Биохимические свойства животных тканей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Биохимические свойства животных тканей

Рациональное использование животного сырья основано на изучении особенностей протекания биохимических процессов в органах и тканях при жизни животного, после ее прекращения и при технологической обработке.

Прижизненные процессы многообразны, большую роль в них играют биологически активные вещества - ферменты и гормоны, синтезируемые многими тканями животных организмов и обеспечивающие жизнедеятельность организма. После убоя животных эти ткани служат источниками для получения биологически активных веществ и изымаются в процессе разделки туш. Например, поджелудочная железа, гипофиз, слизистые оболочки желудков и кишечника и др.

После смерти животного, с прекращением обмена веществ, основным биохимическим процессом при переработке сырья биологического происхождения является автолиз (от греч. аutos - сам и lysis - растворение), основу которого составляют ферментативные процессы, при жизни связанные с функцией координированного движения. Автолизом называется процесс распада веществ и тканей под действием ферментов самих тканей. При жизни животного он возможен только в патологических случаях, например, при недостаточном снабжении какого-либо органа кровью.

В послеубойный период свойства всех тканей животного организма значительно изменяются, особенно существенны изменения мышечной ткани, в которой ферменты (протеазы, карбогидразы, эстеразы, ферменты гликолиза и другие) - катализируют реакции распада. Процесс становится необратимым, протекающим только в одном направлении. Особая роль в процессе автолиза принадлежит внутриклеточным протеазам - катепсинам.

При переработке убойных животных ткани можно разделить на две группы: к первой относятся те, в которых протеолиз происходит под действием внутриклеточных протаз типа катепсинов (мышечная ткань, печень, и др.); ко второй - ткани, в которых синтезируются внеклеточные протеазы типа пепсина, трипсина, химотрепсина, карбоксипептидазы, дипептидазы, аминопептидазы (слизистая желудков, поджелудочная железа и т.д.), а также гормоны. Для первой группы тканей весьма важен период автолиза, так как именно он определяет функционально-технологические свойства сырья.

Вторая группа представляет объекты для получения медицинских и технических препаратов, нашедших широкое применение в медицине и перерабатывающих отраслях АПК.

Автолитические превращения мышечной ткани

Определяющим условием для формирования биохимических свойств мяса и качества продуктов является уровень и характер развития автолитических процессов в животных тканях. Изменения, происходящие в послеубойный период в мышечной ткани, имеют важное практическое значение, оказывают существенное влияние на пищевую ценность мяса и его потери в процессе технологической обработки.

Наиболее важное значение при автолизе животных тканей отводится двум основным ферментным системам. Одна из них, связана с функцией движения и регулирует сокращение - расслабление, другая - катализирует непрерывный распад главных структурных элементов мышечного волокна по типу гидролиза. Роль каждой из этих двух систем в развитии этапов автолиза различна, но их функции тесно связаны между собой.

Начиная с момента убоя в мышечной ткани происходят непрерывные изменения под действием тканевых ферментов. В основе всех изменений, приводящих к развитию посмертного окоченения, его последующему разрешению и завершению созревания мяса с приобретением им функциональных и технологических свойств, лежат ферментативные реакции.

В послеубойный период с развитием окоченения главную роль играют ферменты сокращения - расслабления, вызывающие изменения сократительного аппарата - миофибрилл, распад АТФ и других несущих в себе запас энергии веществ, а также обеспечивающие синтез АТФ за счет превращения углеводов, и прежде всего гликогена.

В процессах автолитических превращений мышечной ткани важная роль принадлежит изменениям углеводной системы. Накопление продуктов их автолитического распада существенно влияет на физико-химические и биохимические изменения белков мышечной ткани.

Автолитические превращения гликогена связаны с его фосфоролитическим распадом и дальнейшим процессом анаэробного гликолиза, который приводит к необратимому накоплению молочной кислоты и снижению рН мышечной ткани. Мышечный гликоген в процессе автолиза подвергается интенсивному гидролитическому амилолитическому распаду и накоплению в мышечной ткани редуцирующих углеводов.

Методы химического и биохимического анализа тканей весьма полезны в оценке глубины и характера автолитических превращений тканей мяса. биохимический животное орган сырье

Определение автолитических изменений мяса

Состояние автолиза тканей легко определить по внешним признакам визуально. Сразу после убоя мышечная ткань расслаблена, поскольку в клетках содержится АТФ, уровень которой поддерживается в результате ряда хаотично протекающих реакций. Затем через несколько часов ранее расслабленные мышцы теряют свою гибкость, эластичность, становятся твердыми и непрозрачными. Наступает посмертное окоченение, которое сохраняется в течение 24-28 ч. По истечении 24-28 ч все более заметными становятся признаки разрушения клеточных структур: ядра сморщиваются, появляются поперечные разрывы мышечных волокон. Накопление специфических химических веществ в процессе автолиза служит основой органолептической оценки состояния сырья.

В течение первых суток после убоя развитие посмертного окоченения приводит к снижению рН от 6,5-7,0 до 5,5-5,6, отсутствию выраженного вкуса и аромата.

В связи с отсутствием поступления кислорода в организм ресинтез гликогена в мясе после убоя идти не может и начинается его анаэробный распад, который протекает по пути фосфоролиза и амилолиза с образованием молочной кислоты и глюкозы. Это соответствует изменению рН и АТФ.

Через 24 ч гликолиз приостанавливается вследствие исчерпания запасов АТФ и накопления молочной кислоты, подавляющей фосфоролиз, что приводит к снижению рН.

Общее количество и соотношение специфических продуктов биохимических реакций указывает на характер и глубину автолиза, о которых можно судить путем анализа биохимических веществ небелковой природы, в частности глюкозы.

Количественное определение глюкозы в мышечной ткани проводят методом Бертрана. Метод основан на восстановлении щелочного раствора окиси меди в закись и учете последней путем воздействия на нее раствором сульфата окисного (трехвалентного) железа, сильно подкисленного серной кислотой. Количество восстановленного при этом железа определяется титрованием перманганатом калия. Процесс сводится к следующим реакциям:

2CuO + редуцирующий сахар Cu₂O,

Cu₂O + Fe₂(SO₄)₃ + H₂SO₄ = 2CuSO₄ + 2FeSO₄ + H₂O,

10FeSO₄ + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ = 5Fe₂(SO₄)₃ + 2MnSO₄ + 8H₂O.

Зная количество миллилитров раствора KMnO₄, пошедших на титрование сульфата железа, находят, какому количеству миллиграммов меди оно соответствует, и определяют количество сахара в исследуемом растворе.

Катепсины

Практическое значение для изучения и регулирования свойств мясного сырья имеют тканевые ферментные системы мяса. Действие протеолитических ферментов в животных тканях в послеубойный период направлено на расщепление собственных компонентов и структур клеток.

Протеиназы, осуществляющие гидролиз белков, подразделяют на экзо- и эндопептидазы. Место приложения первых - концевые участки полипептидных цепей, вторых - внутренние участки цепи. Экзопептидазы содержатся как в саркоплазме и саркоплазматическом ретикулуме, так и в лизомах, тогда как внутриклеточные эндопептидазы находятся, как правило, в лизосомах клеток.

Прижизненная роль внутриклеточных протеолитических ферментов многогранна: они участвуют в катаболизме белков и доставке пластического материала для биосинтетических реакций, образовании и распаде физиологически активных веществ, оказывают прямое воздействие на энзиматический аппарат клетки посредством активации зимогенов или протеолитической модификации самих ферментов и т.д.

В автолитических превращениях мышечной ткани наиболее важное значение отводится катепсинам.

Катепсины - кислые протеиназы, проявляют максимальную активность при рН 2,0-5,0, широко представлены в органах и тканях и локализованы в лизосомах, которые представляют собой внутриклеточные пузырьки диаметром около 5,5 мкм, ограниченные мембраной.

Катепсины являются типичными протеиназами и вызывают деструкцию высокомолекулярных белков. С деятельностью катепсинов, которые во втором периоде автолиза освобождаются из лизосом и активируются кислой реакцией среды клетки, тесно связаны изменения свойств белков, предшествующие релаксации мышц.

В настоящее время в мышечной ткани индентифицирован ряд ферментов эндопептидазного действия - катепсины B₁, D, H, L, G и экзопептидазы - катепсины A, B₂ и С.

Катепсин B₁ является тиоловой эндопептидазой и активируется SH-соединениями, имеет оптимум активности при рН 6,0, проявляет более высокую, по сравнению с коллагеназой, способность к гидролизу коллагена в кислой среде и напоминает папаинтиоловую протеиназу растительного происхождения, широко используемую для мягчения мяса.

Катепсин D - карбоксильная эндопептидаза, проявляющая активность при рН 2,8-4,0, расщепляет низкомолекулярные пептиды, имеет сродство к пептидным связям, образованным гидрофобными боковыми радикалами, и поэтому сходен с пепсином - пищеварительным ферментом, выделяемым слизистой оболочкой желудка. Катепсин Е отличается от катепсина D субстратной специфичностью, более кислым характером и лабильностью. Катепсин Н относится к эндоаминопептидазам, способен гидролизовать белки и пептиды с максимальной активностью при рН 6,0. Катепсин L - тиоловая эндопептидаза, присутствует в лизосомальной фракции, гидролизует различные белки с максимальной активностью при рН 5,0.

Лизосомальные экзопептидазы были открыты позднее эндопептидаз. В настоящее время установлено, что они наиболее активны на последних стадиях расщепления белковых молекул, когда под действием эндопептидаз образовалось много новых концевых групп.

Катепсин А - лизосомальная карбоксипептидаза, проявляет наибольшую активность по отношению к пептидам при рН около 5,6-6,9, не способен гидролизовать крупные молекулы белка, однако проявляет синергизм с действием катепсина D на белки мышц. Отличительной чертой катепсина А является способность гидролизовать синтетический субстрат карбобензокси-L-глютамил-L-тирозин.

Катепсин В₂ - относительно неспецифическая карбоксипептидаза, активируемая сульгидрильными соединениями; гидролизует полипептиды до свободных аминокислот с оптимумом рН 5,5-5,6. Катепсин В₂ осуществляет глубокий гидролиз полипептидных фрагментов, образующихся в результате действия эндопептидаз.

Катепсин С является типичной тиоловой экзопептидазой, которая расщепляет пептиды и их производные с оптимумом рН 5,0-6,0. Являясь своеобразной аминопетидазой, принимает участие в деградации белка в комплексе с другими катепсинами, или выполняет функции трансфераз.

В настоящее время в саркоплазме, митохондриях и рибосомах клеток выделен ряд протеиназ, проявляющих максимальную активность в нейтральной среде (рН 7,0-8,0) при наличии ионов кальция. Кальцийзависимые тканевые протеиназы получили название кальпаинов.

Лизосомальные протеиназы - катепсины и кальцийзависимые протеиназы - кальпаины участвуют в автолитической деструкции тканей двояким образом: непосредственно воздействуя на основные компоненты клеточных элементов и путем активации других протеолитических ферментов.

Определяющую роль в деградации белков играют катапсины L, B, H и D, при этом важное место в процессе внутриклеточного протеолиза отводится катепсину D.

В результате действия катепсинов на белки при правильном развитии автолитических процессов мясо приобретает нежность, сочность, выраженные вкус и аромат. Характер и глубина автолитических изменений в мясе влияют на его качество и пищевую ценность.

Имея объективную информацию о характере и глубине изменений структурных компонентов тканей, активности катепсинов, возможно предполагать условия максимального использования животных тканей для получения качественных мясных продуктов.

Для определения степени развития автолитических изменений используется несколько общепризнанных методик, наиболее распространенной из которых является определение общей протеолитической активности (ПА) методом Ансона в различных модификациях (методика ГОСТированная) с использованием в качестве субстрата казеина по Гаммерстену (казеинат натрия) при различных величинах рН.

Метод основан на определении скорости ферментативной реакции гидролиза белкового субстрата под действием исследуемого протеолитического фермента.

Скорость реакции протеолиза оценивается по количеству образовавшегося тирозина (-амино--оксифенилпропионвой кислоты), которое идентифицируется колориметрической реакцией с реактивом Фолина.

За единицу ПА принимается количество фермента, которое за 1 мин при 30 C катализирует переход в не осаждаемое трихлоруксусной кислотой состояние количество казеина по Гаммерстену, содержащее 1 мкмоль тирозина.

Протеолитическую активность рассчитывается по формуле:

где с - отношение объемов реакционной смеси и раствора фермента после добавления трихлоруксусной кислоты;

D - оптическая плотность;

ТЭ - тирозиновый эквивалент;

10 - длительность гидролиза субстрата, мин.;

а - масса или объем ферментного препарата, участвующего в реакции, мг или см³;

1000 - коэффициент пересчета г в мг.

Биохимические свойства крови

Кровь убойных животных - один из важнейших источников высокоценного животного белка. По содержанию белка кровь практически не отличается от мяса и содержит лишь на 5-10 % больше воды. Реакция среды слабощелочная, почти нейтральная. Кровь обладает способностью к пенообразованию и образованию эмульсий. Коэффициент перевариваемости крови составляет 94-96 %, т.е. она почти полностью усваивается организмом. Кроме того, содержание в ней биологически активных веществ делает ее более полноценным источником продуктов питания.

В производстве мяса и мясопродуктов используют цельную кровь, плазму (фракцию крови без форменных элементов) и сыворотку (плазма без фибриногена). Особенностью цельной крови и плазмы является свертывание.

При глубоких повреждениях кровь обильно вытекает из сосудов и через некоторое время свертывается в результате превращения растворимого белка плазмы фибриногена в нерастворимый фибрин. Механизм свертывания крови очень сложен и регулируется с помощью каскадной системы реакций, протекающих с участием ферментов и без них.

"Пусковым механизмом" свертывания крови является тканевый фактор тромбопластин, являющийся липопротеидом, который проявляет протеолитическую активность и охарактеризован еще недостаточно. При повреждении сосудов он освобождается и инициирует свертывание. В результате реакций тромбопластина с ионами Ca²⁺ и некоторыми белками плазмы (проакцелерином и проконвертином) образуется фермент тромбокиназа.

Второй путь образования тромбокиназы связан с распадом тромбоцитов и выделением из них тромбопластина, который впоследствии взаимодействует с ионами Ca²⁺ и некоторыми глобулинами плазмы.

Последняя стадия механизма свёртывания - протеолиз фибриногена тромбином с образованием нерастворимого фибрина.

Свёртывание крови в значительной степени затрудняет её промышленную переработку.

На практике часто используют различные приёмы для предотвращения свёртывания крови, которое сводится к исключению одного из факторов системы свёртывания.

При промышленной переработке крови широко применяют стабилизаторы, действие которых выводит Ca²⁺ из системы свёртывания. В качестве стабилизаторов используют оксалаты, цитраты, фосфаты, сульфаты и др. При действии этих реагентов образуются нерастворимые кальциевые соли.

Немаловажное значение имеет количество образовавшегося тромбина, так как именно он осуществляет переход фибриногена в фибрин с образованием сгустка.

Биохимическая активность животных тканей

При жизни животных организмов некоторые органы и ткани способны накапливать и секретировать биологически активные вещества, которые выполняют важнейшие функции в поддержании жизнедеятельности. При убое сельскохозяйственных животных совокупность таких источников называют ферментно-эндокринным сырьем и используют для производства органотерапевтических препаратов, которые в свою очередь имеют широкое применение в теоретической науке, медицине, фармацевтической промышленности, сельском хозяйстве и при переработке пищевого сырья. По механизму действия, свойствам, физиологическому и лечебному эффекту эти вещества подразделяют на гормоны (гормональные препараты) и ферменты (ферментные препараты). Гормоны выделяют главным образом из эндокринных желез (железы внутренней секреции). К такому сырью относятся гипофиз, паращитовидные железы, щитовидная, поджелудочная, половые железы, надпочечники. Ферментные препараты получают преимущественно из слизистой оболочки желудков свиней и сычугов крупного рогатого скота, молочных ягнят и телят, слизистой оболочки тонкого отдела кишечника, а также поджелудочной и слюнной желез.

Определение гормонов

1. Определение инсулина. Среди гормонов, синтезируемых поджелудочной железой, наиболее важное значение имеют инсулин и глюкагон. Являясь веществом белковой природы, инсулин реагирует с образованием специфически окрашенных веществ, которые служат качественными реакциями и могут быть использованы для обнаружения его в экстрактах.

Количественное определение инсулина осуществляется химическим, так называемым фибриллярным методом. Сущность его состоит в том, что при нагревании инсулина в кислом растворе при 100 °С образуется тиксотропный гель, обладающий сильным двойным лучепреломлением. Путем нагревания в кислой среде при 100 °С и последующего охлаждения до минус 80 °С получается устойчивая фибриллярная модификация инсулина в растворе. Кристаллизующийся продукт, регенерированный из фибрилл, не отличается от исходного инсулина по физическим, химическим и биологическим свойствам.

Метод определения активности инсулина in vitro основан на специфической реакции удлинения инсулиновых фибрилл за счет нативного инсулина и определении их массы.

Принцип метода сводится к получению стандартного фибриллярного инсулина, который готовят из кристаллического инсулина активностью 24-25 и.е. в 1 мг. Заготовленный фибриллярный инсулин используют в качестве затравки при определении нативного инсулина.

Испытуемые растворы инсулина после затравки выдерживают в течение 24 ч при 48 °С. За этот срок инсулин осаждается, принимая фибриллярную форму.

Фибриллы отделяют от раствора центрифугированием, затем промывают различными растворителями на центрифуге для очистки инсулина от балластных белков и примесей. Полученный осадок высушивают над пятиокисью фосфора и взвешивают или производят спектрофотометрическое определение суспензии инсулина.

Масса инсулина за вычетом массы добавленного для затравки фибриллярного инсулина соответствует содержанию инсулина в испытуемом растворе активностью 24 и.е. в 1 мг.

При определении спектрофотометрическим методом небольших количеств инсулина получают более точные результаты, чем при гравиметрическом определении.

Определение гормонов щитовидной железы и надпочечников

Гормоны щитовидной железы представляют собой йодированные производные аминокислоты тирозина. Йод поступает в организм с водой. В ткани железы он окисляется, принимает форму молекулярного йода и присоединяется к тирозиновому кольцу, образуя монойодтирозин. Затем в результате полимеризации йодтирозина образуются гормоны щитовидной железы - тироксин и трийодтиронин.

Т.к. гормоны щитовидной железы являются йодсодержащими соединениями. При их разрушении образуется йодид калия, который окисляется йодатом калия в кислой среде с образованием молекулярного йода

5KJ + KJO₃ + 6HCl 3J₂ + 6KCl + 3H₂O.

Результатом реакции йода с крахмалом является соединение синего цвета.

Адреналин - гормон, синтезируемый в мозговом веществе надпочечных желез, по химической структуре является амином-1-(3,4-диоксифенил)-2-метиламиноэтанолом (производным пирокатехина).

При добавлении к раствору адреналина хлорида железа (III) жидкость окрашивается в изумрудно-зеленый цвет вследствие образования комплексного соединения типа фенолята железа.

Адреналин обладает слабощелочной реакцией, легко окисляется на воздухе с образованием аденохрома, вследствие чего раствор окрашивается в красный цвет.

При взаимодействии диазореактива с адреналином жидкость окрашивается в красный цвет вследствие образования сложного соединения типа азокрасителя.

В кислой среде с йодноватокислым калием адреналин образует соединение красно-фиолетового цвета.

Адреналин, окисляясь кислородом воздуха, при добавлении щелочи дает флюоресцирующие продукты.

Количественное определение адреналина основано на колориметрическом определении интенсивности синего окрашивания, возникающего при взаимодействии адреналина с реактивом Фолина. Входящие в него соли при взаимодействии с адреналином восстанавливаются с образованием более низких окислов металлов, комплексы которых окрашиваются в синий цвет.

Размещено на Allbest.ru