-EL TEJIDO MUSCULAR DE LOS ANIMALES DE ABASTO CONSIDERADOS SANOS EN EL MOMENTO DEL SACRIFICIO Y SACRIFICADOS EN CONDICIONES HIGIÉNICAS SUFRE DESDE ESE MOMENTO UNA SERIE DE TRANSFORMACIONES PROGRESIVAS E IRREVERSIBLES (FÍSICAS, QUÍMICAS Y BIOQUÍMICAS) (HULTIN, 1985) QUE LO CONVIERTEN EN UN PRODUCTO COMESTIBLE LLAMADO CARNE -PARTE DEL ANIMAL APTA PARA EL CONSUMO -PRODUCTO HETEROGÉNEO RESULTANTE DE LA EVOLUCIÓN POST-MORTEM DE LOS MÚSCULOS. -LO QUE PROPORCIONA UNA CANAL EN FORMA DE MAGRO, GRASA Y HUESO TIPOS DE PROTEINAS SEGÚN LOCALIZACIÓN COMPOSICIÓN Y CONCENTRACIÓN DE PROTEINAS ESQUELÉTICAS TEJIDO CONECTIVO Niveles de organización: - Epimisio: envuelve al músculo - Perimisio: rodea haces de fibras - Endomisio: rodea las miofibrillas FACTORES DE INTERÉS DE LAS FIBRAS MUSCULARES EN LA PRODUCCIÓN DE CARNE OBJETIVO PRODUCTIVO: máxima proporción de magro y la justa cantidad de grasa FACTORES DE INTERÉS: - Número de fibras - Diámetro de las fibras - Tipo de fibra FACTORES QUE AFECTAN AL NÚMERO Y DIÁMETRO DE LAS FIBRAS MUSCULARES - ESPECIE EDAD DOMESTICACIÓN RAZA FACTORES NUTRICIONALES HORMONAS RESUMEN - El crecimiento del magro depende del número de fibras formadas en el periodo prenatal y del grado de hipertrofia postnatal. - Una hipertrofia muscular excesiva estaría asociada a la sensibilidad al estrés y a una pobre calidad de la carne. Hay un número optimo de fibras que garantiza un buen porcentaje de magro con una buena calidad de la carne a un moderado grosor de la fibra COMPONENTES DEL TEJIDO CONECTIVO -FIBROSOS: -Colágeno -Epimisio: tipo I -Perimisio. Tipo I y III -Endomisio: tipo IV y V MOLECULARES: - Proteinas que en el caso del colageno se estructuran en moléculas de tropocolágeno que se compone de cadenas 3 polipeptidos donde predominan la glicina, prolina y hidroxiprolina TEJIDO ADIPOSO Tejido formado por células denominadas adipocitos. DISTRIBUCIÓN: - Grasa subcutánea - Grasa muscular: - Intermuscular - Intramuscular Grasa de localización más heterogénea (peri-renal, omental, mesentérica) EVOLUCIÓN POSTMORTEM DEL MUSCULO Proceso por el que se destruye la estructura miofibrilar por acción de enzimas propias del músculo. Las principales enzimas implicadas en este proceso son: - Cathepsinas: destruyen la troponina, algunos enlaces del colágeno y mucopolisacaridos - Calpainas: se activan por la concentración de iones Ca y destruyen la tropomiosina y titina FASES DE LA EVOLUCIÓN POSTMORTEM DEL MÚSCULO FASE FASE FASE FASE 1 2 3 2 mortis o fase de sacrificio o apoptosis 0 pre-rigor o fase de instalación del rigor FASE 3 o fase de maduración FASE 4 o putrefacción CAMBIOS TRAS EL SACRIFICIO El sacrificio de los animales pone en marcha en el músculo un proceso complejo gracias al cual se producen una serie de modificaciones estructurales, sensoriales, bioquímicas, etc. que son las responsables de la aparición y desarrollo de las cualidades de la carne: color, textura, flavor, etc. Los procesos de oxidación y proteólisis son los de mayor importancia en el desarrollo de dichas características. Para que el proceso de transformación del músculo en carne tenga lugar en condiciones adecuadas es necesario el almacenamiento a baja temperatura FASE DE SACRIFICIO -No llega Oxigeno al músculo y se instaura un metabolismo anaerobio -El ATP es generado por glucolisis del glucógeno. -El glucógeno se transforma en ácido láctico. -El pH inicial del músculo (7.2) disminuye. -Disminuye la Capacidad de Retención de Agua. -La canal es flácida -Se inicia un oscurecimiento del color del músculo DURACIÓN DEL PROCESO DE ACIDIFICACIÓN MODELO DE ACIDIFICACIÓN DEL M. LONGISSIMUS DORSI MODELO ANORMAL DE ACIDIFICACIÓN -DFD: *Malas condiciones prefaena *Agotamiento glucagón, pHf > 6.0 *Carne oscura, elevada CRA, sensibles a microorganismos, difícil conservación bajo refrigeración. PSE: *pH muy bajo en la 1ª hora cuando la carne aún esta caliente. *bajo rendimiento tecnológico altas mermas en productos APOPTOSIS En el proceso de transformación del músculo en carne, tradicionalmente se han considerado tres etapas: • -pre-rigor • -rigor • -ternización o maduración En la actualidad se está considerando una fase previa: MUERTE CELULAR PROGRAMADA o APOPTOSIS. En los segundos posteriores al sacrificio, los animales presentan contracciones persistentes de la musculatura a causa de excitaciones nerviosas (ETAPA DE IRRITABILIDAD), lo que no persiste mas allá de 20-30 minutos APOPTOSIS La apoptosis es un mecanismo de muerte fisiológica celular programada (Taylor et al., 2008) que permite eliminar las células dañadas o peligrosas para las demás células. Es un fenómeno esencial para la vida de un organismo, especialmente durante su desarrollo. Cuando dejan de recibir oxigeno, las células deciden morir o “suicidarse”, iniciando el proceso de apoptosis, que comienza rápidamente y cuyo mantenimiento y progreso depende de que las enzimas implicadas permanezcan activas. La apoptosis es un proceso rápido (de unos pocos minutos a un par de horas), y a diferencia de la necrosis, la membrana plasmática no es totalmente destruida durante el proceso, evitando así la eliminación de los contenidos celulares y el consiguiente daño causado a las células vecinas. APOPTOSIS La apoptosis induce una serie de cambios estructurales y bioquímicos. En general, durante el fenómeno de estrés, se sintetizan las proteínas de choque térmico (Heat Shock Protein: HSP), que desempeñan un papel antiapoptótico por la formación de un complejo con las caspasas para inhibirlas. Este proceso tiene una regulación muy estricta, de manera que solo se activa en la célula y momentos adecuados, y comprende dos vías de iniciación: En el primer camino, el estímulo es externo a la célula y consiste en la activación de un receptor la muerte celular que va ligado a la activación de las caspasas (Concannon et al 2003). En el segundo, el evento activador es la ruptura de la membrana mitocondrial. Esto permite la liberación citocromo C en el citoplasma. Citocromo C forma con otras proteinas un complejo llamado apoptosoma, que activa las caspasas. Según Ouali et al (2006) existirá una etapa suplementaria en la evolución de la terneza, antes de la fase de rigor mortis, en la que la apoptosa tendría un papel preponderante Las primeras proteasas activas son las caspasas, que actuarían escindiendo proteínas celulares in vivo. Sus sustratos en la célula serían muchos (del orden de cientos de proteínas ), lo que es comparable a lo que se ha informado de las calpaínas. Las caspasas podrían degradar las proteinas clave de la organización estructural de las miofibrillas (Nakanishi et al 2001, Chen et al 2003), conjuntamente con otras proteasas, y por tanto jugar un papel importante en la aparición temprana de la terneza, antes de las calpainas. Ante un estímulo, extrínseco o intrínseco (condiciones críticas para la supervivencia celular tras el sacrificio y sangrado del animal) entran en funcionamiento unas peptidasas generadoras de apoptosis (cisteína peptidasas con una estricta especificidad de escisión, que genéricamente se denominan caspasas, de las que se han identificado 14, algunas son especificas de determinada especie animal: la caspasa 11 se encuentra sólo en el ratón y la rata; la caspasa 13 parece que se expresa sólo en bovinos; la caspasa 12 puede estar presente sólo en el ratón). En una fase inicial se activan las caspasas iniciadoras (8, 9 y 10), que a su vez movilizan a las caspasas efectoras (3, 6 y 7), responsables de la alteración celular. En la apoptosis se pueden distinguir varias fases: -las células en apoptosis se separan o aislan de las células vecinas; -importante condensación del núcleo y del citoplasma con la consiguiente reducción significativa en el volumen celular; -las mitocondrias sufren severas modificaciones: liberación al citoplasma del citocromo C, reducción en el potencial de membrana y el deterioro de su permeabilidad, con la consiguiente apertura de poros especializados y difusión de diversas proteínas proapoptóticas; -la cromatina se escinde en fragmentos de aproximadamente 180 pares de bases; -se produce un cambio de localización de las phosphatidylserinas, que salen al exterior de la célula, lo que constituye una señal de reconocimiento de los cuerpos apoptóticos por los fagocitos. El modo de regulación de la apoptosis dependerá de la naturaleza del estímulo inicial, señalándose tres vías principales: Vía 1: un estímulo externo activa receptores extracelulares que ponen en marcha efectores activadores o inhibidores. La unión de un activador forma un complejo intracelular que activa a las caspasas (caspasas 8 y 10) a través de una interacción DEDs. Para el control de este paso, las células pueden sintetizar proteínas que contienen DEDs que actuará como un inhibidor competitivo del complejo activador vinculado a las caspasas. El exceso de tales proteínas puede desviar las caspasas de su complejo activador. La activación de las caspasas 8 o 10 también puede ser inactivado por el IAP's (Inhibidores de la apoptosis), que son proteínas inhibidoras ligadas o vinculadas a los sitios activos y bloquean su acceso a las proteínas sustratos. Si este no es el caso, las caspasas pueden activar a las caspasas efectoras (caspasas 3 y 7) responsables de la alteración celular. Vía 2: corresponde a situaciones en las que la célula no tiene otra solución que el suicidio (estímulo intrínseco). Se produce un deterioro de la membrana de la mitocondria que al perder su potencial de membrana hace que la membrana externa se convierte en permeable y que conduzca a la liberación del citocromo C (factor de proapoptóticos). Hay unas proteínas que promueven este proceso y otras que lo impiden, por lo que la concentración entre los dos antagonistas apoptóticos determinará la velocidad de liberación del citocromo C. Este citocromo forma un complejo llamado apoptosoma, integrado, entre otros, de una proteína llamada Apaf-1 (factor activador de la proteasa apoptótica - 1) y de la caspasa 9. La caspasa 9 se activará dentro del apoptosoma y puede activar las caspasas efectoras (caspasas 3 y 7). La activación de la caspasa 9 puede ser bloqueada por los inhibidores de la familia IAP (inhibidores de la apoptosis). Via 3: suele acaecer en caso de estrés. Induce la síntesis de proteínas llamadas de protección de choque térmico (HSP), que preservan la función las proteínas celulares contra la desnaturalización y la posible pérdida de la función. Tales proteínas aparecen tan pronto como la célula está en peligro. En el proceso de la apoptosis, las HSP pueden tener diversas acciones antiapoptóticas, que se pueden resumir en: -Formación de un complejo con las caspasas iniciadoras o efectoras, lo que obstaculiza su función. -Protección de las proteínas sustratos de las caspasas efectoras, lo que previene o retrasa su degradación por estas enzimas. -Intentar volver a establecer la estructura inicial de las proteínas que hayan sufrido daños estructurales A través de HSPs, el estrés puede generar acciones de naturaleza antiapoptótica. Sin embargo, en el caso de estrés intenso se puede inducir la muerte celular por la vía mitocondrial. In vivo, las membranas celulares tienen una polaridad bien definida, dependiente de la distribución de los fosfolípidos. La fosfatidilserina (electro negativa) se encuentra en el interior de la membrana plasmática celular, mientras que la fosfatidilcolina y fosfatidiletanolamina (electro positivas) se encuentran en el exterior. Cuando comienza el proceso de apoptosis, se produce una inversión en la distribución de los fosfolípidos. Este cambio aísla la célula apoptótica de las señales de las células vecinas y de su estado de suicidio. Sin embargo, la membrana de las células apoptóticas sigue siendo impermeable para evitar la difusión de los componentes intracelulares en el medio extracelular. La transferencia al exterior de la fosfatidilserina es también un signo de reconocimiento por los macrófagos que in vivo participan en la degradación de las células que mueren. La translocación de los fosfolípidos está garantizada por diferentes tipos de translocasas. La muerte celular no se coordina, de manera que cada una de ellas inicia el proceso en momentos diferentes. Dentro de las células, los componentes ácidos se sustituirán por otros de carácter más bien básico. Podemos, por tanto, esperar una neutralización parcial de los protones generados por la glicólisis y, en consecuencia, una desaceleración del proceso de acidificación. En las primeras 8-10 horas post mortem en bovinos y 1-6 horas en ovinos se observa una o dos mesetas en el descenso del pH. Los músculos con dos mesetas suelen presentar mayor dureza que los que sólo presentan una meseta. El significado exacto de esta estabilidad transitoria del pH no es bien conocido. PRE-RIGOR (0-12 horas) Tras la muerte, las células pretenden mantener la homeostasis pero cuando se agota la phosphocreatina, la energía necesaria se obtiene principalmente a través de la degradación de glucógeno por la glicólisis. El tipo del proceso depende del tipo de músculo, pero persiste siempre y cuando las enzimas no son inhibidas por pH ácido. Por tanto, la discontinuidad en la caída del pH observado no se puede explicar por una reducción transitoria en la actividad de la phosphocreatina quinasa y otras enzimas de la vía glicolítica sino más bien por una modificación de la capacidad amortiguadora y / o distribución de la carga dentro de las células musculares. La sustitución de los componentes ácidos (fosfatidilserina) por los básicos (fosfatidilcolina y fosfatidiletanolamina) en el compartimento intracelular, acompañado por una redistribución de los iones, podría explicar la existencia de una estabilidad transitoria del pH. La salida de la fosfatidilserina al espacio extracelular altera rápidamente las sinapsis y la conducción eléctrica. Esto puede explicar porqué la estimulación eléctrica de baja tensión de las canales es eficaz sólo si se aplica en los primeros minutos tras el aturdimiento y sangrado del animal. La tasa de descenso del pH difiere significativamente cuando la estimulación de baja tensión (100 V, 2 min) se aplica 15 minutos postmortem en comparación con el efecto de la estimulación aplicada a 2 min postmortem. Después de 2 minutos, la cinética de la caída del pH es totalmente comparable a la obtenida con estimulación con alta tensión (750 V, 2 minutos) aplicada 30 minutos postmortem. RIGOR MORTIS Las reservas de ATP no son suficientes para liberar las cabezas de miosina de las cadenas de actina, por lo que el músculo pierde elasticidad y se instaura el rigor mortis. Este se desarrolla hasta 9 horas después del sacrificio y se completa en 12-24 horas. Puede ser acelerado mediante la estimulación eléctrica. La dureza ligada al rigor mortis va desapareciendo paulatinamente a consecuencia de los procesos de maduración. RIGOR MORTIS (12-72 horas) -Cesa el aporte de oxígeno, la fosforilación oxidativa y con ello el aporte de ATP aerobio. Se modifica la ruta metabólica y se establece la vía glicolítica anaerobia, ineficaz o insuficiente, y el glucógeno se transforma en ácido láctico, a la vez que se liberan protones. Se acumula piruvato -Desciende pH. La formación de ácido láctico contribuye a la acidificación progresiva de la célula, permitiendo que diversas enzimas actúen hasta que se alcanza un pH de 4.5-5. -La velocidad de caída del pH depende, entre otros factores de la especie, temperatura y tipo del músculo, nivel de reservas, etc. La inyección de determinadas sales retrasa (sulfato de magnesio) o acelera (calcio) el proceso. También la estimulación eléctrica modifica la curva de descenso (mayor caída del pH). RIGOR MORTIS -Capacidad de Retención de Agua mínima -La canal está rígida y los músculos duros dado que al agotarse el ATP, el complejo actomiosina es irreversible lo que hace que el músculo esté duro e inextensible -Hay un aclaramiento del color del músculo TIEMPO NECESARIO PARA LLEGAR AL RIGOR MORTIS El momento de aparición del rigor mortis depende de la especie, tipo de fibra muscular y manejo premortem (estrés). En cerdos se instaura hacia 6-8 horas post-mortem y en bovinos 10-12 horas; En las fibras blancas el descenso del H es más rápido que en las rojas. Un estrés intenso previo al sacrificio puede motivar un escaso descenso del pH. El descenso del pH, aumento de la presión osmótica y liberación de Ca+ activan determinadas enzimas (calpainas y catepsinas) que destruyen parcialmente las miofibrillas: músculo blando e inextensible. Se produce una modificación de los espacios intra y extracelulares con trasvase de agua intracelular (capacidad de retención de agua), así como cambios en la luminosidad y color del músculo, cambios en el flavor y jugosidad. MADURACIÓN La alteración de la estructura celular provoca, entre otros hechos, la liberación de determinadas enzimas. Este proceso, que debe acontecer a baja temperatura, es el que permite que se desarrollen las cualidades o características apetecidas de la carne. MADURACIÓN La maduración es la resultante de la acción de las proteasas musculares, cuyos efectos más marcados tienen lugar en las primeras 48 horas tras el sacrificio. Los sistemas proteolíticos degradan las proteinas miofibrilares y del citoesqueleto. Rompen los enlaces o uniones inter e intra miofibrilares, las uniones miofibrilla/sarcolema y las uniones de las células a la lamina basal. Esta proteolisis relaja progresivamente el músculo y se establece un valor de terneza máxima de la carne. Sin embargo, el colágeno no se afecta significativamente por este proceso, por lo que el tenor en colágeno determina un nivel basal de dureza que limita la terneza máxima de la carne cruda o poco cocinada. En el caso de carnes cocinadas durante mucho tiempo o a temperaturas elevadas, el papel del colágeno en la dureza de la carne es irrelavante ya que se solubiliza. En este caso la dureza de la carne dependerá de las propiedades de las miofibrillas. MADURACIÓN -Aumento del pH por la degradación de las proteinas -Aumenta la Capacidad de Retención de Agua -La canal es flexible y el músculo tierno. El proceso de proteolisis de las proteinas miofibrilares es un fenómeno clave en el establecimiento de la terneza. Es variable de un músculo a otro y de un animal a otro. Esta proteolisis puede ser modulada por la oxidación de las proteinas, ya que las proteinas oxidadas forman agregados menos sensibles a las proteasas (Morzel et al 2006). -El color del músculo es rojo brillante VELOCIDAD DE MADURACIÓN SEGÚN LA ESPECIE Los sistemas proteolíticos mas estudiados son : MIOFIBRILARES -cathepsinas, -calpainas y el -proteasoma 20S. DEL TEJIDO CONECTIVO -metaloproteinasas -cathepsinas (sistema descubierto en los años 1950 por De Duve, Pressman, Gianetto, Wattiaux y Appelmans, 1955). -calpainas (peptidasas calciodependientes puestas al descubierto en cerebros de ratas por Guroff, 1964). Las calpainas son inhibidas por la calpastatina, proteína muy polimórfica. -proteasoma 20S (descubiertos por Wilk y Orlowski, 1980) Las cathepsinas tienen sus propios inhibidores: cystatinas, de las que se reconocen cuatro grupos o familias: -Familia 1: también llamadas stefinas, son de bajo peso molecular, contienen una copia de la estructura básica del inhibidor y no poseen puentes disulfuro intramoleculares. Las mejor caracterizadas son la stefina A y stefina B. En general se encuentran intracelularmente. -Familiar 2: también designadas como cystatinas, son de bajo peso molecular, contienen un copia de la estructura básica inhibitoria y al menos un puente disulfuro intramolecular. Su localización es predominantemente extracelular. Las mas representativas de la familia son la cystatina C y la cystatina del pollo. -Familia 3: denominadas kininogenas, son de alto peso molecular, poseen generalmente tres copias de la estructura básica y varios puentes disulfuro. La familia se compone de tres kininogenas. En general, se encuentran en los fluidos corporales. -Familia 4: son los inhibidores de la proteína glicosilada. Contiene dos copias de la base inhibitoria y varios puentes disulfuro intramoleculares.