Introd. Bioquimica de Cheftel

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b {y~o + e '5 1'

1

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:

11.2.1.3

BIOQUIMICA DE LA CONTRACCl~N MUSCULAR

Las reacciones que entran en juego en la con{racción muscula~ son muy complejas no están aún totalmente esclarecidas.

. En presencia de ATP e iones Mg*, mientras que los iones Ca++ quedan retenidos

en el retículo sarcoplasmátíco, la miosina no rnanifjesta actividad APTásica y el mús­

culo está en relajación: en esas condiciones no ]:ay ninguna dificultad para el des­ lizamiento de los fllamentos de actina a lo largo de los de miosina, bajo el efecto de una fuerza externa. Las dos proteínas estarían bajo la forrr:a de dos complejos: miosina-Mg++ ATP yactina-ADP. Siempre en presencia de ATP y de Mg++, cuando el retículo sarcoplasmático cede iones Ca++, en respuesta a un estímulo nervioso, se manifiesta la actividad ATPásica de la miosina, la hidrólisis del ATP libera: energía (alrededor de 10.000 cal por mol) y se produce la contracción muscular por ]a interacción momentánea miosina-actina, des· crita anteriormente. Enseguida el retículo sarcoplasrnático recobra el calcio y la contracción llega a su fIn con la ineludible condición de que queden ATP e iones Mg++ disponibles. La contracción comienza desde que la concentración de los iones Ca++ alcanzan 10 -7 M y se para cuando desciende a menos de este nivel. Normalmente, el contenido en ATP permanece casi constante; en efecto, este com­ puesto se forma por tres caminos: fosfocreatina quinasa ATP + creatina ]) ADP + fosfocreatina y

SS\\\\\S,t Actina

2) 2 ADP

adenilato

quinas a

ATP

+ AMP "

..-..-...... fosfato

de miosina

Fig. 11.2.1·5. Miosina: sección transversal y longitudinal

68

~

3) glucosa (glicólisis anaerobia)

2 lactato

+

3 ATP

69

r-­

;~¡

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i

Las dos primeras reacciones se realizan inmediatamente; la tercera sólo ocurre cuando el aporte de oxígeno por la sangre no es suficiente para que continúe el meta­ bolismo aeróbico, lo que ocurre, por ejemplo, durante la contracción violenta del músculo no=al. La contracción muscular va acompañada por la aparición de creatina y fosfato, de un descenso del contenido en glucógeno (que suministra la glucosa) y formación de ácido láctico. Durante la recuperación aerobia (reposo o trabajo muscular moderado), desaparece el ácido láctico y se fo=a ATP por inte=edio del ácido pirúvico (ciclo de Krebs), con lo que se restablecen las reservas en fosfocreatina. II.2.1.4

11.2.1.4.1

EL SISTEMA PROTEICO MUSCULAR DESPUES DE LA MUERTE

LA RJGIDEZ CADA VER1CA

I. ¡

¡

! ! I

I

II

A propósito de las reacciones que acabamos de describir, insistimos sobre una con­ dición importante: la presencia de ATP e iones Mg*.

En efecto, en ausencia de ATP, la actina y miosina se unen de fo=a irreversible; se

produce la rigidez cadavérica (o rigor mortis), que surge después de la muerte del animal. La interrupción de la circulación sanguínea priva al músculo del aporte de oxígeno: la respiración celular se paraliza, el potencial de oxirreducción pasa de unos +2S0 a unos -SO mV y surge la glicólisis anaerobia; en estas condiciones el glucógeno en vez \ de degradarse en agua y anhídrido carbónico, con generación de ATP, en proporción f importante a partir del ADP, se transforma en ácido láctico. Las cantidades de ATP , producidas por la glicólísis anaerobia no son suílcientes para compensar las pérdidas resultantes de su hidrólisis'por la ATPasa sarcoplasmática; aunque la fosfocreatina dis­ I ponible suministra algo de ATP, rápidamente se agota. Por otro lado, la formación de I ácido láctico origina un descenso del pH; lo que a su vez inhibe progresivamente diversos enzimas, especialmente la fosforilasa; en defmitiva, la glicólisis se para, aunque la reserva de glucógeno no está completamente agotada, y el contenido de ATP se aproxima a cero. La actina y miosina se unen entonces irreversiblemente como ac to­ miosina. En el músculo de vacuno y a la temperatura ambiente, este proceso exige unas 8 horas (después de la muerte del animal). El descenso del pH y la fo=ación de enlaces en tre la actina y la miosina provocan modificáciones de las cargas eléctricas y de la conílguración de las proteínas del múscu­ lo. Cerca de su punto isoeléctrico (en torno a pH S,S), las cadenas proteicas tienen tendencia a aproximarse y fo=ar un conjunto casi cristalino; esto motiva un descenso de la capacidad de retención de agua, lo que influye desfavorablemente sobre la textura de la carne. El siguiente esquema puede resumir estos fenómenos (figura II.2.1-7). La intensidad de los fenómenos que acompañan a la rigidez cadavérica depende, especialmente, 'del estado nutricional del animal en el momento de su muerte y de la temperatura a la cual se almacena.

I I

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I ~

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!!,

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t

Desciende el

Se para la

contenido en oxígeno del músculo

respiración

j

Desciende el potencial de oxido~reducc¡ón

Producción de ácido

láctico

celular. Comienza la gl icól ¡sis anaerobia

/

~

(de +250 a -50mV)

Descenso del pH (7,3-7 A a 5,7-5,0)

I

ATP, luego el contenido en

ATP

l

(Transformación de la oximioglobina en mioglobina; oxidación

de la mioglobina en metamioglobinal

/

Formación irreversible de actomníosina, endu recim ¡en to

\

Descenso de la capacidad de

I

,

Desciende la

_

producción enzimática de

I

Agregación de proteínas

/

retención del agua

Fig.l1.2.1-7.

Modificación de los tejidos musculares después de la muerte

En los animales con hambre o sometidos a "stress", la reserva de glucógeno es débil; por consiguiente, después de la muerte hay un rápido descenso del contenido en ATP del músculo. El endurecimiento es por tanto máximo y disminuye mucho la capacidad de retención del agua, aunque el descenso del pH será relativamente peque­ ño~ a causa de la falta de glucógeno. Esto origina, además, un serio inconveniente desde el punto de vista microbiológico: en efecto, un descenso acusado del pH retarda consi­ dqablemente la proliferación de la flora microbiana de la superficie.

Cuando después de la muerte no se enfría rapidiunente el animal, el pH desciende rápido a un nivel muy bajo; esto puede motivar una desnaturalización de las proteínas musculares y que una gran parte del agua del gel miofibrilar se expulse hacia los espacios intercelulares o incluso se .exude fuera del tejido, con lo que la textura de la carne se modifica muy desfavorablemente: durante la masticación, el agua se ex­ pulsa rapidamente y deja un residuo fibroso y seco. Incluso haya veces una phdida de peso y un cambio de aspecto. La carne exhudatíva de cerdo constituye un ejemplo de este tipo de defecto; no obstante, se piensa que en algunos casos también participan factores de orden genético. Por el contrario, si el músculo alcanza los 0° a 1°C antes de la aparición de larigidez cadavérica, o si se congela y, por tanto, la rigidez sólo se produce en la descongelación, el endurecimiento es acusadamente rápido e intenso ("coíd shortening" y "thaw rigor") y está precedido por una contracción del músculo, sobre todo si este último.no está mantenido en extensión por el esqueleto. Este comportamie'nto se debe a una ce· sión de iones Ca ++ al sarcoplasma, lo que origina una hidrólisis rápida del ATP todavía presente en cantidades elevadas y por consiguiente a una liberación de energía; estas condiciones, análogas a las que prevalecen durante la contracción normal, también provocan una contracción y el endurecimiento posterior será tanto más pronunciado cuanto mayor sea la magnitud de la interacción en tre actina y miosina. Veamos qué influencia pueden tener estos fenómenos sobre la calidad de la carne. En la práctica, se busca no enfriar muy rápidamente, de modo que el músculo entre

7'

71

I

l

Se paraliza la circulación

;

I

en estado de rigidez cadavérica a una temperatura comprendida entre 14 y 19°e, pues a esta temperatura la contracción es mínima. Asimismo, se procura no congelar la carne antes que alcance completamente la rigidez; por el contrario, se evita el descon­ gelar muy rápido. Jamás se debe cocer una carne en estado de rigor mortis. f12.1.4.2 DESAPARfCION DE LA RIGIDEZ CADAVERICA A medida que la carne env~jece, su dureza se atenúa; la textura, después de la cocción, resulta mejor. Paralelamente aumenta la extractibilidad de las proteínas musculares -de la actomiosina- por soluciones salinas, así como la capacidad de retención del agua. Esta "maduración" (así se llama) no parece ser el resultado de una disociación de los enlaces establecidos entre la actina y miosina, sino de la separación de filamentos de actina de la línea Z, bajo la influencia de modificaciones iónicas o bien de enzimas, tales como la catepsinas procedentes de los lisosomas, liberadas por el descenso de pH. Un mejor conocimiento de estos fenómenos quizás pennita orientarlos en un sentido favorable, por modificaciones de la fuerza iónica, pH, etc.; por ejemplo, se pudo com­ probar que inyectando antes de la muerte una solución de sulfato magnésico, se reduce la pérdida del líquido que aparece en la descongelación. Las enzimas proteolíticas endógenas del músculo no tienen acción sobre las mio­ fibrillas tú sobre el colágeno, salvo que el tejido se mantenga a 37°e; en efecto, no se observa ninguna proteolisis importante de la carne durante la maduración a 0° como a 25°e. En el caso de carne de vaca, la desaparición de la rigidez cadavérica necesita 3 a 4 0 semanas a ~ 1,5° e, 15 días a 0° e, 2 días a 20 e y únicamente un día a 43°e. El descenso de dureza es mayor cuando la rigidez fue inicialmente menos intensa. La maduración de la carne está acompañada además por diversas reacciones: así la oxidación de los lípidos puede dar origen a olores indeseables; por el contrario, la for­ mación de nucleótidos según el siguiente esquema: ,~TP

ATP asa ,'-j

..

ADP

mioquinasa

II l f

I I¡ ¡

;

ribosa

X

í

_N

I

_ AMP ___

La cocción es una operación mal definida, cuyos efectos sobre las proteínas del músculo dependen sobre todo de la temperatura: A partir de unos 50 o e, se desnaturalizan las proteínas plasmáticas y sarcoplás­ micas (desplegamiento de las a-hélices) y se ligan en parte, por enlaces hidrógeno o iónicos. Hay agregación y, a veces, coagulación.

A partir de 63° e, el colágeno se solubiliza parcialmente por destrucción de los

enlaces hidrógeno entre las cadenas proteicas; el efecto depende de la edad fisio­

lógica del colágeno, es decir, del número de uniones transversales.

La elastina hincha, pero debido a su configu.ración se modifica poco.

La actomiosina se hace más firme y menos soluble; disminuye su capacidad de

retención del agua. El pH y el punto isoeléctrico se modifican por la liberación

de ciertos grupos; por lo general, el pH sube hasta 6,0 alcanzando valores más ba­

jos o más altos según su valor antes de la cocción.

.

NH

N

)

+ NH 3

monofosfato de inosina (potenciador de aroma)

inosina

ribosa

\+ P ++

o " (NH rNH

N~~ N J

la formación de amoníaco, sulfuro de hidrógeno, acetaldehido, diacetilo, acetona, son - dentro de ciertos límites - favorables para el sabor y aroma.

euando la cocción es muy enérgica, el colágeno y la elastina se hacen más blandos, contrariamente a la actomiosina que se endurece a causa de la formación de uniones disulfuro, que enlazan fuertemente las cadenas proteicas entre sí. Ocurre, entonces, que según sea el trozo de carne y la temperatura alcanzada, la cocción puede ablandar­ lo o endurecerlo.

72

73

hipoxantina

~

ll.",,,

EFEeTOS DE LOS TRATAMIENTOS ALIMENTARIOS SOBRE LAS PROTErNAS MUSeULARES

IJ.2.1.6.1 EFECTOS DE LA COCCJON

o - - - - 'p

EL I\.':;;eULO DEL PESeADO

A pesar de que hay ciertas diferencias, fundamentalmente la estructura y compor­ tamiento del músculo de pescado son iguales a los de los animales de sangre caliente, aunque fa proporción de tejido conjuntivo (3 a 10 %) sea menor; además, el colágeno comienza a gelatinizarse entre 30 y 45°e, según la especie pesquera. Estas particulari­ dades explican al mismo tiempo la relativa blandura y alto nivel nutritivo de la carne de pescado. Las fibras musculares del pescado son cortas (unos 3 cm) y ordenadas en láminas, llamadas miotomos. Hay un 10 % de carne oscura, músculo motor lento y aerobio, rico en hemoproteínas (que cataliza la oxidación de los lípidos después de la muerte). Las proteínas estructurales representan del 65 al 75 Ojo de las proteínas totales; la miosina (sobre un 40 OJo) varía de una especie de pescado a otra y es más difícil de separar de la actina (15 a 20 %) y más rica en grupos -SH libres; es más sensible a las enzimas proteolíticas, al calor, desecación, que la miosina del músculo de los animales de sangre caliente. Por el contrario, la actina es menos variable y más similar a su homóloga de los mamíferos. . La rigidez cadavérica y su desaparición ocurren muy rápidamente: en general, entre 5 y 30 horas, respectivamente, a oOe. El descenso del pH después de la muerte es míni­ mo y depende, entre otros motivos, de las condiciones de pesca, porque las reservas de glucógeno disminuyen más o menos según la resistencia que opone el pescado a su captura. Por término medio, el pH pasa de 7,0, aproximadamente, a 6,2-6,5 para subir luego a 6,6-6,7. Esto contribuye a la alterabilidad del pescado después de su muerte, pues a esos pH no se inhibe la proliferación micro biana. 1I.2.1.6

sarcoplásmica

1I

1I.2.l.5

J.

r

En el c~so de las conservas. por lo general,.!a esterilización motiva la total solubiliza­

dón del colágeno y la consiguien te fragmemación del tejido muscular. Para evitar este

inconveniente, algunos productos se modifi~:m mediante aditivos (salazón del jamón, acidificación de ciertos pescados), lo que pennite reducir el tratamiento ténnico a una

simple pasteurización.

Sin embargo, desde el punto de vista organoléptico la cocción también produce,

den tro del tejido muscular, compuestos favorables: sulfuro de hidrógeno y otros com­

puestos azufrados volátiles, fonnados a partir de la cisteína; productos resultantes de

reacciones entre compuestos carbonilo y grupos amino de las proteínas; transforma­

ción de monosacáridos y nucleótidos, etc.

1I.21.6.2

EFECTOS DE LA COliGELACION

La congelación y el almacenamiento congelado motivan la desnatur:J.lización yagre­

gación de proteínas, así como la ruptura de células musculares. Estas modificaciones

son pequeñas cuando la congelación es rápida y la temperatura de almacenamiento

muy baja, pero resultan apreciables en los casos de congelación lenta y con tempera­

turas de almacenamiento relativamente altas; se atribuye a que se forman en los tejidos

grandes cristales de hielo, a la concentración de sales cada vez mayor en los líquidos

residuales y a la acción deshidratante que estas sales ejercen por ósmosis sobre las

células. Además, se considera que la ruptura de las células favorece el contacto entre

lípidos y lipasas, que aún son activas a temperaturas muy bajas, lo que explica la libera­

ción de ácidos grasos; estos últimos, al fijarse sobre las proteínas, contribuyen a

hacerlas hidrófobas y a desnaturalizarlas. En efecto, en sistemas modelos, la insolubili­

zación de la actomiosina es paralela al contenido en ácidos grasos libres.

La principal consecuencia práctica de estos fenómenos es un descenso de la capaci­

dad de retención del agua, que se manifiesta, después de la descongelación, por un

fuerte exudado; aunque este exudado contiene algunos aminoácidos, vitaminas, sales

minerales, etc., la pérdida de valor nutritivo es pequeña; por el contrario, puede ser

considerable la pérdida del peso, y la textura se "reseca".

Estos efectos y la calidad del músculo pueden valorarse basándose en la pérdida de agua a la compresión, la disminución de la extractibilidad de la actomiosina por una solución con fuerza iónica r ~ 0,5 a 1,0, o la facilidad de dispersión del tejido por homogmeización. El estudio de sistemas modelos demostró que la actomiosina del pescado (sobre todo en especies como el bacalao) es r.1ás sensible a la congelación que la carne de vaca y por otro lado que su desnaturalización depende más de la duración y temperatura de almacenamiento que de las operaciones propias del congelado y des­ congelado (ver figura 11.2.1.8)

Extraet:bi I¡dad de la actomiosina

del Deseado

-14

Oc 100 semanas Duración del almacenamiento

74

Fig.II.2.1-8. Extractibilidad de la ae tomiosina en función de la temperatura y de la duración del almacenamiento

¡ I I

¡

!I21.6.3

EFECTOS DE LA DESHIDRATACION

La deshidratación, ya sea de carne o pescado, origina un endnrecimiento de la textura y un descenso de la capacidad de retención del agua, durante la rehidratación posterior; esto se nOI~ aunque la deshidratación se haga por liofilización. Durante la eliminaCión del agua y especialmente en el caso de la liofilización, el agua de la fase residual no congelada aumenta la fonnación de uniones S-S y enlaces no covalentes al nivel de la actomiosina, de tal forma que las miorlbLiUas se adhieren fuertemente entre sí.

* * * Es posible que se llegue a proteger las proteínas musculares contra la desnaturaliza­ ción que originan los distintos procesos a1irr:entarios. La sacarosa ajerce un efecto pro­ teclOr general; ciertas modificaciones del pH o de la fuerza iónica también podrían resultar favorables. Lo que sí se necesita es profundizar los conocimientos fundamenta­ les y los mecanismos bioquím:cos que motivan estos fenómenos.

11.2.],7

LA MlOGLOB1NA,

ses FUNCIONES y MODrF1CACIONES

Las mioglobinas son los pigmentos rojos del músculo de numerosos verteorados e invertebrados, formados por una cadena polipéptida, la globina, fija por un residuo hidistilo a un grupo hemo, fonnado por cuatro anillos pirrólicos, heterocíclicos, que rodean a un átomo de hierro divalente, y unidos a él por sus átomos de nitrógeno. La mioglobina de carne de vaca tiene un peso molecular próximo a 17.800. Simplitlcando, la molécula de mioglobina podría representarse así: glDbina

I I N­ / I I / / ""

I

=N

",

",

/

"

Fe++ ,

/

// ! -N "

I

/

/

''

:: HzÓ

, 'N­

"

El átomo de Fe++ está ligado a 5 átomos de nitrógeno, de los cuales 4 pertenecen al anillo porfirínico, formados por los núcleos pirrol y el quinto al resto histidilo de la globina; el sexto enlace de coordinación queda disponible y puede tljar moléculas tales como H 2 0.0 21 NO, mientras el hierro permanece diva.leme. La hemoglobina, pigmento rojo de la sangre, tiene una estructura análoga a la de la mioblobina; no obstante, posee cuatro grupos hemo y un peso molecular en tomo a 67.000. La función primordial de la hemoglobina es transportar el oxígeno de los pulmones a los tejidos; la mioglobina, cuya afinidad por el oxígeno es más fuerte que la de la hemoglobina, actúa, a su vez, en el músculo, como reserva del oxígeno que le suminis­ tra la hemoglobina. Aun en la came no sometida a ningún tratamiento, la mioglobina sufre diversas transfonnaciones que se esquematizan en la figura 11.2.1-9.

75

k..

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--

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Tal como se indica en el esquema, en ciertas reacciones la valencia del átomo de hierro pasa de 2 a 3; sin embargo, se trata de una oxidación muy particular que es in­ hibida por el oxígeno. En efecto, la mioglobina obedece a las dos reacciones siguientes: oxigenación H 1) Mb ++ + O2 Mb0 2 oxidación 2) Mb++ + H+ + 1/4 O2 MetMb H+ + 1/2 H2 O

Así pues, la reacción 1) conduce a la formación de oximioglobina, fOTIna oxigenada

especialmente resistente a la oxidación Fe++ - - ¿ . Fe+++ y al pardeamiento que le acom­ paña. La formación de me tamioglobina es acelerada por bajas presiones parciales de oxí­ geno, aunque ciertos coenzimas reductores presentes en la carne son capaces de Mb

Mb0 2

MIOGLOBINA

OXIMIOGLOBINA

Fe*

Fe *

Oxigenación (0 2 )

PURPURA

ROJO VIVO

interior de la

superficie de la

carne fresca

carne fresca