Medycyna Weterynaryjna - Summary Medycyna Wet. 67 (8), 531-535, 2011

Artyku³ przegl¹dowy Review

Poznanie i wyjaœnienie z³o¿onych mechanizmów biochemicznych reguluj¹cych proces œmierci komór-ki po uboju mo¿e pomóc w przysz³oœci zapewniæ lep-sze rozwi¹zania w zakresie przedubojowej obs³ugi zwierz¹t i poubojowego sterowania kruchoœci¹ miê-sa. Jak sugeruje dostêpna literatura, odró¿nienie etapu œmierci komórki miêœniowej po uboju jako procesu apoptozy lub martwicy mo¿e w konsekwencji dopro-wadziæ do podniesienia jakoœci technologicznej miêsa. Wyniki badañ wskazuj¹, ¿e liczne proteazy, w tym ro-dzina kaspaz, mog¹ uczestniczyæ w procesie œmierci komórki po uboju, jak równie¿

w procesie tenderyzacji miêsa (27).

Aktualnie, proces tenderyza-cji (skruszania) miêsa jest bez-sprzecznie uznawany za enzy-matyczny w swojej naturze, a wiêkszoœæ badanych systemów proteolitycznych zaliczonych zosta³o przede wszystkim do ka-tepsyn, kalpain i proteosomów oraz metallopeptydaz i peptydaz serynowych. Tym niemniej, jak sugeruj¹ Sentandreu i wsp. (34), inhibitory endogennych

pepty-daz, które kontroluj¹ aktywnoœæ g³ównych enzymów, czêœciej wydaj¹ siê lepszym predykatorem kruchoœci miêsa ani¿eli same peptydazy (tab. 1).

Konwersja miêœni do miêsa jako ca³oœciowy proces i poœmiertne wykszta³cenie po¿¹danej jakoœci senso-rycznej nie s¹ dok³adnie poznane. Od oko³o dziesiêciu lat rozwijane s¹ intensywne badania dotycz¹ce progra-mowanej œmierci komórki (planned cell death – PCD) w powi¹zaniu z wa¿nymi patologiami, jak nowotwo-ry, choroby neurodegeneracyjne (np. Alzheimera) itp. (33, 39). G³ówn¹ postaci¹ PCD jest apoptoza

(progra-Konwersja miêœni do miêsa – znaczenie apoptozy

Katedra Towaroznawstwa i Przetwórstwa Surowców Zwierzêcych

*Pracownia Ekologicznej Produkcji ¯ywnoœci Pochodzenia Zwierzêcego Wydzia³u Biologii i Hodowli Zwierz¹t UP, ul. Akademicka 13, 20-950 Lublin

Florek M., Litwiñczuk Z.

Conversion of muscle into meat – the role of apoptosis

Summary

The conversion of muscle into meat is a complex process in which all mechanisms responsible for the development of meat qualities are very likely interdependent. Understanding the complicated biochemical mechanisms regulating cell death processes after slaughter may help us in the future to provide better solutions for pre-slaughter animal handling and post-slaughter interventions to manage meat toughness. Differentiating muscle cell death processes after slaughter from apoptosis or necrosis may consequently lead to enhanced technological meat quality. Many results have indicated that a number of molecules such as those from the caspase family are likely to be involved in the cell death process after slaughter and also in meat tenderization.

Apoptosis as a unique possible route for cells and tissues of a dead animal and for all animal species may constitute a new way of thinking about the post-mortem development of the organoleptic qualities of the final product, namely meat. Analysis of the consequences of apoptosis can brings possible answers to many questions about the conversion of muscle into meat.

Keywords: muscle, meat qualities, post-mortem changes, apoptosis

Tab. 1. Najwa¿niejsze peptydazy bior¹ce udzia³ w konwersji miêœni do miêsa i ich inhi-bitory m y z n E Inhibtior Ÿród³o a n iz d o r podrodizna ) m i µ ( 2 i 1 : y n i a p l a K Kalpastatyna conajmniej4 zioformy _ROu_aya_nil_ai_uT_da_ilm_wa_sn_p.t1₂₀99₀0₅ S i L , H , B : y n y s p e t a K Cystatyny y n if e t S y n y t a t s y N y n e g o n i n i K y n y t a t s y c e n a w o k il G 5 0 0 2 n i b u D 2 0 0 2 . p s w i u e r d n a t n e S e n j y c a j c i n i : y z a p s a K e w o r o t k e f e i ( P S H heatsrtess n i e t o r p ) ( P A I inhibtiorsof n i e t o r p s i s o t p o p a ) 4 0 0 2 n e s e v l a S i r o ir P -s e t n e u F 5 0 0 2 o g ir r A 5 0 0 2 e r e e B 9 9 9 1 o r a rr a C i ir d n a S

mowane „samobójstwo”), proces precyzyjnie regulo-wany i inicjoregulo-wany przez oœrodkowy uk³ad nerwowy lub celowo przez sam¹ komórkê (12). Je¿eli przyj¹æ hipotezê, ¿e w komórkach miêœniowych po uboju na-stêpuje œmieræ miocytów, to proces apoptozy bêdzie rozpoczyna³ siê natychmiast i trwa³ tak d³ugo, jak d³u-go odpowiedzialne za ten proces enzymy bêd¹ pozo-stawa³y aktywne (25).

Po wykrwawieniu zwierz¹t wszystkie komórki s¹ w stanie niedotlenienia (anoksja) i nie otrzymuj¹ ¿ad-nych sk³adników pokarmowych. W takich warunkach w ka¿dej komórce mo¿e zostaæ zainicjowany proces apoptozy. Aktualnie przyjmuje siê, ¿e przekszta³cenie miêœni do miêsa przebiega w trzech etapach. Fazê pre rigor (trwaj¹c¹ od kilku do 30 minut w miêsie wo-³owym), w czasie której miêœnie pozostaj¹ w stanie pobudzenia, mo¿na ³¹czyæ z zachowaniem funkcji sys-temu nerwowego. Czas trwania fazy rigor, w której ubywa zwi¹zków energetycznych (ATP, fosfokreaty-na, glikogen), jest bardzo zmienny w zale¿noœci od typu miêœnia, gatunku zwierz¹t i warunków wych³a-dzania tusz. Ostatni etap to tenderyzacja, na d³ugoœæ której wp³ywa wych³adzanie, rodzaj miêœnia, zmien-noœæ osobnicza i gatunkowa. Poœmiertna poprawa kru-choœci miêsa jest wynikiem rozluŸnienia struktur mio-fibrylarnych przez endogenne peptydazy (34).

Przez kilka dekad uwaga by³a skierowana przede wszystkim na dwa najlepiej poznane systemy enzy-matyczne, tzn. katepsyny i kalpainy, przy czym wy-ró¿niano trzy œcie¿ki rozwa¿añ na temat tego procesu: kalpainy s¹ jedynymi protezami odpowiedzialnymi za tenderyzacjê miêsa; w procesie tym uczestnicz¹ ka-tepsyny i kalpainy; jest to proces wieloenzymatyczny, w którym zaanga¿owane s¹ oprócz katepsyn i kalpain równie¿ inne, mniej poznane enzymy, których funkcja w miêœniach post mortem jest mniej jasna (proteaso-my, kaspazy) (27).

Katepsyny (proteazy lizosomalne) by³y pierwszym enzymatycznym systemem uwzglêdnionym w bada-niach skupiaj¹cych siê na mechanizmach tenderyzacji miêsa. W póŸniejszym okresie wiêksz¹ uwagê zwró-cono na kalpainy (proteazy wapnio-zale¿ne). Spowo-dowane by³o to przede wszystkim zdolnoœci¹ kalpain do zmiany gêstoœci linii Z, modyfikacji czêsto obser-wowanej w stanie post mortem, nawet je¿eli nie by³a ona skorelowana z kruchoœci¹ (38). Potwierdzono rów-nie¿ potencjaln¹ rolê w tym procesie 20S proteasomu. Wyniki wielu badañ wykaza³y, ¿e proteasomy mog¹ tak¿e przyczyniaæ siê do tenderyzacji przechowy-wanego miêsa (15, 18, 24, 40), jednak rola ¿adnego z tych systemów nie wyjaœnia wszystkich zmian ob-serwowanych post mortem.

Aktualnie wœród peptydaz cysteinowych kalpainy reprezentuj¹ jedn¹ z najwa¿niejszych grup, obejmuj¹-c¹ liczne strukturalnie zbli¿one peptydazy. Do najle-piej poznanych kalpain nale¿¹: µ-kalpainy lub kalpa-iny 1 (aktywne przy µM koncentracji wapnia), m-kal-painy lub kalm-kal-painy 2 (aktywne przy mM koncentracji

wapnia) i µ/m-kalpainy (aktywne przy poœredniej kon-centracji wapnia). W tkance miêœniowej wszystkich gatunków zwierz¹t stwierdzono wystêpowanie µ i m--kalpain, natomiast obecnoœæ µ/m kalpain obserwo-wano jedynie w miêœniach kurcz¹t (34).

Aktywnoœæ kalpain jest kontrolowana g³ównie przez jony wapnia, fosfolipidy i kalpastatynê, ich specyficz-ny inhibitor (34). Potwierdzono, ¿e kalpastatyna to rodzina z³o¿ona z co najmniej czterech ró¿nych izo-form, a ich wystêpowanie zró¿nicowane jest w miêœ-niach szkieletowych wolno i szybko kurcz¹cych siê (26, 30).

Termin „katepsyny” zasadniczo odnosi siê do pep-tydaz zlokalizowanych w lizosomach, które w wiêk-szoœci s¹ aktywne przy kwaœnym pH. Jest to rzeczy-wiœcie z³o¿ona grupa enzymów, obejmuj¹ca egzo-i endopeptydazy, nale¿¹ce do rodzegzo-in peptydaz: cyste-inowych (katepsyny B, H, L, X), asparagcyste-inowych (ka-tepsyny D i E) i serynowych (katepsyna G). Z punktu widzenia przemian tkanki miêœniowej najwa¿niejsze katepsyny zaliczane s¹ do 6 peptydaz cysteinowych (katepsyny B, L, H, S, F i K) oraz jednej peptydazy asparaginowej (katepsyna D). Ich aktywnoœæ jest kon-trolowana przez kilka czynników obejmuj¹cych pH, potencja³ oksydoredukcyjny czy specyficzne endogen-ne inhibitory (34).

W³asne inhibitory katepsyn okreœlane s¹ jako cysta-tyny (8, 34). Termin „cystatyna” odnosi siê do grupy inhibitorów peptydazy cysteinowej (3, 20), które s¹ nieaktywne w przypadku innych klas peptydaz (sery-no-, aspartylo- i metalopeptydaz). Wszyscy cz³onko-wie rodziny cystatyn hamuj¹ peptydazy cysteinowe, takie jak papaina i g³ówne lizosomalne peptydazy (w tym katepsyny B, H i L). Znaczenie cystatyn w miêœ-niach za ¿ycia i po uboju jest interesuj¹ce z uwagi na ich identyfikacjê jako wskaŸników kruchoœci miêsa (35) oraz wykorzystanie jako markerów biologicznych ró¿nych schorzeñ u ludzi (8, 14, 36).

Proteasomy u ssaków wystêpuj¹ we wszystkich tkan-kach i komórtkan-kach, odgrywaj¹c centraln¹ rolê w z³o-¿onych procesach komórkowych, takich jak tworze-nie antygenów, ró¿nicowatworze-nie komórek czy apoptoza. S¹ równie¿ zaanga¿owane w degradacjê tkanki miêœ-niowej podczas ró¿nych schorzeñ i sepsy. Aktywnoœæ 20S proteasomu jest pod kontrol¹ specyficznych akty-watorów (PA700 i PA28) oraz inhibitorów (34).

Proteasomy najprawdopodobniej nie bior¹ udzia³u we wczesnej fazie destabilizacji miofibryli (13). Do-piero dziêki dzia³aniu kalpain i zmianom w³aœciwoœci fizykochemicznych miêœni nastêpuje destabilizacja struktur miofibrylarnych, co prowadzi do powolnej denaturacji bia³ek, które w konsekwencji staj¹ siê do-stêpne dla proteasomu 20S (31) i ulegaj¹ hydrolizie (6). O efekcie tenderyzacji miêsa decyduje zatem sy-nergistyczne dzia³anie kilku endogennych systemów enzymatycznych, których funkcja nie jest jeszcze w pe³ni wyjaœniona.

Programowana œmieræ komórek (apoptoza, apo – odleg³oœæ, ptosis – wypadniêcie) jest fizjologicznym mechanizmem naturalnie wystêpuj¹cym w ¿ywych organizmach, zapewniaj¹cym ich selektywn¹ elimina-cjê. Proces ten usuwa nadmierne (zbyteczne), uszko-dzone lub potencjalnie niebezpieczne komórki orga-nizmu bez uszkodzenia komórek s¹siednich (9, 12). Takie systematyczne oczyszczanie komórek jest nie-zbêdne do normalnego rozwoju organizmów wielo-komórkowych podczas embriogenezy i utrzymywania homeostazy tkanek u dojrza³ych organizmów (7, 16, 19). Bardzo œcis³a regulacja tego programu jest nie-zbêdna, aby zapewniæ, ¿e jest aktywowany tylko we w³aœciwych komórkach i we w³aœciwym czasie. Dere-gulacja procesu apoptozy wi¹¿e siê natomiast z ró¿-nymi patologiami, takimi jak rak, choroby autoimmu-nologiczne i degeneracyjne (12, 33, 39).

Wed³ug nomenklatury zaproponowanej przez Al-nemri i wsp. (1), wszystkie peptydazy bior¹ce udzia³ w apoptozie okreœla siê jako kaspazy (caspases). Pierwsza litera nazwy – c – oznacza cysteinê, asp okreœla specyfikacjê rozk³adu reszty kwasu asparagi-nowego i ase jako przyrostek wspólny dla wszystkich enzymów. Do tej pory zosta³o zidentyfikowanych 14 kaspaz, przy czym niektóre z nich s¹ charakterystycz-ne dla poszczególnych gatunków zwierz¹t, ale nie ma w¹tpliwoœci, ¿e ta lista nie jest wyczerpuj¹ca (ryc. 1). Niektóre kaspazy s¹ charakterystyczne dla zwierzêcych gatunków. Tak wiêc, kaspazê 11 stwierdzono jedynie u myszy i szczurów, a kaspaza 13 jest obecna tylko u byd³a, natomiast kaspaza 12 wystêpuje prawdo-podobnie tylko u myszy (25). Wed³ug Fuentes-Prior i wsp. (10), mo¿na wyró¿niæ trzy ró¿ne grupy kaspaz: kaspazy zaanga¿owane w procesy zapalne, do których nale¿¹ kaspazy 1, 4 i 5; kaspazy bior¹ce udzia³ w fazie inicjacji apoptozy – kaspazy 8, 9, 10; kaspazy efek-torowe niszcz¹ce komórki po aktywacji – kaspazy 3, 6 i 7.

U ludzi apoptoza w tkance miêœniowej by³a badana g³ównie w zwi¹zku z patologiami obejmuj¹cymi za-burzenia nerwowo-miêœniowe lub zanik miêœni (16, 17, 28, 32, 33, 39).

U wszystkich gatunków zwierz¹t rzeŸnych, niezale¿-nie od stosowanej technologii osza³amiania, ostatnim etapem procesu uboju jest wykrwawienie. W zwi¹zku z tym wszystkie komórki i tkanki s¹ nieodwracalnie pozbawione substancji od¿ywczych i tlenu. W tych bardzo szkodliwych warunkach œrodowiska komórki miêœniowe nie maj¹ innego wyjœcia, jak tylko zapo-cz¹tkowaæ kierunek „samobójstwa”. W podobnych warunkach bowiem takie zachowanie komórek jest obserwowane w organizmach ¿ywych. Dlaczego wiêc, nie dzieje siê tak w przypadku tkanek i komórek po uboju? Istotne jest natomiast pytanie, jakie zmiany zachodz¹ w trakcie apoptozy w komórkach miêœnio-wych i jaki jest ich zwi¹zek z modyfikacj¹ ró¿nych w³aœciwoœci obserwowanych podczas dojrzewania miêsa (25).

W miêœniu post mortem proponowana œcie¿ka apo-ptozy jest mo¿liwa w wyniku interakcji kalpain, kas-paz i katepsyn (jakkolwiek i inne systemy enzymatycz-ne mog¹ byæ równie¿ zaanga¿owaenzymatycz-ne w ten proces). W czasie pogorszenia warunków tlenowych do prze-trwania komórka wykorzystuje proces beztlenowej glikolizy. Powoduje to gromadzenie siê kwasu mle-kowego, prowadz¹ce do spadku pH. Kwaœny odczyn jest szkodliwy dla b³on organelli, co w konsekwencji powoduje uwolnienie jonów wapnia z siateczki sar-koplazmatycznej i mitochondriów do cytoplazmy ko-mórkowej (42).

Przyjmuje siê, ¿e do aktywacji kalpain niezbêdna jest obecnoœæ jonów wapnia. Wapñ jest ponadto istot-nym efektorem uruchomienia i kontroli apoptozy (23, 37). W miêœniach post mortem stê¿enie wapnia zwiêk-sza siê stopniowo w cytoplazmie w trakcie rigor mor-tis jednoczeœnie, jak reticulum sarkoplazmatyczne jest opró¿niane z jej zawartoœci (42). Wiadomo równie¿, ¿e ten kation jest centralnym elementem procesu apop-tozy, powoduj¹c obrzêk (zwiêkszenie objêtoœci) i roz-leg³e zmiany mitochondriów. Przyczynia siê tak¿e do uwolnienia cytochromu c, razem z innymi bia³kami proapoptotycznymi, aktywuj¹c kaspazy efektorowe, a poniewa¿ proces apoptozy jest nieodwracalny, raz rozpoczêty, bêdzie kontynuowany przez ca³y okres przechowywania ch³odniczego miêsa (25).

W ci¹gu ostatnich dziesiêcioleci wiele prac poœwiê-cono poubojowym zmianom wewn¹trz- i zewn¹trz-komórkowych przestrzeni, zwi¹zanych z przemiesz-czaniem wody w miêœniach i ich wodoch³onnoœci¹ (21, 22). Zakwaszenie miêœni zmniejsza ³adunek bia-³ek i wzrost ich hydrofobowoœci, zmniejszaj¹c tym samym retencjê wody. Potwierdza to bardzo wysoka korelacja zaobserwowana pomiêdzy zwiêkszeniem przestrzeni pozakomórkowej i pH miêœni (11).

Jedyn¹ kwesti¹, która jak dot¹d pozostaje niewyjaœ-niona, jest wczeœniejsze, tzn. bezpoœrednio tu¿ po ubo-ju, zwiêkszenie przestrzeni pozakomórkowej, ale przy obojêtnym pH. Zmiany zwi¹zane ze œmierci¹ komór-ki mog¹ wyjaœniaæ ten proces, poniewa¿ komórka Ryc. 1. Fazy konwersji miêœni do miêsa. Dodatkowo do faz rigor i dojrzewania nale¿y dodaæ etap inicjuj¹cy œmieræ ko-mórkow¹ i jego wp³yw na biochemiczne oraz strukturalne zmiany w komórce – Ouali i wsp. (25)

wchodz¹ca w stan apoptozy jest oddzielana od innych i „kurczy siê”. Konsekwencj¹ tych zmian jest zmniej-szenie wewn¹trzkomórkowej przestrzeni i równoleg³y wzrost przestrzeni pozakomórkowej. Guignot i wsp. (11) wykazali, ¿e przestrzeñ pozakomórkowa osi¹ga maksymaln¹ wartoœæ oko³o 10 h post mortem. Dlate-go te¿ kurczenie siê komórek zwi¹zanych ze œmierci¹ komórkow¹ zbiega siê z okresem wielofazowego spad-ku pH i stopniowym wzrostem przestrzeni pozakomór-kowej. Wszystkie te obserwacje mog¹ sugerowaæ, ¿e kurczenie komórek, jak równie¿ prawdopodobnie odwrócenie polaryzacji membrany, tzn. dwa g³ówne skutki œmierci komórkowej, osi¹gaj¹ punkt koñcowy oko³o 8-10 h po uboju (25).

Mitochondria s¹ centralnym elementem procesu apoptozy. W warunkach post mortem, w odpowiedzi na szkodliwe warunki œrodowiska, bodziec pochodzi z samej komórki, a nie jest aktywowany przez komór-kowe receptory œmierci (29). Utrata zdolnoœci ³añcu-cha oddechowego do utlenienia tlenu cz¹steczkowe-go powoduje, ¿e zewnêtrzna b³ona mitochondrialna staje siê przepuszczalna dla wszystkich sk³adników bia³kowych, zlokalizowanych w przestrzeni œródb³o-nowej, ³¹cznie z cytochromem c. Ponadto i inne bia³-ka o aktywnoœci proapoptotycznej s¹ wydalane do cytozolu (43). Równolegle, wapñ z reticulum œród-plazmatycznego zostaje przeniesiony do mitochon-driów. Mitochondria staj¹ siê przeci¹¿one wapniem, co powoduje nieodwracalne zmiany w ich wewnêtrz-nej b³onie. Tlen cz¹steczkowy, nie utleniany ju¿ przez ³añcuch oddechowy, tworzy wolne rodniki zdolne do utleniania sk³adników komórkowych (lipidy, bia³ka, itp.). Poniewa¿ apoptoza rozpoczyna siê w ci¹gu kilku minut od œmierci komórki, pierwsze rodniki tlenowe zostaj¹ wygenerowane przez mitochondria, co zapocz¹tkowuje proces autokatalityczny, trwaj¹cy ca³y okres przechowywania, nawet w niskiej tempe-raturze, w³¹cznie z mro¿eniem. Ten zasadniczy etap inicjuj¹cy powinien byæ zatem brany pod uwagê w badaniach dotycz¹cych identyfikacji g³ównych czyn-ników wp³ywaj¹cych na smak miêsa i zmiany barwy (25, 27).

Powszechnie wiadomo, ¿e stres os³abia proces doj-rzewania miêsa, co zazwyczaj prowadzi do obni¿enia kruchoœci miêsa. Potwierdzeniem tej zale¿noœci jest przypadek wodnistego miêsa wieprzowego. ¯ywe organizmy w odpowiedzi na stres reaguj¹ emisj¹ sygna³ów kierowanych do komórek. Chronologicznie pierwszymi sygna³ami s¹ hormony. Jeœli stres jest szczególnie intensywny (np. stres oksydacyjny), ko-mórki odbieraj¹ sygna³y indukuj¹ce apoptozê za po-œrednictwem receptorów œmierci komórkowej. Jeœli na-tomiast stres nie jest a¿ tak powa¿ny, komórki przygo-towuj¹ swoj¹ obronê tak szybko, jak to mo¿liwe. Wœród dostêpnych mechanizmów najszerzej opisana jest synteza ró¿nych bia³ek ochronnych zwanych HSP (heat shock proteins – bia³ka szoku termicznego). Bia³-ka te pomagaj¹ w ochronie wewn¹trzkomórkowych

komponentów i struktur wobec zagro¿eñ zwi¹zanych z utrat¹ ich funkcji biologicznych (27).

W odniesieniu do problemu œmierci komórkowej HSP mog¹ natomiast posiadaæ w³aœciwoœci antyapop-totyczne (5). W konsekwencji bêd¹ one spowalniaæ proces œmierci komórek, a tym samym stanowiæ prze-szkodê we w³aœciwym dojrzewaniu miêsa. Tak wiêc, po raz kolejny, proces apoptozy staje siê pierwszym etapem dojrzewania miêsa i stanowi odpowiedŸ na pytanie o charakter relacji miêdzy stresem u zwierz¹t i nieprawid³owym kruszeniem miêsa. Tenderyzacja miêsa jest uzale¿niona najprawdopodobniej od rozluŸ-nienia struktury miofibryli, poprzez synergistyczne dzia³anie endogennych peptydaz, w tym g³ównie ka-tepsyn, kalpain i proteasomu (34). Aktualnie kal-painy s¹ uwa¿ane za g³ówny system proteolityczny odpowiedzialny za tenderyzacjê miêsa i wiêkszoœæ jest sk³onna przychyliæ siê do opinii, ¿e system ten wyjaœ-nia wiêkszoœæ zmian w miêœwyjaœ-niach po uboju (41).

Je¿eli natomiast rozpatrzy siê tenderyzacjê miêsa w kontekœcie wprowadzenia zaprogramowanej œmierci komórkowej, to pierwszymi aktywnymi peptydazami po wykrwawieniu zwierz¹t by³yby niew¹tpliwie kas-pazy. Peptydazy te bowiem specjalizuj¹ siê w nisz-czeniu komórek i prawdopodobnie jako pierwsze de-graduj¹ kluczowe bia³ka utrzymuj¹ce z³o¿on¹ struk-turê przestrzenn¹ miofibryli w komórkach miêœnio-wych. Dalsza hydroliza sk³adników komórkowych i organelli przebiega póŸniej prawdopodobnie z udzia-³em innych systemów proteolitycznych, w³¹czaj¹c w to np. katepsyny, kalpainy, proteasomy i inne. Ten sam proces bêdzie najprawdopodobniej mia³ miejsce rów-nie¿ w miêœniach po uboju, a z powodu zmian warun-ków fizykochemicznych zachodz¹cych w miêœniach zwierz¹t po wykrwawieniu, stopieñ uszkodzenia ko-mórek bêdzie mniej rozleg³y (25).

Kaspazy s¹ obojêtnymi peptydazami cysteinowymi, a ich aktywnoœæ bêdzie uzale¿niona od zakwaszenia miêœni w podobnym stopniu do kalpain i proteasomów (34). Niestety, wci¹¿ brak jest danych dostêpnych w literaturze na temat wp³ywu pH na stabilnoœæ i ak-tywnoœæ hydrolityczn¹ tych peptydaz. Byæ mo¿e, uwa-ga skierowana na kaspazy przyczyni siê do wyjaœnie-nia czêsto stawianych twierdzeñ, ¿e w pierwszych godzinach po uboju maj¹ one zasadnicze znaczenie dla w³aœciwego procesu dojrzewania miêsa (25, 27).

Proces programowanej œmierci komórki jest obec-nie stosunkowo dobrze poznany. Chocia¿ wszystkie mediatory nie s¹ jeszcze zidentyfikowane, znajomoœæ mechanizmów apoptozy jest wystarczaj¹ca do w³¹cze-nia jej w badaw³¹cze-niach zwi¹zanych z tenderyzacj¹ miêsa. Apoptoza mo¿e stanowiæ nowy sposób myœlenia na temat konwersji miêœni do miêsa. Wejœcie komórek miêœniowych w apoptozê jest rzeczywiœcie trudne do ustalenia, przy uwzglêdnieniu warunków œrodowisko-wych, które istniej¹ po wykrwawieniu zwierz¹t. Jest to unikalna i mo¿liwa droga dla komórek oraz tka-nek zwierz¹t wszystkich gatunków po œmierci, daj¹ca

mo¿liwoœæ odpowiedzi na wiele pytañ dotycz¹cych konwersji miêœni do miêsa. Do tradycyjnego spojrze-nia na ten proces by³oby zatem celowe dodanie etapu przed rigor mortis (ryc. 1). Etap ten móg³by ustaliæ œmieræ komórki i pocz¹tek apoptozy, ze wszystkimi ich konsekwencjami, jak równie¿ ich wp³yw na fazê stê¿enia poœmiertnego (rigor mortis) i tenderyzacjê miêsa (25).

Piœmiennictwo

1.Alnemri E. S., Livingston D. J., Nicholson D. W., Salvesen G., Thornberry N. A., Wong W. W.: Human ICE/CED-3 protease nomenclature. Cell 1996, 87, 171.

2.Arrigo A. P.: In search of the molecular mechanism by which small stress proteins counteract apoptosis during cellular differentiation. J. Cell. Biochem. 2005, 94, 241-246.

3.Barrett A. J.: The cystatins: a new class of peptidase inhibitors. Trends Biochem. Sci. 1987, 12, 193-196.

4.Beere H. M.: Death versus survival: functional interaction between the apop-totic and stress-inducible heat shock protein pathways. J. Clin. Invest. 2005, 115, 2633-2639.

5.Beere H. M.: The stress of dying: the role of heat shock proteins in the regu-lation of apoptosis. J. Cell Sci. 2004, 117, 2641-2651.

6.Davies K. J. A.: Degradation of oxidized proteins by the 20S proteasome. Biochimie 2001, 94, 301-310.

7.Dirks A. J., Leeuwenburgh C.: The role of apoptosis in agerelated skeletal muscle atrophy. Sports Medicine 2005, 35, 473-483.

8.Dubin G.: Proteinaceous cysteine protease inhibitors. Cell. Molec. Life Sci. 2005, 62, 653-669.

9.Fidzianska A., Kaminska A., Glinka Z.: Muscle cell death. Ultrastructural differences between muscle cell necrosis and apoptosis. Neuropatologia Pol. 1991, 29, 19-28.

10.Fuentes-Prior P., Salvesen G. S.: The protein structures that shape caspase--activity, specificity, activation, and inhibition. Biochem. J. 2004, 384, 201--232.

11.Guignot F., Vignon X., Monin G.: Post mortem evolution of myofilament spacing and extracellular space in veal muscle. Meat Sci. 1993, 33, 333-347. 12.Kerr J. F., Wyllie A. H., Currie A. R.: Apoptosis: a basic biological phenome-non with wide-ranging implications in tissue kinetics. Br. J. Cancer 1972, 26, 239-257.

13.Koohmaraie M.: Ovine skeletal muscle multicatalytic proteinase complex (Proteasome): purification, characterization, and comparison of its effects on myofibrils with m-Calpains. J. Anim. Sci. 1992, 70, 3697-3708.

14.Kos J., Lah T. T.: Cysteine proteinases and their endogenous inhibitors: target proteins for prognosis, diagnosis and therapy in cancer. Oncology Rep. 1998, 5, 1349-1361.

15.Lamare M., Taylor R. G., Farouta L., Briand Y., Briand M.: Changes in proteasome activity during postmortem aging of bovine muscle. Meat Sci. 2002, 61, 199-204.

16.Leeuwenburgh C.: Role of apoptosis in sarcopenia. J. Gerontology A. Biol. Sci. Med. Sci. 2003, 58, 999-1001.

17.Liu C. C., Ahearn J. M.: Apoptosis of skeletal muscle cells and the patho-genesis of myositis: a perspective. Curr. Rheumatol. Rep. 2001, 3, 325-333. 18.Matsuishi M., Okitani A.: Proteasome from rabbit skeletal muscle: some

properties and effects on muscle proteins. Meat Sci. 1997, 45, 451-462. 19.Meier P., Finch A., Evan G.: Apoptosis in development. Nature 2000, 407,

796-801.

20.Muller-Esterl W., Fritz H., Kellermann J., Lottspeich F., Machleidt W., Turk V.: Genealogy of mammalian cysteine proteinase inhibitors. Common evolutionary origin of stefins, cystatins and kininogens. FEBS Letters 1985, 191, 221-226.

21.Offer G., Knight P.: The structural basis of water-holding in meat. I. General principles and water uptake in meat processing. Develop. Meat Sci. 1988a, 4, 63-171.

22.Offer G., Knight P.: The structural basis of water-holding in meat. II. Drip losses. Develop. Meat Sci. 1988b, 4, 173-243.

23.Orrenius S., Zhivotovsky B., Nicotera P.: Regulation of cell death: the cal-cium-apoptosis link. Nature Rev. Mol. Cell Biol. 2003, 4, 552-565. 24.Otsuka Y., Homma N., Shiga K., Ushiki J., Ikeuchib Y., Suzukib A.:

Purifi-cation and properties of rabbit muscle proteasome, and its effect on myo-fibrillar structure. Meat Sci. 1998, 49, 365-378.

25.Ouali A., Herrera-Mendeza C. H., Coulisa G., Becilab S., Boudjellalb A., Aubrya L., Sentandreu M. A.: Revisiting the conversion of muscle into meat and the underlying mechanisms. Meat Sci. 2006, 74, 44-58.

26.Ouali A., Talmant A.: Calpains and calpastatin distribution in bovine, porcine and ovine skeletal muscles. Meat Sci. 1990, 28, 331-348.

27.Park K. M., Pramod A. B., Kim J. H., Choe H. S., Hwang I. H.: Molecular and biological factors affecting skeletal muscle cells after slaughtering and their impact on meat quality: a mini review. J. Muscle Foods 2010, 21, 280--307.

28.Primeau A. J., Adhihetty P. J., Hood D. A.: Apoptosis in heart and skeletal muscle. Canad. J. Appl. Physiol. 2002, 27, 349-395.

29.Ravagnan L., Roumier T., Kroemer G.: Mitochondria, the killer organelles and their weapons. J. Cell Physiol. 2002, 192, 131-137.

30.Raynaud P., Gillard M., Parr T., Bardsley R., Amarger V., Leveziel H.: Cor-relation between bovine calpastatin mRNA transcripts and protein isoforms. Arch. Biochem. Biophys. 2005, 440, 46-53.

31.Robert N., Briand M., Taylor R. G., Briand Y.: The effect of proteasome on myofibrillar structures in bovine skeletal muscle. Meat Sci. 1999, 51, 149-153.

32.Sandri M.: Apoptotic signaling in skeletal muscle fibers during atrophy. Current Op. Clin. Nutr. Met. Care 2002, 5, 249-253.

33.Sandri M., Carraro U.: Apoptosis of skeletal muscles during development and disease. Internat. J. Biochem. Cell Biol. 1999, 31, 1373-1390. 34.Sentandreu M. A., Coulis G., Ouali A.: Role of muscle endopeptidases and

their inhibitors in meat tenderness. Trends Food Sci. Technol. 2002, 13, 400--421.

35.Shackelford S. D., Koohmaraie M., Whipple G., Wheeler T. L., Miller M. F., Crouse J. D.: Predictors of beef tenderness: development and verification. J. Food Sci. 1991, 56, 1130-1135.

36.Strojan P., Budihna M., Smid L., Svetic B., Vrhovec I., Kos J., Skrk J.: Prognostic significance of cysteine proteinases cathepsins B and L and their endogenous inhibitors stefins A and B in patients with squamous cell carci-noma of the head and neck. Clin. Cancer Res. 2000, 6, 1052-1062. 37.Szabadkai G., Rizzuto R.: Participation of endoplasmic reticulum and

mito-chondrial calcium handling in apoptosis: more than just neighbourhood. FEBS Letters 2004, 567, 111-115.

38.Taylor R. G., Geesink G. H., Thompson V. F., Koohmaraie M., Goll D. E.: Is Z-disk degradation responsible for postmortem tenderization? J. Anim. Sci. 1995, 73, 1351-1367.

39.Tews D. S.: Muscle-fiber apoptosis in neuromuscular diseases. Muscle Nerve 2005, 32, 443-458.

40.Thomas A. R., Gondoza H., Hoffman L. C., Oosthuizen V., Ryno J., Naude A.: The roles of the proteasome, and cathepsins B, L, H and D, in ostrich meat tenderisation. Meat Sci. 2004, 67, 113-120.

41.Veiseth E., Koohmaraie M.: Beef tenderness: significance of the calpain pro-teolytic system, [w:] Hocquette J. F., Gigli S. (eds): Indicators of Milk and Beef Quality. EAAP Publication 112, Wageningen Academic Publishers, Wageningen 2005, 111-126.

42.Vignon X., Beaulaton J., Ouali A.: Ultrastructural localization of calcium in post-mortem bovine muscle: a cytochemical and X-ray microanalytical study. Histochem. J. 1989, 21, 403-411.

43.Youle R. J., Karbowski M.: Mitochondrial fission in apoptosis. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2005, 6, 657-663.

Adres autora: dr hab. in¿. Mariusz Florek, ul. Akademicka 13, 20-950 Lublin; e-mail: mariusz.florek@up.lublin.pl