Konwersja miêœni do miêsa znaczenie apoptozy

Transkrypt

1 Medycyna Wet. 2011, 67 (8) 531 Artyku³ przegl¹dowy Review Konwersja miêœni do miêsa znaczenie apoptozy MARIUSZ FLOREK, ZYGMUNT LITWIÑCZUK* Katedra Towaroznawstwa i Przetwórstwa Surowców Zwierzêcych *Pracownia Ekologicznej Produkcji ywnoœci Pochodzenia Zwierzêcego Wydzia³u Biologii i Hodowli Zwierz¹t UP, ul. Akademicka 13, 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 Poznanie i wyjaœnienie z³o onych mechanizmów biochemicznych reguluj¹cych proces œmierci komórki po uboju mo e pomóc w przysz³oœci zapewniæ lepsze rozwi¹zania w zakresie przedubojowej obs³ugi zwierz¹t i poubojowego sterowania kruchoœci¹ miêsa. Jak sugeruje dostêpna literatura, odró nienie etapu œmierci komórki miêœniowej po uboju jako procesu apoptozy lub martwicy mo e w konsekwencji doprowadziæ do podniesienia jakoœci technologicznej miêsa. Wyniki badañ wskazuj¹, e liczne proteazy, w tym rodzina kaspaz, mog¹ uczestniczyæ w procesie œmierci komórki po uboju, jak równie w procesie tenderyzacji miêsa (27). Aktualnie, proces tenderyzacji (skruszania) miêsa jest bezsprzecznie uznawany za enzymatyczny w swojej naturze, a wiêkszoœæ badanych systemów proteolitycznych zaliczonych zosta³o przede wszystkim do katepsyn, kalpain i proteosomów oraz metallopeptydaz i peptydaz serynowych. Tym niemniej, jak sugeruj¹ Sentandreu i wsp. (34), inhibitory endogennych peptydaz, 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 sensorycznej nie s¹ dok³adnie poznane. Od oko³o dziesiêciu lat rozwijane s¹ intensywne badania dotycz¹ce programowanej œmierci komórki (planned cell death PCD) w powi¹zaniu z wa nymi patologiami, jak nowotwory, choroby neurodegeneracyjne (np. Alzheimera) itp. (33, 39). G³ówn¹ postaci¹ PCD jest apoptoza (progra- Tab. 1. Najwa niejsze peptydazy bior¹ce udzia³ w konwersji miêœni do miêsa i ich inhibitory Enzym Kalpainy: 1 i 2 (µ i m) Katepsyny: B, H, L i S Kaspazy: inicjacyjne i efektorowe rodzina Kalpastatyna Cystatyny HSP ( heat stress p rotein) IAP ( inhibitors of a poptosis protein) Inhibitor podrodzina co najmniej 4 izoformy Stefiny Nystatyny Kininogeny Glikowane cystatyny Ÿród³ o Ouali i Talmant 1990 Raynaud i wsp Dubin 2005 Sentandreu i wsp Fuentes-Prior i Salvesen 2004 Arrigo 2005 Beere 2005 Sandri i Carraro 1999

2 532 mowane samobójstwo ), proces precyzyjnie regulowany i inicjowany przez oœrodkowy uk³ad nerwowy lub celowo przez sam¹ komórkê (12). Je eli przyj¹æ hipotezê, e w komórkach miêœniowych po uboju nastêpuje œmieræ miocytów, to proces apoptozy bêdzie rozpoczyna³ siê natychmiast i trwa³ tak d³ugo, jak d³ugo odpowiedzialne za ten proces enzymy bêd¹ pozostawa³y aktywne (25). Po wykrwawieniu zwierz¹t wszystkie komórki s¹ w stanie niedotlenienia (anoksja) i nie otrzymuj¹ adnych 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 systemu nerwowego. Czas trwania fazy rigor, w której ubywa zwi¹zków energetycznych (ATP, fosfokreatyna, glikogen), jest bardzo zmienny w zale noœci od typu miêœnia, gatunku zwierz¹t i warunków wych³adzania tusz. Ostatni etap to tenderyzacja, na d³ugoœæ której wp³ywa wych³adzanie, rodzaj miêœnia, zmiennoœæ osobnicza i gatunkowa. Poœmiertna poprawa kruchoœci miêsa jest wynikiem rozluÿnienia struktur miofibrylarnych przez endogenne peptydazy (34). Przez kilka dekad uwaga by³a skierowana przede wszystkim na dwa najlepiej poznane systemy enzymatyczne, tzn. katepsyny i kalpainy, przy czym wyró niano trzy œcie ki rozwa añ na temat tego procesu: kalpainy s¹ jedynymi protezami odpowiedzialnymi za tenderyzacjê miêsa; w procesie tym uczestnicz¹ katepsyny 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 (proteasomy, kaspazy) (27). Katepsyny (proteazy lizosomalne) by³y pierwszym enzymatycznym systemem uwzglêdnionym w badaniach skupiaj¹cych siê na mechanizmach tenderyzacji miêsa. W póÿniejszym okresie wiêksz¹ uwagê zwrócono na kalpainy (proteazy wapnio-zale ne). Spowodowane by³o to przede wszystkim zdolnoœci¹ kalpain do zmiany gêstoœci linii Z, modyfikacji czêsto obserwowanej w stanie post mortem, nawet je eli nie by³a ona skorelowana z kruchoœci¹ (38). Potwierdzono równie potencjaln¹ rolê w tym procesie 20S proteasomu. Wyniki wielu badañ wykaza³y, e proteasomy mog¹ tak e przyczyniaæ siê do tenderyzacji przechowywanego miêsa (15, 18, 24, 40), jednak rola adnego z tych systemów nie wyjaœnia wszystkich zmian obserwowanych post mortem. Aktualnie wœród peptydaz cysteinowych kalpainy reprezentuj¹ jedn¹ z najwa niejszych grup, obejmuj¹c¹ liczne strukturalnie zbli one peptydazy. Do najlepiej poznanych kalpain nale ¹: µ-kalpainy lub kalpainy 1 (aktywne przy µm koncentracji wapnia), m-kalpainy lub kalpainy 2 (aktywne przy mm koncentracji Medycyna Wet. 2011, 67 (8) wapnia) i µ/m-kalpainy (aktywne przy poœredniej koncentracji wapnia). W tkance miêœniowej wszystkich gatunków zwierz¹t stwierdzono wystêpowanie µ i m- -kalpain, natomiast obecnoœæ µ/m kalpain obserwowano jedynie w miêœniach kurcz¹t (34). Aktywnoœæ kalpain jest kontrolowana g³ównie przez jony wapnia, fosfolipidy i kalpastatynê, ich specyficzny inhibitor (34). Potwierdzono, e kalpastatyna to rodzina z³o ona z co najmniej czterech ró nych izoform, a ich wystêpowanie zró nicowane jest w miêœniach szkieletowych wolno i szybko kurcz¹cych siê (26, 30). Termin katepsyny zasadniczo odnosi siê do peptydaz zlokalizowanych w lizosomach, które w wiêkszoœci s¹ aktywne przy kwaœnym ph. Jest to rzeczywiœcie z³o ona grupa enzymów, obejmuj¹ca egzoi endopeptydazy, nale ¹ce do rodzin peptydaz: cysteinowych (katepsyny B, H, L, X), asparaginowych (katepsyny 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 kontrolowana przez kilka czynników obejmuj¹cych ph, potencja³ oksydoredukcyjny czy specyficzne endogenne inhibitory (34). W³asne inhibitory katepsyn okreœlane s¹ jako cystatyny (8, 34). Termin cystatyna odnosi siê do grupy inhibitorów peptydazy cysteinowej (3, 20), które s¹ nieaktywne w przypadku innych klas peptydaz (seryno-, aspartylo- i metalopeptydaz). Wszyscy cz³onkowie rodziny cystatyn hamuj¹ peptydazy cysteinowe, takie jak papaina i g³ówne lizosomalne peptydazy (w tym katepsyny B, H i L). Znaczenie cystatyn w miêœniach 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 tkankach i komórkach, odgrywaj¹c centraln¹ rolê w z³o- onych procesach komórkowych, takich jak tworzenie antygenów, ró nicowanie komórek czy apoptoza. S¹ równie zaanga owane w degradacjê tkanki miêœniowej podczas ró nych schorzeñ i sepsy. Aktywnoœæ 20S proteasomu jest pod kontrol¹ specyficznych aktywatorów (PA700 i PA28) oraz inhibitorów (34). Proteasomy najprawdopodobniej nie bior¹ udzia³u we wczesnej fazie destabilizacji miofibryli (13). Dopiero dziêki dzia³aniu kalpain i zmianom w³aœciwoœci fizykochemicznych miêœni nastêpuje destabilizacja struktur miofibrylarnych, co prowadzi do powolnej denaturacji bia³ek, które w konsekwencji staj¹ siê dostêpne dla proteasomu 20S (31) i ulegaj¹ hydrolizie (6). O efekcie tenderyzacji miêsa decyduje zatem synergistyczne dzia³anie kilku endogennych systemów enzymatycznych, których funkcja nie jest jeszcze w pe³ni wyjaœniona.

3 Medycyna Wet. 2011, 67 (8) 533 Programowana œmieræ komórek (apoptoza, apo odleg³oœæ, ptosis wypadniêcie) jest fizjologicznym mechanizmem naturalnie wystêpuj¹cym w ywych organizmach, zapewniaj¹cym ich selektywn¹ eliminacjê. Proces ten usuwa nadmierne (zbyteczne), uszkodzone lub potencjalnie niebezpieczne komórki organizmu bez uszkodzenia komórek s¹siednich (9, 12). Takie systematyczne oczyszczanie komórek jest niezbêdne do normalnego rozwoju organizmów wielokomórkowych podczas embriogenezy i utrzymywania homeostazy tkanek u dojrza³ych organizmów (7, 16, 19). Bardzo œcis³a regulacja tego programu jest niezbêdna, aby zapewniæ, e jest aktywowany tylko we w³aœciwych komórkach i we w³aœciwym czasie. Deregulacja procesu apoptozy wi¹ e siê natomiast z ró - nymi patologiami, takimi jak rak, choroby autoimmunologiczne i degeneracyjne (12, 33, 39). Wed³ug nomenklatury zaproponowanej przez Alnemri 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 asparaginowego i ase jako przyrostek wspólny dla wszystkich enzymów. Do tej pory zosta³o zidentyfikowanych 14 kaspaz, przy czym niektóre z nich s¹ charakterystyczne 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 prawdopodobnie 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 efektorowe niszcz¹ce komórki po aktywacji kaspazy 3, 6 i 7. U ludzi apoptoza w tkance miêœniowej by³a badana g³ównie w zwi¹zku z patologiami obejmuj¹cymi zaburzenia 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 zapocz¹tkowaæ 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 miêœniowych i jaki jest ich zwi¹zek z modyfikacj¹ ró nych w³aœciwoœci obserwowanych podczas dojrzewania miêsa (25). Ryc. 1. Fazy konwersji miêœni do miêsa. Dodatkowo do faz rigor i dojrzewania nale y dodaæ etap inicjuj¹cy œmieræ komórkow¹ i jego wp³yw na biochemiczne oraz strukturalne zmiany w komórce Ouali i wsp. (25) W miêœniu post mortem proponowana œcie ka apoptozy jest mo liwa w wyniku interakcji kalpain, kaspaz i katepsyn (jakkolwiek i inne systemy enzymatyczne mog¹ byæ równie zaanga owane w ten proces). W czasie pogorszenia warunków tlenowych do przetrwania komórka wykorzystuje proces beztlenowej glikolizy. Powoduje to gromadzenie siê kwasu mlekowego, prowadz¹ce do spadku ph. Kwaœny odczyn jest szkodliwy dla b³on organelli, co w konsekwencji powoduje uwolnienie jonów wapnia z siateczki sarkoplazmatycznej i mitochondriów do cytoplazmy komórkowej (42). Przyjmuje siê, e do aktywacji kalpain niezbêdna jest obecnoœæ jonów wapnia. Wapñ jest ponadto istotnym efektorem uruchomienia i kontroli apoptozy (23, 37). W miêœniach post mortem stê enie wapnia zwiêksza siê stopniowo w cytoplazmie w trakcie rigor mortis jednoczeœnie, jak reticulum sarkoplazmatyczne jest opró niane z jej zawartoœci (42). Wiadomo równie, e ten kation jest centralnym elementem procesu apoptozy, powoduj¹c obrzêk (zwiêkszenie objêtoœci) i rozleg³e 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 poœwiêcono poubojowym zmianom wewn¹trz- i zewn¹trzkomórkowych przestrzeni, zwi¹zanych z przemieszczaniem 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 niewyjaœniona, jest wczeœniejsze, tzn. bezpoœrednio tu po uboju, zwiêkszenie przestrzeni pozakomórkowej, ale przy obojêtnym ph. Zmiany zwi¹zane ze œmierci¹ komórki mog¹ wyjaœniaæ ten proces, poniewa komórka

4 534 wchodz¹ca w stan apoptozy jest oddzielana od innych i kurczy siê. Konsekwencj¹ tych zmian jest zmniejszenie wewn¹trzkomórkowej przestrzeni i równoleg³y wzrost przestrzeni pozakomórkowej. Guignot i wsp. (11) wykazali, e przestrzeñ pozakomórkowa osi¹ga maksymaln¹ wartoœæ oko³o 10 h post mortem. Dlatego te kurczenie siê komórek zwi¹zanych ze œmierci¹ komórkow¹ zbiega siê z okresem wielofazowego spadku ph i stopniowym wzrostem przestrzeni pozakomórkowej. 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 komórkowe receptory œmierci (29). Utrata zdolnoœci ³añcucha oddechowego do utlenienia tlenu cz¹steczkowego powoduje, e zewnêtrzna b³ona mitochondrialna staje siê przepuszczalna dla wszystkich sk³adników bia³kowych, zlokalizowanych w przestrzeni œródb³onowej, ³¹cznie z cytochromem c. Ponadto i inne bia³ka o aktywnoœci proapoptotycznej s¹ wydalane do cytozolu (43). Równolegle, wapñ z reticulum œródplazmatycznego zostaje przeniesiony do mitochondriów. Mitochondria staj¹ siê przeci¹ one wapniem, co powoduje nieodwracalne zmiany w ich wewnêtrznej 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 temperaturze, w³¹cznie z mro eniem. Ten zasadniczy etap inicjuj¹cy powinien byæ zatem brany pod uwagê w badaniach dotycz¹cych identyfikacji g³ównych czynników wp³ywaj¹cych na smak miêsa i zmiany barwy (25, 27). Powszechnie wiadomo, e stres os³abia proces dojrzewania 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), komórki odbieraj¹ sygna³y indukuj¹ce apoptozê za poœrednictwem receptorów œmierci komórkowej. Jeœli natomiast stres nie jest a tak powa ny, komórki przygotowuj¹ 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). Bia³ka te pomagaj¹ w ochronie wewn¹trzkomórkowych Medycyna Wet. 2011, 67 (8) komponentów i struktur wobec zagro eñ zwi¹zanych z utrat¹ ich funkcji biologicznych (27). W odniesieniu do problemu œmierci komórkowej HSP mog¹ natomiast posiadaæ w³aœciwoœci antyapoptotyczne (5). W konsekwencji bêd¹ one spowalniaæ proces œmierci komórek, a tym samym stanowiæ przeszkodê 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 rozluÿnienia struktury miofibryli, poprzez synergistyczne dzia³anie endogennych peptydaz, w tym g³ównie katepsyn, kalpain i proteasomu (34). Aktualnie kalpainy s¹ uwa ane za g³ówny system proteolityczny odpowiedzialny za tenderyzacjê miêsa i wiêkszoœæ jest sk³onna przychyliæ siê do opinii, e system ten wyjaœnia wiêkszoœæ zmian w miêœniach 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 kaspazy. Peptydazy te bowiem specjalizuj¹ siê w niszczeniu komórek i prawdopodobnie jako pierwsze degraduj¹ kluczowe bia³ka utrzymuj¹ce z³o on¹ strukturê przestrzenn¹ miofibryli w komórkach miêœniowych. 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 równie w miêœniach po uboju, a z powodu zmian warunków fizykochemicznych zachodz¹cych w miêœniach zwierz¹t po wykrwawieniu, stopieñ uszkodzenia komórek 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 aktywnoœæ hydrolityczn¹ tych peptydaz. Byæ mo e, uwaga skierowana na kaspazy przyczyni siê do wyjaœnienia 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 obecnie stosunkowo dobrze poznany. Chocia wszystkie mediatory nie s¹ jeszcze zidentyfikowane, znajomoœæ mechanizmów apoptozy jest wystarczaj¹ca do w³¹czenia jej w badaniach 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 œrodowiskowych, które istniej¹ po wykrwawieniu zwierz¹t. Jest to unikalna i mo liwa droga dla komórek oraz tkanek zwierz¹t wszystkich gatunków po œmierci, daj¹ca

5 Medycyna Wet. 2011, 67 (8) 535 mo liwoœæ odpowiedzi na wiele pytañ dotycz¹cych konwersji miêœni do miêsa. Do tradycyjnego spojrzenia 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, Arrigo A. P.: In search of the molecular mechanism by which small stress proteins counteract apoptosis during cellular differentiation. J. Cell. Biochem. 2005, 94, Barrett A. J.: The cystatins: a new class of peptidase inhibitors. Trends Biochem. Sci. 1987, 12, Beere H. M.: Death versus survival: functional interaction between the apoptotic and stress-inducible heat shock protein pathways. J. Clin. Invest. 2005, 115, Beere H. M.: The stress of dying: the role of heat shock proteins in the regulation of apoptosis. J. Cell Sci. 2004, 117, Davies K. J. A.: Degradation of oxidized proteins by the 20S proteasome. Biochimie 2001, 94, Dirks A. J., Leeuwenburgh C.: The role of apoptosis in agerelated skeletal muscle atrophy. Sports Medicine 2005, 35, Dubin G.: Proteinaceous cysteine protease inhibitors. Cell. Molec. Life Sci. 2005, 62, Fidzianska A., Kaminska A., Glinka Z.: Muscle cell death. Ultrastructural differences between muscle cell necrosis and apoptosis. Neuropatologia Pol. 1991, 29, Fuentes-Prior P., Salvesen G. S.: The protein structures that shape caspase- -activity, specificity, activation, and inhibition. Biochem. J. 2004, 384, Guignot F., Vignon X., Monin G.: Post mortem evolution of myofilament spacing and extracellular space in veal muscle. Meat Sci. 1993, 33, Kerr J. F., Wyllie A. H., Currie A. R.: Apoptosis: a basic biological phenomenon with wide-ranging implications in tissue kinetics. Br. J. Cancer 1972, 26, 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, Kos J., Lah T. T.: Cysteine proteinases and their endogenous inhibitors: target proteins for prognosis, diagnosis and therapy in cancer. Oncology Rep. 1998, 5, 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, Leeuwenburgh C.: Role of apoptosis in sarcopenia. J. Gerontology A. Biol. Sci. Med. Sci. 2003, 58, Liu C. C., Ahearn J. M.: Apoptosis of skeletal muscle cells and the pathogenesis of myositis: a perspective. Curr. Rheumatol. Rep. 2001, 3, Matsuishi M., Okitani A.: Proteasome from rabbit skeletal muscle: some properties and effects on muscle proteins. Meat Sci. 1997, 45, Meier P., Finch A., Evan G.: Apoptosis in development. Nature 2000, 407, 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, 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, Offer G., Knight P.: The structural basis of water-holding in meat. II. Drip losses. Develop. Meat Sci. 1988b, 4, Orrenius S., Zhivotovsky B., Nicotera P.: Regulation of cell death: the calcium-apoptosis link. Nature Rev. Mol. Cell Biol. 2003, 4, Otsuka Y., Homma N., Shiga K., Ushiki J., Ikeuchib Y., Suzukib A.: Purification and properties of rabbit muscle proteasome, and its effect on myofibrillar structure. Meat Sci. 1998, 49, 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, Ouali A., Talmant A.: Calpains and calpastatin distribution in bovine, porcine and ovine skeletal muscles. Meat Sci. 1990, 28, 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, Primeau A. J., Adhihetty P. J., Hood D. A.: Apoptosis in heart and skeletal muscle. Canad. J. Appl. Physiol. 2002, 27, Ravagnan L., Roumier T., Kroemer G.: Mitochondria, the killer organelles and their weapons. J. Cell Physiol. 2002, 192, Raynaud P., Gillard M., Parr T., Bardsley R., Amarger V., Leveziel H.: Correlation between bovine calpastatin mrna transcripts and protein isoforms. Arch. Biochem. Biophys. 2005, 440, Robert N., Briand M., Taylor R. G., Briand Y.: The effect of proteasome on myofibrillar structures in bovine skeletal muscle. Meat Sci. 1999, 51, Sandri M.: Apoptotic signaling in skeletal muscle fibers during atrophy. Current Op. Clin. Nutr. Met. Care 2002, 5, Sandri M., Carraro U.: Apoptosis of skeletal muscles during development and disease. Internat. J. Biochem. Cell Biol. 1999, 31, Sentandreu M. A., Coulis G., Ouali A.: Role of muscle endopeptidases and their inhibitors in meat tenderness. Trends Food Sci. Technol. 2002, 13, 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, 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 carcinoma of the head and neck. Clin. Cancer Res. 2000, 6, Szabadkai G., Rizzuto R.: Participation of endoplasmic reticulum and mitochondrial calcium handling in apoptosis: more than just neighbourhood. FEBS Letters 2004, 567, 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, Tews D. S.: Muscle-fiber apoptosis in neuromuscular diseases. Muscle Nerve 2005, 32, 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, Veiseth E., Koohmaraie M.: Beef tenderness: significance of the calpain proteolytic system, [w:] Hocquette J. F., Gigli S. (eds): Indicators of Milk and Beef Quality. EAAP Publication 112, Wageningen Academic Publishers, Wageningen 2005, 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, Youle R. J., Karbowski M.: Mitochondrial fission in apoptosis. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2005, 6, Adres autora: dr hab. in. Mariusz Florek, ul. Akademicka 13, Lublin; mariusz.florek@up.lublin.pl