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Archivos Latinoamericanos de Produccion Animal, Vol. 16, No. 3, July-September, 2008, pp. 166-174 Original Article Factores que afectan la actividad de las proteasas dependientes del calcio y su relación con el proceso de ablandamiento de la carne S Uzcátegui-Bracho1, N Jerez-Timaure2 1 Facultad de Ciencias Veterinarias, Universidad del Zulia, Apartado 15252, Estado Zulia, Maracaibo, Venezuela Correspondence Address: S Uzcátegui-Bracho Facultad de Ciencias Veterinarias, Universidad del Zulia, Apartado 15252, Estado Zulia, Maracaibo Venezuela sojanuzcategui@gmail.com Date of Submission: 03-Jul-2007 Code Number: la08022 Abstract The endogenous calpain system plays a major role in regulating proteolysis of muscle proteins under postmortem conditions. The substrates of calpains like desmin, synemin, talin and vinculin form the citoskeletal framework of the muscle cell. The calpain system is composed of several isoforms of calciumdependent cysteine proteases and their specific competitive inhibitor, calpastatin. The two best-characterized isoforms of calpains are -calpain and m-calpain, which both degrade the same specific set of myofibrillar and cytoskeletal proteins as muscle is converted into meat. Alterations in pH and/or ionic strengths may cause conformational changes that allow an increase in the hydrophobicity and aggregation of the enzyme. Likewise, pH/ ionic strengths may alter the conformation of the substrate and make them less susceptible to cleavage by -calpain. The pH optimal of the calpainas is 7.0, nevertheless, at lower pH, the enzymes show catalytic activity. Investigations about this topic are abundant but results are very controversial. Temperatures of refrigeration also play a key rol in the autolysis of the calpains and calpastatin. Recently, experimental evidence shows that proteolysis of key cytoskeletal proteins such as the intermediate filament protein, desmin may be related also to drip loss or water holding capacity.Keywords: Beef, calpains, tenderness, pH, water-holding capacity Resumen El sistema endógeno de las calpainas juega un importante rol en la regulación de la proteólisis de las proteínas musculares en condiciones postmortales. Los sustratos de estas proteasas, desmina, sinemina, talina y vinculina, forman parte del cito esqueleto de las células musculares. El sistema de las calpainas está compuesto por varias isoformas de proteasas cisteina dependientes de calcio y su inhibidor competitivo específico la calpastatina. Las dos isoformas de calpainas bien caracterizadas y asociadas con el desarrollo de la terneza en la carne son la -calpaina y la m-calpaina. Los cambios de pH y fuerza iónica pueden alterar la conformación de los sustratos haciéndolos menos susceptibles a la acción de estas enzimas. La relación pH terneza de la carne ha sido ampliamente debatida y contradictoria en sus resultados. La temperatura de refrigeración también son determinantes en la actividad de las calpainas y de la calpastatina. Existen evidencias experimentales que soportan la idea de que la reducción de la degradación de la desmina esta asociada con el incremento de perdida de agua o capacidad de retención de agua. Palabras clave:Carne, calpainas, terneza, pH, capacidad de retención de agua. Introducción La calidad organoléptica de la carne es percibida principalmente por atributos sensoriales como terneza, jugosidad, sabor, y color muscular. La terneza ha sido calificada por los consumidores como el atributo organoléptico más importante de la carne fresca. Según Koohmaraie et al. (1992ª), la falta de uniformidad, el exceso de grasa, la variabilidad de la terneza y la inconsistencia en la predicción de la misma, han sido identificados como los problemas más relevantes de la industria de la carne en países desarrollados. En Venezuela tradicionalmente no se le había prestado mayor atención a este tema, sin embargo, en los últimos años ha surgido interés por satisfacer un mercado interno que demanda carne de calidad dispuesto a pagar mejor por ella. Se han identificado diversos sistemas enzimáticos involucrados en los cambios estructurales asociados con el ablandamiento de la carne. El sistema de las calpainas representado por la -calpaina y la mcalpaina, es el mayormente asociado con este proceso (Koohmaraie, 1992b). Ambas calpainas muestran actividades catalíticas diferentes; mientras que, la actividad de la -calpaina disminuye rápidamente, la m-calpaina decrece lentamente durante el postmortem (Koohmaraie, 1988). Durante el rigor mortis, el pH muscular y la temperature interactúan continuamente impactando la actividad de las enzimas encargadas de la proteólisis postmortal. Esta revisión bibliográfica pretende indagar sobre los factores más influyentes en la actividad de las proteasas dependientes del ca2+, tales como el efecto del pH, la temperatura, la capacidad de retención de agua, y su relación con el proceso de ablandamiento de la carne. Conversión de músculo a carne En la conversión de músculo a carne ocurren cambios dramáticos en el microambiente de la célula muscular, que incluyen modificaciones estructurales de las proteínas que integran a las fibras musculares (Winger y Pope, 1981). Se conoce que todos los mediadores que participan en el mecanismo de la apoptosis están lo suficientemente integrados con el ablandamiento de la carne. Herrera-Mendez et al. (2006) han reconsiderado que en el proceso de ablandamiento de la carne también participan las peptidasas (caspases) que se activan durante el proceso de muerte celular. La participación de las caspases no ha sido completamente explicada, sin embargo es probable que ellas sean un elemento esencialmente facilitador para la acción de otros sistemas proteolíticos intracelulares como por ejemplo las catepsinas, calpainas y proteosomas. Al momento de la muerte del animal, el músculo es flácido y altamente extensible. Luego de pocas h postmortem se vuelve inextensible y rígido, originando el fenómeno que se conoce como rigor mortis. La rigidez observada durante esta condición es debido a la formación de puentes cruzados entre filamentos de actina y miosina los cuales, en ausencia de energía (ATP), son irreversibles (Pearson y Young, 1989). En la búsqueda por mantener la homeostasis, comienza la depleción de glucógeno, como reserva de energía en el músculo que conlleva a la acumulación de lactato, produciéndose un descenso del pH desde la neutralidad hasta valores que oscilan entre 5.4-5.8 (Maddock, et al., 2005). Múltiples factores afectan este proceso entre los que destacan el manejo ante-mortem, la temperatura, concentración de Ca2+, fuerza iónica, y la concentración de calpastatina. La resolución de rigor mortis ocurre gracias a la presencia de las enzimas proteolíticas, que permiten la aparición de la blandura o terneza de la carne. Kamtra y Saffle (1959) describieron la terneza como una característica engañosa ya que no solamente son muchos los factores que contribuyen a la blandura de la carne, sino que estos están en continuo estado de cambio. Muchos investigadores (Koohmaraie, 1992ª; Purchas y Aungsupakorn, 1993; Morton et al., 1999) durante los últimos 10 años se han dedicado a estudiar los numerosos factores que están relacionados con la terneza, tales como edad, condición sexual, raza, acabado de grasa, tratamientos previos al sacrificio, enfriamiento y técnicas de cocción, entre otros. La relación entre los cambios ocurridos antes del rigor y la terneza también ha sido extensivamente estudiada Según Hamm (1982) los cambios postmortem afectan considerablemente las características de calidad como terneza, color y capacidad de retención de agua. Sistemas enzimáticos endógenos Uno de los factores que juega un rol importante en el ablandamiento de la carne es la degradación específica de proteínas musculares provocada por sistemas enzimáticos endógenos. Cerca de las 24 h después de la faena, hay una disrupción de las proteínas ligadas al sarcolema de cada miofibrilla (Taylor et al., 1995). La ruptura de las miofibrillas conduce a un incremento de la fragilidad y fragmentación de las proteínas citoesqueléticas, tales como titina, nebulina, desmina y troponina-T (Geesink y Koohmaraie, 1999). Existen tres sistemas proteóliticos presentes en el músculo que han sido asociados como los posibles encargados de la proteólisis post mortem y por ende con el desarrollo de la terneza de la carne, las catepsinas lisosomales, el complejo de las proteinasas multicatalíticas (CPM) y el sistema de las proteases dependientes del calcio o calpainas, (Koohmaraie y Geesink, 2006). Las catepsinas fueron las primeras enzimas lisosomales consideradas en los studios del mecanismo de ablandamiento de la carne. Ellas poseen mayor actividad en el pH postrigor que oscila entre 5.4-5.8. Estas enzimas se encargan de la degradación de la miosina y la actina, proteínas que no muestran una apreciable degradación durante el almacenamiento en refrigeración de la carne (Bandman y Zdanis, 1988; Prigge et al., 1998; Taylor y Koohmaraie, 1998), puesto que su máxima actividad es a temperaturas cercanas a 20ºC, por lo que en teoría no habrán de ser un factor de peso durante la maduración de la carne en refrigeración. Estas observaciones, indican que las catepsinas no participan en el ablandamiento postmortem. El segundo grupo de enzimas está representado por el complejo de las proteasas multicatalíticas (CPM), que también han sido propuestas (Orlowski, 1990) como responsables del ablandamiento de la carne, sin embargo, existe poca información que implique fuertemente a las CPM como responsables de la proteolísis postmortem (Robert et al., 1999). El tercer y último grupo corresponde al sistema de las proteasas dependientes del Ca+2, que consiste en tres componentes: la - calpaina, la m- calpaina y la calpastatina, inhibidor competitivo de la actividad de estas enzimas (Goll et al., 2003). Se han caracterizado once isoformas de las calpainas, de las cuales sólo estas tres se han asociadas con el proceso de ablandamiento de la carne. Las calpainas presents en los tejidos de los vertebrados se han denominado según la cantidad de Ca+2 que necesitan para su máxima actividad en - calpaina (3-50 mM), la mcalpaina (40-800 mM) (Goll et al., 1992) y la calpastatina que inhibe la actividad de todas las calpainas sólo en presencia del Ca2+. Estas concentraciones de Ca2+ son mayores a las requeridas para la activación de estas enzimas, ya que se ha comprobado que las calpainas pueden ser activadas in vivo, si las concentraciones de Ca+2 que las mismas requieren in vitro son mucho más elevadas que las que se pudieran esperar se presenten en la célula en reposo (0.05-0.5 mM) (Goll et al., 1992). Un mecanismo importante para regular la actividad de las calpainas que se ha estudiado en profundidad es la adición exógena de iones Ca+2 (Wulf et al., 1996a; Koohmaraie et al., 1990; Lee et al., 2000) como método de ablandamiento postmortem. Se han realizado muchas pruebas que han demostrado exitosamente un incremento apreciable de la actividad de las calpainas cuando estas se exponen al efecto del CaCl2, agregado intencionalmente a la carne (Wheeler, 1998; Koohmaraie, 1992). Desde hace algún tiempo se ha propuesto un modelo de cascada, en el cual primero se activa la -calpaina, que require bajas concentraciones de Ca+2, disminuyendo la necesidad de Ca+2 de la m-calpaina, permitiendo de esta manera la activación de esta última en el ámbito celular (Sorimachi et al., 1997). En base a esta propuesta, las calpainas son consideradas como proenzimas inactivas hasta el momento en que el Ca+2 se liga a los dominios IV y IV`, provocando cambios conformacionales que conducen a la autólisis de las subunidades largas y cortas; esta subunidad larga liberada está lista para ejercer su actividad proteolítica (Goll et al., 1992; Kinbara et al., 1998). Por otra parte, las calpainas no solo degradan importantes proteínas estructurales, sino que también pueden degrader a su inhibidor (calpastatina) (Taylor et al., 1995). Por otra parte, la calpastatina, inhibidor específico de las calpainas, se une a los dominios IV y IV` de las subunidades cortas y largas evitando que el Ca2+ se una a estas regiones. De esta manera se reduce tanto la velocidad como la actividad proteolítica de las calpainas (Geesink et al., 1999). Los resultados de varios estudios (Koohmaraie et al., 1988; Koohmaraie, 1996, Koohmaraie y Geesink, 2006) sustentan que la μ-calpaina es la responsible de la proteólisis y por ende el ablandamiento de la carne. Koohmaraie et al. (1987) reportaron que las mcalpainas expuestas a suficientes cantidades de Ca+2 incorporadas en forma exógena al músculo por inyección o infusión podrían resultar en autolisis y por ende en su inactivación. Por su parte, Pringle et al. (1997) sostienen que las m-calpainas no participant en la proteolísis ya que la concentración de Ca+2 es insuficiente para activarlas. Aún cuando los mecanismos de ablandamiento postmortem no están totalmente esclarecidos, la idea de más consenso es que el acortamiento de la fibra (o endurecimiento) y el posterior ablandamiento postmortem están ambos regulados por la concentración de Ca+2 disponible en el espacio intracelular de la fibra muscular. Ecientemente Kookmaraie y Geesink (2006), reforzando teorías propuestas años anteriores, explican que las calpainas tienden a autolisarse una vez finalizada su activación, disminuyendo su actividad catalítica. Adicionalmente, Wheeler et al. (2000), han indicado que en los músculos postmortales de bovines y ovinos la actividad de la -calpaina declina mientras que, la m-calpaina se mantiene notablemente estable. Esta observación fue la que condujo a Koohmaraie et al. (1987) a concluir que la -calpaina es la responsable del ablandamiento postmortal de la carne. Esta conclusión de Koohmaraie et al. (1987), fue confirmada recientemente por Geesink et al. (2006) quienes utilizaron ratones transgénicos, a los cuales se inhibió la expresión del gen de la μ-calpaina, para verificar su participación en la proteólisis postmortal. Los resultados de este estudio mostraron una limitada actividad de la m-calpaina en los ratones transgénicos, resultando en una reducida proteolisis postmortem, indicando que la μ-calpaína es altamente responsable de la proteolisis muscular. Sin embargo, es conveniente resaltar que en algunas species como los bovinos, la actividad de la m-calpaina es mas restringida debido a su acelerada autolisis (Kent et al., 2004; Geesink et al., 2006). Además de la cantidad de Ca+2, la actividad de las calpainas está influenciada por factores como el ambiente intracelular, pH, fuerza iónica, concentración de la calpastatina y la temperatura (Maddock, et al., 2005), además, se conoce que la interacción de estos factores entre sí, provocan un descenso significativo de la actividad catalítica de estas enzimas (Huff-Lonergan y Lonergan, 1999; Geesink y Koohmaraie, 1999). Influencia del pH sobre la actividad de las calpainas Durante la conversión de músculo a carne, la actividad las calpainas encargadas de la degradación de las proteínas citoesqueléticas y miofibrilares, se ve afectada por los cambios de pH, que incrementan la fuerza iónica (Winger y Pope, 1981). Estas variaciones de pH pueden causar cambios en la conformación de las calpainas incrementando la hidrofobicidad y agregación de las mismas. Igualmente, pueden alterar la estructura de sus sustratos: troponina-I, troponina-T, desmina, vinculina, metavinculina, distrifina, nebulina y titina (Robson et al., 1997), haciéndolos menos susceptibles a la degradación provocada por dichas enzimas (Maddock, et al., 2005). En la literatura existen soportes científicos que corroboran la asociación de la terneza con el pH (Harrell et al., 1978; Pike et al., 1993; Watanabe et al., 1996; Beltrán et al., 1997). Se estima que el pH óptimo de las calpainas in vivo oscila entre 7.2 y 8.2 (Goll et al., 1992), de manera que pHs elevados podrían estar asociados con una mejora de la blandura debido a un incremento en la actividad de estas enzimas (Yu y Lee, 1986; Edmunds et al., 1991; Wang y Jiang,1991). Sin embargo, la regulación de la actividad in vivo de estas proteasas ha sido muy debatida (Goll et al., 1992). En teoría, un descenso rápido del pH limita la proteólisis de las proteínas musculares involucradas en el ablandamiento de la carne (Warner et al., 1997; Huff-Lonergan et al., 1999). El pH postmortem no es el ideal para que estas enzimas expresen su mayor actividad. Maddock et al. (2005), compararon la actividad de las calpainas a pH 7.5 y 6.5, y observaron que tanto la - como la m-calpaina muestran mayor actividad catalítica a pH 7.5, coincidiendo con los reportes realizados por Edmundo et al. (1991) y Wang y Jiang (1991). Sin embargo, los mismos autores (Maddock et al., 2005), no detectaron actividad de la m-calpaina a pH 6.0. Por otro lado, varias investigaciones han reportado resultados discrepantes en cuanto a la relación terneza-pH muscular (Dransfield, 1981 y Shackelford et al., 1994). La complejidad de esta relación ha llevado a extender el estudio del pH final alcanzado a las 24 h postmortem, a considerar además, la tasa de descenso del mismo. Se considera como pH postmortem normal valores entre 5.6 y 5.8 (Maddock et al, 2005), dependiendo del tipo de fibra muscular predominante en el músculo. Cuando el pH final es superior al normal (aproximadamente entre 6.0-6.2), se producen carnes oscuras, firmes y secas (DFD), debido al bajo contenido de glucógeno en el músculo a la hora del sacrificio de los animales. Existen evidencias que indican que valores de pH por encima de 6.2 inducen rápidamente al ablandamiento, produciendo carnes más tiernas que las de pH "normal" (Huff-Lonergan et al., 2000). Esto le da ciertas ventajas de terneza a carnes con pH elevado, debido a varias razones: En primer lugar, cuando el tejido muscular presenta bajas concentraciones de glucógeno a la hora del sacrificio, la glucólisis y la producción de ATP cesan más rápidamente. En segundo lugar, producto de la rápida depleción del ATP la carne es menos susceptible a la dureza inducida por el acortamiento en el rigor mortis y por los sistemas de enfriamiento (Watanabe et al., 1996). Según Beltrán et al. (1996), a los 7 d postmortem la m-calpaina presenta su mayor actividad en carnes DFD con pH 6.3, resultando las mismas significativamente más tiernas. En el mismo trabajo no se detectaron modificación de la actividad de la - calpaina y de la calpastatina debida a cambios del pH. En contraste, un trabajo realizado por Wulf et al. (1996b), indica que bajos pHs (5.6) están asociados con baja fuerza al corte y alta terneza, debido a que estas proteasas también pueden degradar a sus sustratos a pHs ácidos. Estos investigadores sostienen que músculos de carne DFD con un pH elevado, resultan en carnes menos tiernas ya que la actividad de las calpastatina (inhibidor de las calpainas) es mayor en éstos, que en músculos con pH y color normal. La actividad de la calpastatina medida en este trabajo fue de 3.51, 3.05 y 1.80 para la carne oscura, normal y pálida, respectivamente. Estos resultados indican el efecto del pH sobre la calpastatina, sin embargo, Kendall et al. (1993) sólo encontraron un mínimo efecto de la pH sobre la habilidad de la calpastatina en inhibir a la m-calpina in vitro. En contraste, Aalhus et al. (1995) reportaron que la carne pálida, suave y exudativa (PSE) es más tierna que la carne normal. Varias investigaciones han reportado que la terneza de la carne decrece cuando el pH final incrementa de 5.4 a 6.1 (Purcha 1990; Barnier et al., 1992). La controversia encontrada en estos estudios indica que la relación entre el pH último, el color de la carne y la terneza no está completamente esclarecida, sin embargo, las evidencias sugieren que en un cuerpo en crecimiento, las variaciones de terneza están relacionadas con la extension de la proteolísis postmortem, y específicamente en las diferencias en el sistema de las calpainas/calpastatina (Wulf et al., 1996). Purchas (1990) indica que valores de pH intermedios están asociados con carnes duras, posiblemente debido al acortamiento de la fibra muscular; de igual manera Yu y Lee (1986) coinciden en mostrar que pHs intermedios, limitan la degradación de la línea Z y de los filamentos gruesos y finos, ya que este pH no es el óptimo para la actividad de las enzimas catepsinas y calpainas, encargadas de la proteólisis postmortal. A diferencia de Purchas (1990) otros estudios comprobaron esta relación curvilínea entre pH temprano y la terneza (Unruh et al., 1986; Yu y Lee 1986; Marsh et al., 1987; Watanabe et al., 1996). En estos studios se observó que sí el pH incrementa de 5.5 a 6.0, la terneza disminuye; pero si el pH se eleva por encima de 6.0 se detecta un aumento de la terneza. La razón de esta relación curvilínea fue bien explicada por Yu y Lee (1986), quienes sugieren que existe una disminución en la actividad proteolítica de las enzimas a pH intermedios (5.5-6.0). Jones y Tatum (1994) reportaron una relación linear, positiva entre el pH y la relación de fuerza al corte en canales procesadas comercialmente. En ese estudio, las carnes con valores de fuerza al corte más bajos (mayor terneza) fueron derivadas de canales con valores de pH menores a 6.0. En otro estudio, donde se usaron canales procesadas comercialmente y bajo condiciones de laboratorio, Shackelford et al. (1994) no detectaron relaciones significativas entre pH y terneza. En contraste, Pike et al. (1993) reportaron una relación cuadrática que explicó más del 30% de la variación en fuerza al corte usando el pH. Relación pH y temperatura en el proceso de ablandamiento postmortem En el entendido de que el pH no es totalmente responsible de la mejora de terneza, varios investigadores han estudiado el pH medido a 3 h postmortem para determinar si la variación de la terneza puede ser predecible con el pH. Los resultados han sido inconsistentes. Varios investigadores (Uytterhaegen et al., 1992; Dransfield, 1994; Hwang y Thomson, 2001) han reportado que la interacción entre glucólisis rápida y lento descenso de la temperatura reducen la actividad de la -calpaina a las 3 h postmortem. En contraste, O´Halloran et al. (1997) indican que a las 3 h postmortem, una glucólisis rápida induce a una mayor actividad de la calpastatina y de la -calpaina. Dransfield (1994), por su parte sugiere que la calpastatina es menos susceptible a los cambios de pH y temperatura. La tasa de descenso del pH afecta la terneza de la carne, cuando los músculos experimentan un lento e intermedio descenso del pH y de temperatura, previniendo el acortamiento de la fibra en frió, se producen carnes tiernas (Bruce y Ball, 1990). Esto indica que valores de pH postmortem temprano están asociados con carnes tiernas, siempre y cuando el descenso de la temperatura no sea rápido. En efecto, la actividad de las calpainas se ve favorecida al incrementar el tiempo postmortem a valores elevados de pH. Por lo tanto, un incremento de la actividad de las calpainas con ausencia de acortamiento de la fibra aumenta la blandura de la carne (Pike et al., 1993). Koohmaraie (1992a), realizando estudios in vitro para estudiar el efecto del pH y temperatura sobre la inhibición de la autólisis de la y m-calpaina, detectó que la -calpaina se desestabiliza en el pH final postmortem, promoviendo rápidamente su autólisis y su subsiguiente inactivación. Es decir, que a medida que disminuye el pH incrementa la rata de autolysis de la -calpaina. Además, pudo demostrar, que cuando la temperatura desciende de 25 a 5ºC, disminuye la degradación de la subunidad 80Dka de la -calpaina (encargada de la actividad catalítica), mientras que, el descenso de la temperatura no afectó la degradación de la subunidad 30Dka. Bajas temperaturas ayudan a disminuir la autólisis de esta enzima. Simmons et al. (1996), detectaron que la actividad de las calpainas permanece constante durante todo el proceso del rigor mortis, hasta que se alcanza el pH 6.2, donde la misma decrece. Estas condiciones de alta temperatura y bajo pH se desnaturalizan las proteínas contráctiles haciendo más estable el rigor mortis (Offer y Knight, 1989). Adicionalmente a estas condiciones, en altas temperaturas las calpainas se autolisan (Dransfield et al., 1992) disminuyendo su efectividad como enzimas encargadas de la maduración de la carne, trayendo como consecuencia un increment de la fuerza de corte mientras se reduce el potencial de maduración. Finalmente se puede concluir que las calpainas muestran actividad catalítica en el punto final de pH postmortal, sin embargo, su actividad se ve favorecida por pHs cercanos a la neutralidad, por lo tanto, pH elevados podrían estar asociados con carnes más tiernas. Koohmaraie (1990) reportó que la actividad de la - y m- calpaina de la carne son estables por varias sem cuando se almacenan a -70°C, pero que la actividad de la calpastatina decrece durante el almacenamiento. De acuerdo a Koohmaraie (1990) sólo el 45% de la actividad original de la calpastatina puede ser medida después de 6 sem de almacenamiento en refrigeración. La inestabilidad de la calpastatina durante el almacenamiento en refrigeración también ha sido observada por Whipple y Koohmaraie (1992) en muestras de músculos almacenados en refrigeración por 4 sem a -30°C. Por su parte, Ingolfsson y Dransfield (1991) observaron un 50% de reducción de la actividad de la calpastatina en carne de carnero después de 1 sem a -20°C. Recientemente Kristensen et al. (2006), corroboraron los resultados reportados por Koohmaraie (1990), mostrando que la actividad de la calpastatina se mantiene constante durante las primeras sem de almacenamiento, pero después de 143 días decrece independientemente de la temperature de almacenamiento (-70°C). Por otra parte, los mismos autores concluyen que tanto la calpaina como la calpastatina son estables a temperatura de refrigeración durante un periodo de 6 sem. Capacidad de retención de agua y terneza de la carne La capacidad de retención de agua (CRA) ha sido definida como la habilidad del músculo de unir agua a sus proteínas bajo condiciones definidas (Offer y Knight, 1989). Inmediatamente después del sacrificio, los músculos poseen una elevada capacidad de retención de agua que disminuye hasta alcanzar un mínimo cuando se establece el rigor mortis; luego, durante el proceso enzimático de maduración, la CRA tiende a aumentar. En condiciones normales, el agua se encuentra atrapada dentro de las estructuras de la célula unidas a las proteínas, incluyendo el espacio intra y extramiofibrilar, es por ello, que los cambios en la arquitectura celular influyen sobre la habilidad de la célula muscular en retener agua (Huff-Lonergan y Lonergan, 2005). Durante el proceso del rigor mortis se reduce el agua atrapada dentro de la miofibrilla, ya que fluye forzosamente hacia el espacio extramiofibrilar, situación que facilita la perdida por goteo. Es decir, el encogimiento lateral de las miofibrillas que ocurre durante el rigor que es transmitido en toda la célula, evita la degradación de proteínas como la desmina (proteína ligada a las miofibrillas). Esta limitada degradación de las proteínas citoesqueléticas puede resultar en un incremento del encogimiento de la célula muscular, observándose la perdida por goteo (Huff-Lonergan y Lonergan, 2005). El pH del músculo es uno de los principales factores que afectan la CRA. El pH al cual la CRA es minima (pH 5) corresponde al punto isoeléctrico de las proteínas musculares. Sin embargo, la CRA de la carne no depende únicamente del pH sino de otros factores como el acortamiento de la fibra, la velocidad de glucólisis y la cantidad de ATP degradado (Hamm, 1982). Existen evidencias que soportan la idea de que la proteólisis de las proteínas citoesqueléticas, tales como la desmina, proteína de los filamentos intermedios puede estar relacionada con la producción de goteo trayendo como consecuencia menor pérdida de humedad durante la cocción de la carne (Goll et al., 1992). Esta proteína es degradada a partir de los 45 min hasta 6 h postmortem (Melody et al., 2004). La degradación postmortem temprana, ciertamente pudiera permitir que el agua fuera expulsada desde el espacio intra-miofibrilar, permaneciendo en la célula por un largo periodo de tiempo. En consecuencia se reduce la degradación de proteínas que están vinculadas con la membrana celular de la miofibrilla (semejante a la desmina) resultando en un increment el encogimiento de la célula muscular, que finalmente se traduce en perdida por goteo. Kristensen et al. (2001) y Rowe et al. (2001) indican que la variación de la capacidad de retención de agua detectada entre distintos músculos puede ser debida a las diferencias en la degradación postmortem de las proteínas de los filamentos intermedios, similares a la desmina. Por su parte, (Melody et al., 2004) compararon la capacidad de retención de agua y terneza de tres tipos de músculos (PM= Psoas mayor, LD= longissimus dorsi; y SM= semimembranoso), y encontraron que el PM presentaba una rápida degradación de la desmina. Estos autores indican que este increment en la degradación puede ser compensado por cierto encogimiento de las células musculares debido a la caída del pH. Kristensen y Purslow (2001), indicant que las células musculares en postmortem temprano pueden retener mayor cantidad de agua debido a la rápida degradación de los filamentos intermedios, ya que se forman más espacios para que el agua se deposite. Ciertamente, la desmina no es sólo la protein candidata involucrada en este proceso. Otras proteínas asociadas con los filamentos intermedios y con las costámeras han sido bien implicadas. Dentro de este grupo de proteínas se incluyen a la talina y a la vinculina (Bee, Lonergan y Huff-Lonergan, 2004). Las diferencias en la perdida por goteo asocia das con la disminución de la degradación de la proteólisis pueden ser detectadas entre las primeras 24 a 48 h postmortem (Melody et al., 2004). Observaciones similares se han realizado en lomo de credos donde la reducción de la degradación de la desmina puede estar asociada con un incremento de la perdida por goteo (Davies et al., 2004). Zhang et al. (2006) evaluaron la relación entre la degradación de la integrina, desmina, la m-calpaina y la capacidad de retención de agua de carne fresca de cerdos empacada al vacío. Entre los hallazgos encontrados se destacan que la integrina y desmina juegan roles diferentes en la capacidad de retención de agua en carne de cerdos. La integrina contribuye a la formación de los canales entre la membrana celular y el cuerpo de la célula, incrementando la pérdida por goteo; mientras que, la desmina intacta ayuda a la transferencia del agua desde las miofibrillas contraídas hacia el espacio extracelular. Por otra parte, detectaron que la degradación de la desmina explica el 24.1% de la variación de la perdida por goteo del lomo el 1er d del postmortem. Los mismos autores (Zhang et al., 2006) indicaron también que la autólisis de la m-calpaina está asociada con la degradación de la desmina, y esta autólisis a las 24 h es un potente indicador que predice el grado de degradación de la desmina y perdida por goteo postmortem. Goll et al. (1992) indican a tiempos prolongados de maduración, es cuando las calpainas degradan las miofibrillas y las proteínas citoesqueléticas de la carne debido a un incremento de la capacidad de retención de agua, trayendo como consecuencia menor pérdida de humedad durante la cocción de la carne. Conclusiones La degradación de las proteínas citoesqueléticas es importante en la determinación de la terneza de la carne. De todos los sistemas enzimáticos endógenos que participan en la proteólisis postmortem, las calpainas juegan un rol importante el proceso de ablandamiento de la carne. El pH final, la tasa de descenso del pH y la temperature son los factores que producen el mayor impacto sobre la terneza final de la carne; pero a la vez el pH depende de factores ambientales tales como las condiciones de estrés de los animales antes y durante la faena. Las calpainas muestran actividad catalítica en el punto final de pH postmortal, sin embargo, su actividad se ve favorecida a pHs cercanos a la neutralidad (6.1), lo que pareciera indicar una mejora en la terne za de las carnes a pH altos. A pH normal postmortem se desestabiliza la m-calpaina promoviendo su autólisis y su subsiguiente inactivación. La temperatura no afecta la actividad de las calpainas y de la calpastatina, permaneciendo intactas por varias sem a temperatura de refrigeración, sin embargo luego de 4 meses de almacenamiento a temperaturas de congelación se disminuye la actividad de la calpastatina independientemente de la temperatura. Una reducción de la degradación de las proteínas citoesqueléticas, tales como la desmina, proteína de los filamentos intermedios puede estar relacionada con la producción de goteo, debido a un increment el encogimiento de la célula muscular. [76] References
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