山东农业大学食品科学与工程学院的孔 潇、罗 欣、张一敏*等人将从与嫩度有关的细胞骨架蛋白的降解、内源酶以及小热休克蛋白(sHSPs)在中间型pHu牛肉中的表达特性入手,阐述pHu对以上因素的影响,进而综述中间型pHu牛肉嫩度劣变的机制,为改善中间型pHu牛肉的嫩度提供科研思路。
1、细胞骨架蛋白的降解
肌联蛋白的降解
肌联蛋白又叫伴肌球蛋白,是肌肉中除肌动蛋白和肌球蛋白以外含量最多的蛋白。其整个分子跨越肌节的一半,C端固定于M线,N末端与Z线交迭。肌联蛋白的主要作用是稳定肌球蛋白粗丝,从而保持整个肌节的完整性。肌联蛋白的降解会破坏肌节的纵向结构以及肌肉的完整性。嫩度的变化与肌联蛋白的降解紧密相关。
肌间线蛋白的降解
肌间线蛋白是一种十分重要的细胞骨架蛋白,其与Z线相连并将Z线与其他细胞骨架原件连接起来。肌间线蛋白的主要作用是防止肌肉收缩时肌节被过分拉伸,并在Z线位置将邻近的单个肌原纤维连接起来,整合肌肉的收缩运动,有效维持肌细胞的完整性。肌间线蛋白在宰后肌肉成熟过程中迅速降解,可作为宰后整体蛋白水解的指标。
肌钙蛋白-T的降解
肌钙蛋白- T是肌钙蛋白与原肌球蛋白结合的亚基,其分子质量为35 kDa,在宰后成熟期间主要降解为30 kDa的产物。研究发现,随着成熟时间的延长,30 kDa的产物含量增加,肉的嫩度也逐渐提高。
2、肌肉pHu与内源酶系统
钙蛋白酶系统
钙蛋白酶是一类存在于细胞中的钙依赖性半胱氨酸蛋白酶。μ-钙蛋白酶和m-钙蛋白酶是已鉴定出的15 种不同编码基因钙蛋白酶中表征最好的2 种亚型。m-钙蛋白酶需要毫摩尔水平的Ca2+才能被激活,而μ-钙蛋白酶只需要微摩尔水平的Ca2+即可被激活。
组织蛋白酶
组织蛋白酶是研究肉嫩化机制所涉及的第一个酶系统。组织蛋白酶存在于溶酶体中,由一系列内肽酶和外肽酶组成,包括半胱氨酸肽酶(组织蛋白酶B/H/L/X)、天冬氨酸肽酶(组织蛋白酶D/E)以及丝氨酸肽酶(组织蛋白酶G)。内源酶对嫩度产生影响,发生在该酶与肌原纤维蛋白接触的前提下,但由于组织蛋白酶受到溶酶体的制约,不易与肌原纤维蛋白接触,因此,很多学者对组织蛋白酶可影响嫩度这一说法产生质疑。但随着研究的深入,发现当胴体pH值较低、温度较高时,溶酶体膜被破坏、稳定性降低释放出组织蛋白酶,从而可改善肉的嫩度。
细胞凋亡酶系统
细胞凋亡酶是一类介导细胞凋亡的半胱氨酸-天冬氨酸特异性蛋白酶,由14 个成员组成。该系统可被分为三大类:第一类为启动子,包括细胞凋亡酶8/9/10/12,负责启动细胞凋亡;第二类为效应子,包括细胞凋亡酶3/6/7,可对特定底物起到降解作用。启动子和效应子主要在细胞凋亡过程中发挥作用。第三类为炎症组,可以诱发炎症,包括细胞凋亡酶1/4/5/13。
蛋白酶体
蛋白酶体是一种蛋白酶复合体,含有多个亚单位,因其沉降系数为26S,故又称为26S蛋白酶体。蛋白酶体含有一个20S的催化亚基,其水解底物时需要ATP的参与,当ATP消耗殆尽时,蛋白酶体就会解离出20S蛋白酶体。在早期研究中,研究人员发现当肉处于正常pH值时,蛋白酶体的作用有限,其活性pH值要高于正常pH值。因此,蛋白酶体能否影响肉的嫩度仍待确定。
3、肌肉pHu与sHSPs
sHSPs对嫩度的影响
sHSPs在宰后成熟过程中会对肉品质,尤其是嫩度产生影响。有研究者首次提出sHSPs通过影响宰后肌细胞凋亡的过程,对肉品质产生影响。HSP20、HSP27和αβ-晶体蛋白在牛肉中的表达水平较高,这在一定程度上会造成牛肉终嫩度的变化。很多研究表明,sHSPs表达水平的升高会影响蛋白水解过程,从而导致肉类嫩度变差。
pHu对sHSPs表达的影响
sHSPs的表达与肉pHu之间也存在一定的联系,这种联系进一步对肉的嫩度产生影响。有研究者对宰后0~22 h内3 组pHu牛肉中sHSPs的含量以及降解情况进行分析,发现宰后6 h内,sHSPs的含量是动态变化的,HSP20和αβ-晶体蛋白在中间型pHu牛肉中含量最高。中间型pHu(5.7~6.3)牛肉在宰后早期产生的应激sHSPs表达量最大,且宰后22 h仍存在大量的可溶性sHSPs。
结 语
近年来,蛋白质组学正逐渐被应用于这一研究领域中,通过寻找差异蛋白有望获得中间型pHu牛肉产生嫩度差异的原因。此外,不同pHu牛肉宰后0~24 h内的能量代谢特征仍未有研究涉及,因此是否能够通过代谢组学的手段对中间型pHu牛肉宰后0~24 h的代谢产物进行检测,以从中找出其嫩度劣变的原因,也是该领域研究的一个新思路。这一机制的研究是改善中间型pHu牛肉嫩度的理论基础,在对其机制清楚认知的基础上,找出切实有效、可应用于生产的改善方法是未来研究的重点。