Białka kurczliwe
5.3. Białka tkanki łącznej (stromy)
W mięśniach szkieletowych tkanka łączna występuje w postaci grubej warstwy tkanki łącznej zwanej omięsną zewnętrzną (epimysium, perimysium externum). Poszcze-gólnewiązkiwłókienwewnątrz mięśnia otoczone są cieńszą warstwą omięsnej wewnętrznej
(perimysium internum). Pojedyncze włókno mięśniowe otoczone jest z zewnątrz jeszcze
cieńszą błoną tkanki łącznej, zwaną śródmięsną lub omięsną własną (endomysium). Każda z tych tkanek różni się odmiennym udziałem białek łącznotkankowych, ale również średni-cą włókien i przestrzennym ułożeniem. Spośród białek łącznotkankowych do najważniej-szych w mięśniu należą kolagen, elastyna oraz lipoproteiny membran komórkowych, w tym retikulina (sarcoplasmic reticulum). Wszystkie one mają budowę włóknistą. Spośród nich w większości tkanek przeważa ilościowo kolagen, który buduje włókna kolagenowe charakteryzujące się właściwościami klejodajnymi. Białka łącznotkankowe nazywane są także białkami stromy.
Kolagen. Występuje on w znacznych ilościach w tkance podporowej i łącznej w po-staci włókienek o poprzecznym prążkowaniu, widocznym w mikroskopie elektronowym (rys. 5.3).
Rys. 5.3. Struktura włókna kolagenu [17]
Jestsyntetyzowanyprzezkomórki w fibroblastach w postaci włókienek prokolagenu, które są modyfikowane do włókien tropokolagenowych. Siatka kolagenowa tkanki łącznej tworzy się w katalizowanym przez enzym lizylo-oksydazę procesie tworzenia wiązań krzy-żowych pomiędzy cząsteczkami tropokolagenu.
Kolagen stanowi 20–30% wszystkich białek organizmu, przy czym ponad połowa jego ilości występuje w skórze. Udział kolagenu w mięsie świń wynosi ok. 16%, w mięsie bydła ok. 13%, natomiast u drobiu 2,5% w mięśniach piersiowych i 6,5% w mięśniach udowych, a w mięśniach ryb jest jeszcze mniejszy i wynosi od 0,2 do 2%. Udział kolagenu w ogólnej zawartości białka zależy od wielu czynników, jak np. wieku i gatunku. Zawar-tość kolagenu u drobiu zmienia się jednocześnie z wiekiem, przy czym w mięśniach pier-siowych obserwuje się obniżenie jego zawartości, natomiast w mięśniach udowych wzrost (tab. 5.2).
Tabela 5.2 Zawartość kolagenu w mięsie kurcząt broilerów w zależności od wieku [35]
Wiek (tygodnie) Masa mięśni (g) Zawartość kolagenu (mg /g sm) Mięśnie piersiowe 8 113 8,7 10 145 8,0 12 196 8,7 14 261 6,6 16 319 7,3 Mięśnie udowe 8 105 16,1 10 131 16,5 12 184 16,1 14 224 16,7 16 276 17,4
(a) Włókno składające się
z wielu makrofibryli
(d) Helisa tropokolagenu składają się
z trzech skręconych łańcuchów polipeptydowych
(b) Makrofibryle składające się
z wielu mikrofibryli (c) Mikrofibryla składająca się
Tropokolagen ma masę molekularną ok. 300 kDa i stanowi helikalnie skręcone 3 łańcuchy polipeptydowe stabilizowane wiązaniami wodorowymi. Punkt izoelektryczny kolagenu wynosi 7,0–7,8. Skład aminokwasowy kolagenu odbiega od składu innych białek, gdyż w jego budowie występuje hydroksyprolina (ok. 10%) i hydroksylizyna, aminokwasy nie występujące w innych białkach. Ponadto dużą ilość stanowi glicyna (ok. 30%), prolina (ok. 12%) i alanina (ok. 10%), stosunkowo mało jest aminokwasów siarkowych i brak tryptofanu. Zawartość hydroksyproliny jest różna, w zależności od genetycznego typu kolagenu, gatunku zwierzęcia i rodzaju tkanki. Kolagen można zaliczyć również do gliko-proteidów, gdyż zawiera małe ilości cukrów galaktozy i glukozy. Podstawową jednostkę kolagenu stanowią trzy lewoskrętne łańcuchy polipeptydowe, tzw. składniki α, splecione spiralnie za pomocą licznych wiązań wodorowych, w tworzeniu których biorą udział m.in. grupy hydroksylowe hydroksyproliny. Z połączenia trzech łańcuchów α powstaje monome-rowa prawoskrętna superhelisa tworząca cząsteczkę tropokolagenu. Łańcuchy polipepty-dowe kolagenu zbudowane są z tripeptydowych segmentów Gly –X-Y, gdzie w wielu przypadkach X stanowi prolina a Y hydroksyprolina. Kolagen nie jest białkiem jednorod-nym. Dotychczas wyodrębniono ponad 20 genetycznych typów kolagenu oznaczonych jako I, II, III, IV etc. [40]. Tropokolagen może być homotrimerem, tzn. zbudowany jest z iden-tycznych składników (α1)3, heterotrimerem zawierającym różne składniki np. (α1)2
i α2 lub α1, α2, α3. Na przykład, pośród błon łącznotkankowych mięśni szkieletowych
epimysium zawiera przewagę kolagenu genetycznego typu I, perymysium typu I i III
a endomysium typ IV i V [4]. Cząsteczki tropokolagenu na obu końcach mają fragment globularny, zwany telopeptydem. W utrzymaniu konformacji cząsteczki uczestniczą oddziaływania hydrofobowe i elektrostatyczne oraz wiązania wodorowe pomiędzy łańcu-chami α tworzącymi superhelisę. W miarę starzenia się zwierząt i ptaków kolagen ulega zmianom, tworzą się poprzeczne wiązania kowalencyjne wewnątrz- i międzycząsteczkowe, zwiększające stabilność struktury [17].
Włókna kolagenowe są giętkie, ale i odporne na działanie czynników mechanicz-nych. Cechują się stosunkowo niewielką rozciągliwością (do 20%). Występują w postaci pasm o szerokości 20–200 μm, przebiegających w zbieżnych lub krzyżujących się kierun-kach. Włókna kolagenowe, których grubość może wynosić 1–12 μm, składają się z fibryli o średnicy 0,3–0,5 μm. W zależności od wieku zwierzęcia cechuje je zróżnicowana roz-puszczalność w gorącej wodzie. Kolagen z tkanek dojrzałych zwierząt jest prawie niepuszczalny. W zależności od dojrzałości fizjologicznej kolagenu można go częściowo roz-puścić w roztworach soli obojętnych, w roztworach kwasów i zasad. Ogrzewanie kolagenu w wodzie powoduje jego przemianę, tj. utworzenie roztworu koloidalnego o wysokiej lep-kości i właściwościach żelujących. Kolagen ma niską podatność na hydrolizę, jest odporny na trawienie trypsyną i chemotrypsyną, ulega trawieniu tylko przy udziale pepsyny i kola-genazy. Silnie usieciowany kolagen jest nieznacznie podatny na enzymatyczną hydrolizę, dopiero kolagen zdenaturowany cieplnie łatwo ulega działaniu proteaz. Ogrzewany w wo-dzie kolagen ulega koagulacji i denaturacji, przy czym włókna stopniowo deformują się i kurczą do 1/3–1/4 pierwotnej długości. Przy dłuższym ogrzewaniu w temperaturze powy-żej 65oC kolagen pęcznieje i rozpuszcza się w stopniu zależnym od jego dojrzałości, prze-chodząc w żelatynę. Przemiany termiczne kolagenu bada się techniką różnicowej kalory-metrii skaningowej (DSC) za pomocą parametru temperatury skurczu kolagenu TS, która mieści się w przedziale 22–27oC, oraz dzięki temperaturze denaturacji wynoszącej dla
kolagenu ssaków ok. 65oC, natomiast dla kolagenu ze ścięgna, epimysium i skóry kur wynoszą odpowiednio 69,9oC, 72oC i 69,4oC [16].
W przypadku mięsa osobników dojrzałych i starych kolagen odgrywa najważniejszą rolę w kształtowaniu tekstury. Mięśnie są otoczone przez błonę zbudowaną z tkanki łącz-nej, tzw. epimysium bogatej w kolagen. Kruchość mięsa po obróbce cieplnej ze zwierząt tego samego gatunku w różnym wieku może różnić się, ma to ścisły związek ze stopniem dojrzałości kolagenu i jego zdolnością do rozpuszczania się, a nie z jego ilością. Dla po-równania, siła cięcia dla mięśni zewnętrznych Musculus gastrocnemius z kur w wieku 1,5 roku wynosiła 63 N/cm2 a z kurcząt w wieku 6 tygodni – 7 N/cm2 [19]. Istnieje ścisła za-leżność pomiędzy zawartością kolagenu i elastyny a jakością sensoryczną mięsa [32].
Włókna elastynowe są znacznie cieńsze niż kolagenowe, ale bardziej sprężyste, mają grubość 0,2–1,0 μm. Nie łączą się w pasma, występują głównie pojedynczo. Tworzą elastyczną sieć, niezbyt odporną na rozrywanie. Elastyna jest głównym składnikiem biał-kowym ścięgien i wiązadeł mięśniowych oraz ścian dużych tętnic. W tkance łącznej mięśni stanowi nie więcej niż 5% składników fibrylarnych, w stosunku do wszystkich białek mięsa jej ilość ocenia się na 1%. Cząsteczka tropoelastyny, tzn. nieusieciowanej postaci elastyny składa się z 850–870 reszt aminokwasów i ma masę 72–74 kDa. Udział glicyny, proliny i alaniny stanowi ok. 60% ilości wszystkich aminokwasów i podobnie jak kolagen nie za-wiera tryptofanu. Elastyna nie ulega trawieniu przez kolagenazę, pepsynę, trypsynę i chemotrypsynę, natomiast ulega hydrolizie w obecności ficyny, papainy, bromeliny i elastazy z trzustki.Podczas gdy kolagen ma regularną helikalną strukturę, elastyna cechuje się strukturą nieuporządkowaną [56]. Zawiera ona desmozynę i izodesmozynę, które są cyklicznymi związkami powstałymi z połączenia czterech reszt lizyny. Jednocześnie z wiekiem zwierzęcia wzrasta ilość wiązań desmozynowych i zachodzi proces sztywnienia błon elastynowych. Wysoka hydrofobowość i usieciowanie czyni elastynę bardzo stabilną i słabo rozpuszczalną. Można ją oddzielić od innych białek mięsa, gdyż elastyny nie roz-puszcza ani woda o temp. 100oC, ani gorący roztwór NaOH.