небольшие изменения  концентрации АТФ в конце процесса гликолиза оказывают решающее влияние  на растяжимость мышцы, и конечное падение скорости превращения АТФ соответствует в каждом отдельном случае наступлению окоченения.

Распад АТФ в процессе нарастания посмертного окоченения вызывает переход большей части актомиозина в нерастворимое состояние. При этом вследствие наличия в мышечной ткани на данной стадии его послеубойных изменений остаточного легкогидролизуемого фосфора не может образоваться высокоактивный актомиозин. В дальнейшем распад легкогидролизуемого фосфора резко замедляется, а в некоторый случаях к концу вторых суток хранения практически приостанавливается. После вторых суток происходит некоторое увеличение его количества.

Как известно, кроме аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), аденозиндифосфорная кислота (АДФ) и пирофосфорная кислота также содержат легкогидролизуемый фосфор.

  В присутствии этих кислот актомиозин с высоким процентом активности не может образоваться. Аденозиндифосфорная и ортофосфорная кислоты такими свойствами не обладают.

   Через 1—2 суток после убоя фракция остаточного фосфора в основном состоит из неорганического ортофосфата и негидролизуемого фосфора. Следовательно, на этой стадии послеубойного хранения наличие остаточного фосфора в этой фракции не может быть отнесено за счет АТФ, АДФ и пирофосфорной кислоты. Вместе с этим увеличение легкогидролизуемого фосфора на 4—6 сутки созревания мяса должно быть отнесено за счет появления в экстракте пирофосфорной кислоты или АДФ, но не АТФ. Ввиду того, что пирофосфорная кислота оказывает на актомиозиновый комплекс действие, аналогичное АТФ,   не   исключена   возможность   влияния   образующегося остаточного легкогидролизуемого фосфора   на   процесс диссоциации актомиозина на актин и миозин.

В этих   превращениях   принимают учащие   ферменты гликолиза   и миознновая  АТФ – аза. Однако последний фермент не может быть единственным, принимающим участие в распаде АТФ, так как он катализирует только реакцию:

 

 

Поэтому он должен был   бы   приводить   к   значительному увеличению количества   АДФ в мускулах   после   прекращения жизни животного.

Однако этого не происходит. После прекращения жизни АДФ обычно не накапливается в больших количествах. Протекает следующая реакция с участием миокиназы:

 

 

Миокиназа является дополнительным фактором. Определяющим скорость распада АТФ.

Замораживание и хранение мышечной ткани  в мороженом виде обусловливает резкое торможение распада АТФ. Хотя мороженные мышцы после очень длительного хранения сохраняют существенные количества АТФ, все же выявляется определенная убыль АТФ.

Как видно, в основном происходит распад АТФ, накопление неорганического  фосфата, инозинмонофосфорной кислоты (ИМФ) и аммиака, т. е. суммарную реакцию можно записать в следующем виде:

1.3.3. Изменения  липидной системы

Изменения структуры и свойств липидов отличаются рядом особенностей. В начальный период хранения мышечной ткани курицы в нем протекает ряд биохимических процессов, оказывающих существенное влияние на качественные показатели. При этом даже самые незначительные, иногда еле уловимые, изменения в составе или строении компонентов мышечной ткани могут решающим образом воздействовать на её свойства в целом (рис.8).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.8. Изменение липидной системы

 

В отличие от изменений  в выделенных (чистых) жирах превращение липидов в тканях начинается сразу же после убоя, подвергаясь воздействию мышечных липаз. Чем выше запасы гликогена в мышцах, тем интенсивнее его распад и значительнее понижение рН тканей. В связи с этим активность мышечных липаз, как и в живом организме осуществляющих гидролиз тканевых липидов, уменьшается.

При хранении ткани целостность  и функция мембран нарушаются. Разрушаются также и мембраны клеточных органелл, в том числе лизосом. Это приводит к выходу из них гидролитических ферментов, и в частности липазы, оптимум действия которой ниже оптимума действия мышечной липазы и лежит в пределах рН 4,0—4,5. Таким образом, гидролитическое расщепление жиров продолжается в послеубойный период достаточно активно. В мышечных тканях уже после непродолжительного хранения отмечается увеличение содержания свободных жирных кислот, а также ди- и моноглицеридов — продуктов неполного гидролиза триглицеридов.

 

В течение некоторого времени в тканях может продолжаться и -окисление жирных кислот, в основном низкомолекулярных.

Процессы окисления (дегидрирования) в анаэробных условиях, создающихся в тканях сразу после убоя животных, из-за недостатка акцепторов водорода (накапливаются восстановленные формы дегидрогеназ) сколько-нибудь глубоко идти не могут. Процесс останавливается на стадии образования гидрокси- и кетокислот, которые под действием тканевых декарбоксилаз превращаются в кетоны:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Низкомолекулярные кетоны (метилалкилкетоны) обладают неприятным специфическим запахом и могут вызывать порчу по типу кетонного прогоркания. Ферментативные процессы достаточно интенсивно протекают при хранении продуктов при комнатной температуре, а по мере понижения температуры они замедляются. Процессы ферментативного расщепления липидов при низких температурах, как, впрочем, и белков, изучены пока недостаточно [29]. Они закладывают как бы основу, от которой в дальнейшем зависят скорость и направление изменений в липидах и в мышцах в целом. При более длительном хранении продуктов, и в особенности при хранении их в неблагоприятных условиях, в мышечной ткани происходит интенсивное окисление липидов по свободнорадикальному механизму, с образованием пероксидов и продуктов их превращения, т. е. альдегидов, кетонов и т. д.

При расщеплении составных  компонентов липидов (фосфолипидов, триацилглицеринов, стероидов), помимо глицерина и жирных кислот, образуются свободные основания, дальнейшее превращение которых может привести к возникновению токсичных продуктов. Холин, например, при бактериальном окислении образует триметиламин и другие ядовитые вещества. Микроорганизмы интенсивно расщепляют аминокислоты. В результате различных видов микробного ферментативного дезаминирования выделяются значительные количества аммиака, который вступает в реакцию нейтрализации со свободными жирными кислотами с образованием аммиачного мыла. Развивающаяся щелочная среда благоприятствует росту плесеней.

В ходе всех этих процессов быстро изменяются тканевые липиды по типу кетонного прогоркания. Последующие изменения под действием микроорганизмов связаны с развитием гнилостных процессов и с глубоким, распадом тканей.

1.3.4. Изменение  белковой системы

Факт беспорядочного сокращения и расслабления мышечных волоком, установленный методами гистологических исследований, не оставляет сомнений в том, что решающее значение для изменений прочностных свойств и водосвязывающей способности мышечной ткани в период развития и разрешения окоченения имеет изменение состояния белков миофибрилл в связи с актом сокращения.

Хотя в основе посмертного  сокращения лежит в общем тот  же механизм, что и в живой мышце, имеются и существенные различия, Работа, совершаемая мышцей, или ее напряженное состояние при жизни животного обусловлены тетаническим характером сокращения мышечных волокон, когда происходит последовательное наложение волн их одиночного (однократного) сокращения, При этом каждое из этих одиночных сокращений совершается за счет энергии, выделяющейся при распаде АТФ. Мгновенный распад АТФ катализируется ферментативной АТФ-азной способностью миозина. Химизм этого процесса можно вырядить следующей обобщенной схемой (символом М обозначен миозин):

(1)

 

 

Образующийся АДФ расходуется на синтез  АТФ по реакции взаимодействия с КФ, катализируемой креатннкиназой:

(2)

 

Неорганический фосфат (Ф_н) вовлекается в реакции гликолитического цикла, участвуя в фосфорилировании гликогена. В аэробной фазе этого цикла происходит восстановление расходуемых на сокращение АТФ к КФ.

В отмирающих мышцах, когда  аэробная фаза гликолитического цикла  затухает» распад гликогена заканчивается  образованием молочной кислоты. Поэтому реакции (1) и (2) возможны лишь до тех пор, пока не израсходованы запасы КФ. Затем начинается распад АДФ на более простые вещества. Величина запасов КФ влияет на развитие посмертных изменений, замедляя их в самой начальной фазе тем больше, чем больше КФ содержится в мышцах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.9. Схема взаимодействия между актином,

тропомиозином и миозином

 

Механизм акта сокращения в свете современных взглядов рассматривается на основе представления о системе скользящих относительно одна другой нитей: нити актина подтягиваются к центру саркомера в результате взаимодействия актина с активными центрами (головками) молекул миозина, которые являются носителями его АТФ-азной способности. При этом возникающее напряжение передается на упругие внутримышечные соединительнотканные структурные элементы, к которым крепятся миофибриллы. Предполагают, что расслабление волокон в прижизненных условиях происходит под влиянием упругого восстановления деформации этих элементов после того, как условия, обеспечивающие взаимодействие актина и миозина, снимаются (т. е. после распада АТФ) (рис.9).

В присутствии АТФ актин находится в глобулярной G-форме. Процессу сокращения предшествует образование актиновых нитей. Т. е. переход глобулярного G-актина в фибриллярный F-актин по схеме:

(3)

 

При этом образуются двойные спирали, в канавках которых укладываются молекулы тропомиозина, регулирующею длину образующихся нитей.

Таким образом, в присутствии АТФ актин находится в глобулярной G-форме и не связан с миозином, мышечное волокно расслаблено. Распад АТФ, катализируемый АТФ-азой (миозином), приводит к полимеризации актина в F-формe, взаимодействию его двойных спиралей с головками миозина с образованием актомиозина и сокращению миофибрилл. Описанный механизм процессов, предшествующих прижизненному сокращению и сопутствующих ему, можно распространить и на посмертное сокращение.

Ферментативный распад АТФ под действием АТФ-азы начинается в мышечной ткани сразу после убоя. Методом хроматографии на бумаге установлено, что содержание АТФ в мышечной ткани быстро уменьшается в первые часы после прекращения жизни, уменьшение практически заканчивается через 24 ч.

В начальной стадии автолиза количество распадающейся АТФ компенсируется за счет распада КФ. Ее содержание в мышцах остается примерно на одном уровне. Это задерживает развитие сокращения (фаза задержки). Таким образом в течение первых 4—5 ч  сохраняется в основном свойства, характерные для парного состояния. Но быстрое снижение количества КФ, за счет энергии распада которого она частично ресинтезируется в процессе автолиза, приводит к практически полному ее исчезновению в течение 1—2 суток после прекращения жизни птицы.

Возможные причины различий в скоростях распада АТФ в светлых и темньгх мышцах трудно объяснимы, так как активность АТФ-азы одинакова.

Соответственно скорости распада АТФ развиваются признаки посмертного окоченения, максимум развития которого наступает к моменту ее почти полного исчезновения.

В прижизненных условиях акт сокращения и расслабления миофибрилл зависит от концентрации ионов магния и кальция. В присутствии только ионов магния АТФ медленно расщепляется, но сокращения миофибрилл не происходит. В отсутствии ионов магния наличие ионов кальция вызывает расщепление АТФ без существенного сокращения с выделением тепла, В расслабленной мышце магний связан с АТФ и пластифицирует сократительную систему. Появление ничтожных количеств ионов кальция в присутствии магния вызывает быстрый ферментативный распад АТФ и сокращение миофибрилл.

При посмертном сокращении передача нервных импульсов, регулирующих сокращение – расслабление миофибрилл, исключается. Поэтому фактором, инициирующим посмертное сокращение, является нечто иное. Возможно, что им является изменение электростатических потенциалов вследствие увеличения степени диссоциации электролитов в результате подкисления среды. Но может быть в кислой среде кальций образует растворимый монокальцийфосфат. Сам факт резкого возрастания концентрации ионов магния и кальция в период развития окоченения неоднократно подтвержден экспериментально. Впервые увеличение концентрации ионов кальция было обнаружено И. А. Смородинцевым и сотрудниками еще в 1935 г [26].