Importancia de la proteólisis endógena sobre los parámetros fisicoquímicos en la calidad de la carne

Dra. Raquel García Barrientos
Universidad Autónoma Metropolitana,
Iztapalapa.
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Tanto en las especies de animales terrestres como las acuáticas, la estructura del músculo estriado cambia en la etapa post mortem, debido al proceso de resolución de la rigidez cadavérica y posteriormente de maduración. Durante esta etapa disminuye la dureza originada por la contracción muscular durante la rigidez, aumenta el pH y se producen compuestos de degradación que pueden contribuir positivamente al sabor de la carne, como es el caso de la maduración de la carne. Estos procesos secuenciados, se originan por la presencia de enzimas endógenas de la célula muscular.

La acción de enzimas endógenas también afecta a los productos derivados de la carne. Cao y col. (1999) realizaron estudios sobre la familia de las serinproteasas y su acción sobre sustratos musculares en carpa; la alta actividad enzimática dio como resultado la alteración de la textura en los geles proteicos formados. En sistemas cárnicos, se han realizado diversos estudios para evaluar el efecto de proteasas endógenas en sistemas cárnicos, con respecto al pH de actividad se dividen en enzimas ácidas o alcalinas (García-Barrientos, 1998). En 2006, Herrera-Méndez, propusieron que el sistema proteolítico endógeno
no sólo está ligado a enzimas lisosomales (catepsinas) y citosólicas (calpainas), sino que se incluyeron a los proteosomas y caspasas. Estos 4 sistemas proteolíticos contribuyen en la degradación de proteínas miofibrilares.

Enzimas lisosomales: catepsinas

El término de catepsina proviene del griego “digerir” y fue utilizado por primera vez por Willstätter y Bamann (1929), para describir una proteasa intracelular activa a pH ácidos. Antes de 1970 (McGrath, 1999) se sabía que los lisosomas poseían diversas enzimas capaces de degradar un número considerable de biomoléculas, y por tanto participaban en los procesos fisiológicos de la célula, encontrándose así el primer sistema proteolítico intracelular que se relacionó con la actividad lisosomal y con la degradación de la célula; posteriormente se encontraron otras vías de degradación proteolítica extralisosomales. Las enzimas de los lisosomas intervienen en la degradación de proteínas, polisacáridos y lípidos, y otros compuestos ya que los lisosomas están relacionados con la digestión intracelular (Melendo y col., 2001, Goll y col., 2008).

Después de la muerte del animal, las membranas lipoproteícas de los lisosomas se rompen al existir diferencias en la presión ejercida por los iones hidronios en el ambiente celular, por consiguiente las enzimas se liberan cuando desciende el pH; en este momento son capaces de degradar los componentes principales de la carne, dando como consecuencia la pérdida de uniformidad e integridad de la fibra muscular (Lawrie, 1998; Melendo y col., 2001).

Las catepsinas forman parte de la familia de las cisteinproteasas, aunque a este grupo se han incluido las catepsinas D y E, que son aspartilproteasas (Macdonald y Barret, 1986), la catepsina III que es una metaloproteasa (Henson y Frohne, 1976) y las catepsinas A (Macdonald y Barret, 1986) y G, que son serinproteasas (Barret, 1980). La inclusión de estas enzimas al grupo de las catepsinas se debe a que tienen actividad a pH ácidos. Muchos autores han relacionado a las catepsinas con la proteólisis encontrada en la carne, desde la obtención de la carne, almacenamiento, y proceso de producción de productos cárnicos (Delbarre-Labrat y col., 2006; Herrera- Méndez y col., 2006).

Enzimas citosólicas: Calpainas

El sistema proteolítico de las calpinas ha tenido varios nombres: factor activado por calcio (CAF), proteasas neutras activadas por calcio (CANP), cisteinproteasas dependiente de calcio, sulfihidrilproteasas dependientes de calcio (CDSP), y proteasas dependientes de calcio (CDP) (Haard, 1990; Kumamoto y col., 1992; Ilian y col., 2003). La clasificación de las calpainas por la International Union of Biochemistry es EC 3.4.22.17.

El sistema proteolítico de las calpainas se encuentra en el citoplasma del tejido muscular de los animales terrestres peces e invertebrados, consta de dos isoformas nombradas de acuerdo a la concentración del calcio que necesitan para activarse: m-calpaina (1-5 mM) y m-calpaina (80-120 mM), también han sido llamadas calpaina I y II, respectivamente (Koohmaraie y col., 1988). Las calpainas del músculo esquelético (u-calpaina y m-calpaina) tienen un peso molecular alrededor de 110 kDa, consta de dos fracciones de 80 y 30 kDa al analizarlas por electroforesis desnaturalizante (Susuki y Ohno, 1990).

Una de las características importantes de las calpainas es que son susceptibles al calcio que las induce, pero una exposición prolongada da como resultado la pérdida de actividad proteolítica y por último la destrucción de la enzima. Como resultado de la autoproteólisis, las subunidades de 80 y 30 kDa son degradas a polipéptidos de pesos moleculares entre 76 y 18 kDa (Suzuki y Ohno, 1990; Saido y col., 1994a).

Morgan y col. (1993) encontraron que las concentraciones de calcio intracelular in vivo son suficientes para activar a la calpaina I pero no a la II, mientras que en condiciones post mortem la concentración de Ca2+ puede alcanzar concentraciones de hasta 0.1mM. En estudios sobre la degradación de las proteínas miofibrilares se ha observado que las calpainas producen proteólisis de la troponina T, troponina I, tropomiosina, a-actinina, titina, y nebulina (Zeece y col., 1983; Koohmaraie, 1992); la desmina también es extremadamente susceptible a la acción de las enzimas proteolíticas (Dayton y col., 1976). Sin embargo, las calpainas no degradan a la a-actina ni a la a-actinina (Goll y col., 1989), así como a la cabeza pesada de la miosina en animales terrestres (Tan y col., 1988). Las calpainas tienden a concentrarse en línea Z por que la proteólisis empieza en este sitio, dando como resultado el desarreglo del sarcómero (Bird y col., 1980).

Las condiciones óptimas para la activación de las calpainas es a 25ºC y pH 7.5, sin embargo el requerimiento mínimo de calcio para su activación es independiente de la temperatura (Cottin y col., 1991; Gil col., 1998). La actividad de las calpainas se afecta por la presencia de grupos tiol, calcio, fosofolípidos (Saido y col., 1994b; Sorimachi y col., 1994) y por inhibidor endógeno llamado calpastatina (Kawasaki y col., 1993; Croall y McGrody, 1994) el cual posee 4 dominios con una secuencia común de aminoácidos (TIPPEYR) que inhibe específicamente a la calpaina (Croall y McGrody, 1994).

El ablandamiento del músculo esquelético de animales terrestres ha sido ligado a la actividad post mortem del sistema proteolítico de las calpainas (Parr y col., 1999; Polidori y col., 2001). Cuando la carne es tratada con cloruro de calcio ocurre cierto grado de proteólisis, reduciendo así el tiempo necesario para la maduración post mortem (Cottin y col., 1991; Lee y col., 2000; Polidori y col., 2001). Sin embargo algunas propiedades sensoriales, tales como el olor y el sabor, se alteran (Lansdell y col., 1995). Los estudios en carne tratada con iones de Ca2+, ya sea inyectada o marinada, han determinado que se genera un sabor residual amargo en carne de caballo y conejo (Pérez Chabela y col., 1998; Scanga y col., 2000).

Las calpainas y las catepsinas tienen acción conjuntadurante el almacenamiento post mortem de la carne,ambos sistemas proteolíticos ayudan a la degradación de la miofibrilla por medio de la degradación de las proteínas miofibriales, dando como resultado la pérdida de la integridad y uniformidad de la fibra muscular (Masayuki y col., 1987; Etherington y col., 1987; Delbarre-Ladrat y col., 2000, Cheret y col., 2007; Herrera-Méndez y col., 2006).

Proteosoma y Caspasas

El proteosoma es un complejo proteíco que se encuentra en muchas células eucarióticas, está formado por 2 partes estructurales: un núcleo 20S y un complejo 19S. El tamañodel proteosoma suele ser de 15 nm de longitud y 12 nm de diámetro.

Se ha observado que el proteosoma tiene un papel muy importante en la degradación de proteína intracelular de todas las células, incluyendo a células musculares. Algunos estudios han demostrado que las propiedades únicas del proteosoma indican que no pueden degradar las miofibrillas intactas, porque no tienen ningún efecto sobre ellas en sistemas in Vitro. Mientras tanto si estas miofibrillas están alteradas el proteosoma puede realizar degradación de ésta (Cienchanover, 2005).

Lo anterior ha llevado a concluir que este sistema podría contribuir a la proteólisis post mortem y que podría estar implicado en la degradación de las líneas Z y M de las proteosoma 20S purificado han demostrado degradación de tropomiosina, nebulina, miosina y actina (Robert y col., 1999).

Las caspasas son responsables de la degradación de las proteínas durante la apoptosis. Las caspasas son cisteína proteasas, como lo son las calpainas, pero no necesitan del ion calcio para ser activadas. Hasta este momento no está claro si las caspasas pueden degradar eficientemente la miofibrilla, ya que las caspasas se activan cuando inicia el proceso apoptosis, y se sugiere que presentan actividad poco significativa. Du y col., en 2005 purificaron la caspasa-3, y demostraron la degradación de ésta sobre la actina observando un fragmenteo de 14kDa como resultado de la proteolisis. Sin embargo se ha sugerido que
en estudios in Vivo de células musculares en estado no apoptico, es poco probable que la caspasa-3 se active lo suficiente y pueda contribuir con la proteolisis miofibrilar. Por lo que se tiene el campo abierto en este tema para este tipo de estudios.

Propiedades fisicoquímicas

Al verse alterado el sistema cárnico, las propiedades fisicoquímicas como pH y actividad de agua (aw), se ven también modificadas y de éstas se ven alterada la funcionalidad las proteínas de la carne.

Las propiedades funcionales son las características físicas y químicas que determinan el comportamiento del sistema cárnico en función a la interacción entre componentes o debido a un componente en particular, durante la producción, el almacenamiento y el consumo (Wilding y col., 1984; Kinsella y Whitehead, 1989), las propiedades funcionales de las proteínas desempeñan un papel muy importante en los alimentos, tanto en los procesos de fabricación como en los atributos de la calidad del producto final.

Las proteínas cárnicas que tienen mayor participación en relación con la funcionalidad en un alimento son las miofibrilares. Estas desarrollan un papel muy fundamental en la elaboración de productos cárnicos; debido a que presentan interacciones proteína-agua, superficiales y proteína-proteína son responsables de propiedades tales como retención de agua, emulsificación y gelificación (Girald y col., 1991; Xiong, 2004). Las proteínas miofibrilares que más contribuyen a estas propiedades son la miosina y la actina, predominando ésta última en la etapa pre rigor, y la actomiosina que predomina en la etapa post rigor. La
miosina y la actina contribuyen con cerca del 95% en laretención de agua y entre un 75-90% en la emulsificación (Girald y col., 1991). Dependiendo de la formulación y el proceso de elaboración, las proteínas cárnicas presentan cambios e interacciones estructurales, desarrollando las características físicas específicas de un producto, en donde hay una combinación de propiedades funcionales.

Uno de los procesos industriales en los que se ven involucradas las proteínas del sistema cárnico, es en la formulación de embutidos a partir de la elaboración de pastas cárnicas. La miosina y la actina son proteínas que están relacionadas con la formación de pastas cárnicas, si estas proteínas están alteradas, por ende la calidad fisicoquímica que presentan también lo está. Se ha observado que una alteración en estas dos proteínas de forma masiva decrementa la estabilidad de la pasta cárnica
dando como resultado la pérdida de uniformidad del producto terminado, el cual presenta sinéresis durante la fabricación de embutidos, además de pérdida de textura, y alguno estudios moleculares de análisis de proteínas han mostrado cambios en el perfil proteico, observándose que estas 2 proteínas se ven alteradas.

Sin especificar qué sistema proteolítico endógeno de la carne está involucrado en la degradación de proteínas miofibrilares, podemos concluir que una es limitante en la funcionalidad de ésta. Mientras que por un lado la enzimología de la carne es adecuada para mejorar, olor, sabor y textura, en el consumo directo de la carne, en elámbito de industrialización de ésta, es necesario frenar este proceso ya que altera la calidad del producto procesado. Una de las alternativas a utilizar es el uso de inhibidores, de aditivos que cambian el pH del ambiente del proceso para hacerlo básico con ayuda de sales, estrictos rangos bajos de temperatura, uso de hielo, para evitar desnaturalización de la proteína, y la aplicación de nuevas tecnologías

Artículo publicado en Entorno Ganadero