Сократительные белки: функции, примеры
Белки (полипептиды, протеины) представляют собой высокомолекулярные вещества, в состав которых входят альфа-аминокислоты, соединенные пептидной связью. Состав протеинов определяется в живых организмах генетическим кодом. Как правило, при синтезе используется набор из 20 стандартных аминокислот.
Классификация белков
Разделение протеинов осуществляется по разным признакам:
По последнему критерию белки классифицируются:
- На структурные.
- Питательные и запасные.
- Транспортные.
- Сократительные.
Структурные белки
К ним относят эластин, коллаген, кератин, фиброин. Структурные полипептиды участвуют в процессе формирования мембран клеток. Они могут создавать в них каналы или осуществлять иные функции.
Питательные, запасные протеины
Питательным полипептидом является казеин. За счет него растущий организм обеспечивается кальцием, фосфором и аминокислотами.
Запасными являются белки семян культурных растений, яичный белок. Они потребляются на этапе развития зародышей. В человеческом организме, как и у животных, протеины не откладываются в запас. Их необходимо регулярно получать с пищей, иначе вероятно развитие дистрофии.
Транспортные полипептиды
Классическим примером таких белков является гемоглобин. В крови обнаруживаются и другие полипептиды, участвующие в перемещении гормонов, липидов и других веществ.
В мембранах клетки находятся протеины, обладающие способностью транспортировать ионы, аминокислоты, глюкозу и прочие соединения через клеточную мембрану.
Сократительные белки
Функции этих полипептидов связаны с работой мышечных волокон. Кроме того, они обеспечивают движение ресничек и жгутиков у простейших. Сократительные белки выполняют функцию транспортировки органелл внутри клетки. За счет их наличия обеспечивается изменение клеточных форм.
Примерами сократительных белков являются миозин и актин. Стоит сказать, что эти полипептиды обнаруживаются не только в клетках мышечных волокон. Сократительные белки выполняют свои задачи практически во всех тканях животных.
Особенности
В клетках обнаруживается индивидуальный полипептид – тропомиозин. Сократительный мышечный белок миозин является его полимером. Он образует комплекс с актином.
Сократительные белки мышц не растворяются в воде.
Скорость синтеза полипептидов
Ее регулируют тиреоидные и стероидные гормоны. Проникая в клетку, они связываются со специфическими рецепторами. Образованный комплекс проникает в клеточное ядро и связывается с хроматином. За счет этого повышается скорость синтеза полипептидов на генном уровне.
Активные гены обеспечивают усиление синтеза определенной РНК. Она выходит из ядра, направляется к рибосомам и активирует синтез новых структурных либо сократительных белков , ферментов или гормонов. В этом заключается анаболическое действие генов.
Между тем белковый синтез в клетках – процесс достаточно медленный. Он требует больших энергетических затрат и пластического материала. Соответственно, гормоны не в состоянии оперативно контролировать метаболизм. Ключевая их задача состоит в регуляции роста, дифференциации и развития клеток в организме.
Мышечное сокращение
Оно является ярким примером сократительной функции белков . В ходе исследований было установлено, что в основе сокращения мускулатуры лежит изменение физических свойств полипептида.
Сократительную функцию выполняет белок актомиозин, взаимодействующий с аденозинтрифосфорной кислотой. Эта связь сопровождается сокращением миофибрилл. Такое взаимодействие можно наблюдать вне организма.
К примеру, если на вымоченные в воде (мацерированные) волокна мышц, лишенные возбудимости, воздействовать раствором аденозинтрифосфата, начнется их резкое сокращение, аналогичное сокращению живой мускулатуры. Этот опыт имеет важнейшее практическое значение. Он доказывает тот факт, что для мышечного сокращения необходима химическая реакция сократительных белков с веществом, богатым энергией.
Действие витамина Е
С одной стороны, он является главным внутриклеточным антиоксидантом. Витамин Е обеспечивает защиту жиров и прочих легкоокисляемых соединений от окисления. Вместе с тем он выступает в качестве переносчика электронов и участвует в окислительно-восстановительных реакциях, которые связаны с запасанием высвобождаемой энергии.
Дефицит витамина Е вызывает атрофию мышечной ткани: содержание сократительного белка миозина резко уменьшается, и его заменяет коллаген – инертный полипептид.
Специфика миозина
Он считается одним из ключевых сократительных белков . На его долю приходится порядка 55 % от общего содержания полипептидов в мышечной ткани.
Из миозина состоят филаменты (толстые нити) миофибрилл. В молекуле присутствует длинная фибриллярная часть, имеющая двуспиральную структуру, и головки (глобулярные структуры). В составе миозина выделяют 6 субъединиц: 2 тяжелые и 4 легкие цепи, находящиеся в глобулярной части.
В качестве основной задачи фибриллярного участка выступает способность формировать пучки филаментов миозина или толстые протофибриллы.
На головках находятся активный участок АТФ-азы и актинсвязывающий центр. За счет этого обеспечивается гидролиз АТФ и связь с актиновыми филаментами.
Разновидности
Подвидами актина и миозина считаются:
- Динеин жгутиков и ресничек простейших.
- Спектрин в мембранах эритроцитов.
- Нейростенин перисинаптических мембран.
К разновидностям актина и миозина можно также отнести полипептиды бактерий, ответственные за перемещение различных веществ в градиенте концентраций. Этот процесс называется также хемотаксисом.
Роль аденозинтрифосфорной кислоты
Если поместить нити актомиозина в раствор кислоты, добавить ионы калия и магния, можно увидеть, что они укорачиваются. При этом наблюдается расщепление АТФ. Это явление свидетельствует о том, что распад аденозинтрифосфорной кислоты имеет определенную связь с изменением физико-химических свойств сократительного белка и, следовательно, с работой мышц. Впервые этот феномен был выявлен Сцент-Дьиордьи и Энгельгардтом.
Синтез и распад АТФ имеют важнейшее значение в процессе превращения химической энергии в механическую. При распаде гликогена, сопровождающегося выработкой молочной кислоты, как и при дефосфорилировании аденозинтрифосфорной и креатинфосфорной кислот, участие кислорода не требуется. Этим объясняется способность изолированной мышцы функционировать в анаэробных условиях.
В волокнах мускулатуры, утомленных при работе в анаэробной среде, накапливаются молочная кислота и продукты, образовавшиеся при распаде аденозинтрифосфорной и креатинфосфорной кислот. В результате исчерпываются запасы веществ, при расщеплении которых выделяется необходимая энергия. Если поместить утомленную мышцу в условия, содержащие кислород, она будет его потреблять. Некоторое количество молочной кислоты начнет окисляться. В результате образуются вода и углекислый газ. Высвобождающаяся энергия будет использоваться для ресинтеза креатинфосфорной, аденозинтрифосфорной кислот и гликогена из продуктов распада. За счет этого мышца снова приобретет способность работать.
Скелетная мышца
Отдельные свойства полипептидов можно объяснить только на примере их функций, т. е. их вклада в сложную деятельность. Среди немногочисленных структур, в отношении которых была установлена корреляция между функциями белков и органа, особого внимания заслуживает скелетная мышца.
Ее клетка активируется за счет нервных импульсов (мембранно-направленных сигналов). В молекулярном плане сокращение основывается на циклическом формировании поперечных мостиков благодаря периодическим взаимодействиям между актином, миозином и Mg-АТР. Кальцийсвязывающие белки и ионы Са выступают в качестве посредников между эффекторами и нервными сигналами.
Посредничество ограничивает скорость ответа на импульсы «включение/выключение» и предотвращает самопроизвольные сокращения. Вместе с тем некоторые осцилляции (колебания) маховых мышечных волокон крылатых насекомых контролируют не ионы или аналогичные низкомолекулярные соединения, а непосредственно сократительные белки. За счет этого возможны очень быстрые сокращения, которые после активации протекают самостоятельно.
Жидкокристаллические свойства полипептидов
При укорочении мышечных волокон изменяется период решетки, образованной протофибриллами. При вхождении решетки из тонких нитей в структуру из толстых элементов тетрагональную симметрию сменяет гексагональная. Это явление можно считать полиморфным переходом в жидкокристаллической системе.
Особенности механохимических процессов
Они сводятся к трансформации химической энергии в механическую. АТФ-азная активность митохондриальных клеточных мембран имеют сходство с актом иозиновой системы скелетной мускулатуры. Общие черты отмечаются и в их механохимических свойствах: они сокращаются под влиянием АТФ.
Следовательно, в мембранах митохондрий должен присутствовать сократительный белок. И он действительно там присутствует. Установлено, что сократительные полипептиды задействованы в митохондриальной механохимии. Однако выяснилось также, что значительную роль в процессах играет и фосфатидилинозитол (липид мембран).
Дополнительно
Молекула белка миозина не только способствует сокращению разных мышц, но и может участвовать в других внутриклеточных процессах. Речь, в частности, о перемещении органелл, прикреплении актиновых нитей к мембранам, формировании и функционировании цитоскелета и пр. Почти всегда молекула так или иначе взаимодействует с актином, являющимся вторым ключевым сократительным белком.
Было доказано, что молекулы актомиозина могут изменять длину под воздействием химической энергии, высвобождаемой при отщеплении от АТФ остатка фосфорной кислоты. Другими словами, именно этот процесс обуславливает сокращение мышц.
Система АТФ, таким образом, выступает как своего рода аккумулятор химической энергии. По мере надобности она превращается непосредственно в механическую при посредничестве актомиозина. При этом отсутствует промежуточный этап, характерный для процессов взаимодействия других элементов, — переход в тепловую энергию.
источник
Химический состав мышечной ткани
В мышечной ткани человека содержится 72–80% воды и 20–28% сухого остатка от массы мышцы. Вода входит в состав большинства клеточных структур и служит растворителем для многих веществ. Большую часть сухого остатка образуют белки и другие органические соединения (табл. 2).
Рис. 4. Схема расположения Т-систем и саркоплазматического
ретикулума в мышечном волокне
Химический состав скелетных мышц млекопитающих
| Компонент | % на сырую массу | Компонент | % на сырую массу |
| Вода | 72–80 | АТФ | 0,25–0,40 |
| Сухой остаток: | 20–28 | карнозин | 0,20–0,30 |
| белки | 16,50–20,90 | карнитин | 0,02–0,05 |
| гликоген | 0,30–3,00 | ансерин | 0,09–0,15 |
| фосфолипиды | 0,40–1,00 | свободные аминокислоты | 0,10–0,70 |
| холестерин | 0,06–0,20 | молочная кислота | 0,01–0,02 |
| креатинфосфат | 0,20–0,55 | зола | 1,00–1,50 |
| креатин | 0,003–0,005 |
Среди белков мышечной ткани выделяют три основные группы: саркоплазматические белки, на долю которых приходится около 35%, миофибриллярные белки, составляющие около 45%, и белки стромы, количество которых достигает 20%.
Саркоплазматические белки растворимы в воде и слабых солевых растворах. Основную массу их составляют белки-ферменты, локализованные главным образом в митохондриях и катализирующие процессы окислительного фосфорилирования, а также многие ферменты гликолиза, азотистого и липидного обменов, находящиеся в саркоплазме. К этой группе относится также белок миоглобин, который связывает кислород с большим сродством, чем гемоглобин, и депонирует молекулярный кислород в мышцах. В последнее время открыта группа саркоплазматических белков парвальбуминов, которые способны связывать ионы кальция, однако их физиологическая роль остается не выясненой.
Миофибриллярные белки включают сократительные белки миозин, актин и актомиозин, а также регуляторные белки тропомиозин, тропонин, α- и β-актинины. Миофибриллярные белки обеспечивают сократительную функцию мышц.
Миозин является одним из основных сократительных белков мышц и составляет около 55% общего количества мышечных белков. Из него состоят толстые нити (филаменты) миофибрилл. Молекулярная масса этого белка – около 470 000. В молекуле миозина различают длинную фибриллярную часть и глобулярные структуры (головки). Фибриллярная часть молекулы миозина имеет двуспиральную структуру (рис. 5).
В составе молекулы выделяют шесть субъединиц: две тяжелые полипептидные цепи (молекулярная масса 200 000) и четыре легкие цепи (молекулярная масса 1500–2700), расположенные в глобулярной части. Основной функцией фибриллярной части молекулы миозина является способность образовывать хорошо упорядоченные пучки миозиновых филаментов или толстые протофибриллы (см. рис. 5). На головках молекулы миозина расположены активный центр АТФ-азы и актинсвязывающий центр, поэтому они обеспечивают гидролиз АТФ и взаимодействие с актиновыми филаментами.
Рис. 5. Схема строения молекулы миозина (а), миозинового пучка (б)
и миозиновой толстой нити (в)
Молекула миозина содержит значительное количество глутаминовой аминокислоты и имеет большой отрицательный заряд, что усиливает связывание свободных ионов Са 2+ и Мg 2+ . В присутствии ионов Са 2+ повышается АТФ-азная активность миозина и скорость гидролиза АТФ согласно уравнению
Химическая энергия АТФ, освобождающаяся в ходе данной ферментативной реакции, используется для изменения конформации белка миозина и генерации напряжения между толстыми и тонкими нитями миозина в сокращающейся мышце. Посредством ионов Mg 2+ миозин способен присоединять молекулы АТФ и АДФ, а также взаимодействовать с молекулами актина, находящимися в составе тонких нитей миофибрилл.
Актин – второй сократительный белок мышц, который составляет основу тонких нитей (рис. 6). Известны две его формы – глобулярный G-актин и фибриллярный F-актин. Глобулярный актин – это шарообразный белок с молекулярной массой 42 000. На его долю приходится около 25% общей массы мышечного белка.
В присутствии Мg 2+ актин подвергается нековалентной полимеризации с образованием нерастворимого филамента в виде спирали, получившего название F-актин. Обе формы актина не обладают ферментативной активностью. Каждая молекула G-актина способна связывать один ион Ca 2+ , который играет важную роль в инициировании сокращения. Кроме того, молекула G-актина прочно связывает одну молекулу АТФ или АДФ. Связывание АТФ G-актином обычно сопровождается его полимеризацией с образованием F-актина и одновременным расщеплением АТФ до АДФ и фосфата. АДФ остается связанной с фибриллярным актином. Процесс полимеризации актина можно описать следующим уравнением:
F-актин активирует АТФ-азу миозина, что создает движущую силу процессу сокращения.
Рис. 6. Схема строения актиновой, или тонкой нити
Актин способен взаимодействовать с миозином, образуя актомиозиновый комплекс. Молярное соотношение актина и миозина в актомиозиновом комплексе – примерно 1:1. Нить F-актина может связывать большое число молекул миозина. Существенным свойством актомиозинового комплекса является диссоциация его в присутствии АТФ и Мg 2+ .
В состав тонких нитей наряду с актином входят и другие минорные белки – тропомиозин, тропонины, актинины.
Тропомиозин (Тм) – это структурный белок актиновой нити, представляющий собой вытянутую в виде тяжа молекулу. Две его полипептидные цепи как бы обвивают актиновые нити (см. рис. 6). На концах каждой молекулы тропомиозина расположены белки тропониновой системы, наличие которой характерно только для поперечно-полосатых мышц.
Тропонин (Тн) является регуляторным белком актиновой нити. Он состоит из трех субъединиц – ТнТ, ТнI и ТнС. Тропонин Т(ТнТ) обеспечивает связывание этих белков с тропомиозином. Тропонин I (ТнI) блокирует (ингибирует) взаимодействие актина с миозином.
Тропонин С (ТнС) – это Са 2+ — связывающий белок, структура и функции которого подобны широко распространенному в природе белку кальмодулину. Тропонин С, как и кальмодулин, связывает четыре иона Са 2+ на молекулу белка и имеет молекулярную массу 17 000. В присутствии Са 2+ изменяется конформация тропонина С, что приводит к изменению положения Тн по отношению к актину, в результате чего открывается центр взаимодействия актина с миозином.
Таким образом, тонкий филамент миофибриллы поперечно-полосатой мышцы состоит из F-актина, тропомиозина и трех тропониновых компонентов – ТнС, ТнI и ТнТ. Кроме этих белков, в мышечном сокращении участвует белок актинин. Обнаруживается он в зоне Z-линии, к которой крепятся концы F-актиновых молекул тонких нитей миофибрилл.
Белки мышечной стромы в скелетной мышце представлены в основном коллагеном и эластином, которые входят в состав сарколеммы и Z-линий миофибрилл. Эти белки обладают эластичностью, большой упругостью, что имеет существенное значение для процесса сокращения и расслабления мышцы.
Небелковые компоненты мышц
В состав сухого остатка мышц наряду с белками входят и другие вещества, среди которых выделяют азотсодержащие, безазотистые экстративные вещества и минеральные вещества.
К азотсодержащим веществам скелетных мышц относятся АТФ и продукты ее расщепления – АДФ и АМФ, а также креатинфосфат, креатин, креатинин, карнозин, ансерин, свободные аминокислоты и др.
АТФ, содержащаяся в количестве 0,25-0,40%, и креатинфосфат, количество которого колеблется в пределах 0,4-1,0%, являются источниками энергии мышечного сокращения. Продукты их распада – АДФ, АМФ и креатин – оказывают регулирующее действие на обмен веществ в мышцах. Карнозин является дипептидом и участвует в переносе фосфатных групп, стимулирует работу ионных насосов, увеличивает амплитуду мышечного сокращения, которые снижаются при утомлении и этим способствуют восстановлению работоспособности. Карнитин участвует в переносе жирных кислот – важных энергетических источников – через мембраны митохондрий и тем самым способствует их окислению и энергообразованию.
В состав различных клеточных мембран мышечной ткани входит ряд азотсодержащих фосфолипидов: фосфатидилхолин (лецитин), фосфатидилэтаноламин (кефалин), фосфатидилсерин и др. фосфолипиды участвуют в обменных процессах, являясь поставщиками холина и жирных кислот – субстратов тканевого дыхания. Другие азотсодержащие вещества – мочевина, мочевая кислота, пуриновые основания (аденин, гуанин) – являются промежуточными или конечными продуктами азотистого обмена и встречаются в мышцах в небольших количествах.
К безазотистым соединениям мышечной ткани относится гликоген, который находится в саркоплазме в свободном или связанном с белками состоянии и используется в мышцах как основной энергетический субстрат при напряженной работе. Количество его в зависимости от пищевого рациона питания и степени тренированности колеблется от 0,3 до 3,0% общей массы мышц. При тренировке увеличивается главным образом количество свободного гликогена.
В мышце содержится ряд промежуточных продуктов обмена углеводов – гексозофосфаты, пировиноградная и молочная кислоты.
Из липидов в мышечной ткани обнаруживаются триглицериды в виде капелек жира, а также холестерин.
Минеральные вещества составляют 1–1,5% общей массы мышцы. Состав их разнообразен. Основными катионами являются Na + , К + , Mg 2+ , Са 2+ . Катионы К + сосредоточены в основном внутри мышечных волокон, а Na + – преимущественно в межклеточной жидкости. Они участвуют в процессах возбуждения мышц, запуске их сокращения. Среди анионов преобладают Сl – , Н2РО4 – , НРО4 2– , SO4 2– , НСО3 – .
В мышечной ткани содержится ряд микроэлементов: кобальт, железо, никель, бор, цинк и др. Они являются либо структурными компонентами сложных белковых молекул, либо активаторами ферментов. Все минеральные вещества играют важную роль в регуляции различных биохимических процессов в мышцах.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
источник
Современная теория мышечного сокращения и расслабления. Роль сократительных белков и кальция в развитии мышечного сокращения. Электрохимическое сопряжение
Мышца состоит из мышечных волокон. Мышечное волокно имеет до 1000 миофибрилл. Каждая миофибрилла состоит из множества параллельно лежащих тонких и толстых нитей.
Механизм мышечного сокращения
Толстые нити – это белок миозин, тонкие нити – это белок актин и расположенные на нем вспомогательные белки тропонин и тропомиозин.
К Z-мембране прикреплены нити актина. Между двумя нитями актина лежит одна толстая нить миозина (между двумя Z-мембранами) и она взаимодействует с двумя нитями актина. На нитях миозина есть выросты (ножки), на концах выростов имеются головки миозина (150 молекул миозина).
Тропомиозин, когда мышца расслаблена, пространственно препятствует взаимодействию головок миозина с активными центрами актина. Рядом с тропомиозином располагается молекула тропонина.
Сокращение мышц возникает тогда, когда в районе нитей актина и миозина создается избыток ионов кальция. Возникает тропонин-кальциевый комплекс, и молекула тропонина меняет свою конфигурацию таким образом, что выталкивает тропомиозин. Это и смещает нити актина и миозина относительно друг друга на одно гребковое движение.
Головки миозина расщепляют АТФ и за счет высвобождающейся энергии меняют конформацию, скользя по актиновым филаментам. Цикл можно разделить на 4 стадии:
— Свободная головка миозина связывается с АТФ и гидролизует его до АДФ и фосфата и остаётся связанной с ними. (Обратимый процесс — энергия, выделившаяся в результате гидролиза, запасается в изменённой конформации миозина).
— Головки слабо связываются со следующей субъединицей актина, фосфат отделяется, и это приводит к прочному связыванию головки миозина с актиновым филаментом. Эта реакция уже необратима.
— Головка претерпевает конформационное изменение, производящее подтягивание толстого филамента к Z-диску (или, что эквивалентно, свободных концов тонких филаментов друг к другу).
— Отделяется АДФ, за счёт этого головка отделяется от актинового филамента. Присоединяется новая молекула АТФ.
Все это – теория скольжения. То есть, при сокращении мышечного волокна не происходит укорочения нитей актина и нитей миозина, а происходит их скольжение относительно друг друга. Это энергоемкий процесс.
Мембрана мышечного волокна имеет вертикальные углубления (Т-системы), которые располагаются в районе нахождения саркоплазматического ретикулума.
Возбуждение, которое возникает в мышце, осуществляется за счет входящего натриевого тока. Натрий (Na+), вошедший в клетку в области Т-систем, быстро оказывается в саркоплазматическом ретикулуме. Избыток натрия (Na+) начинает вытеснять кальций (Ca++) из саркоплазматического ретикулума в район сократительных белков (актина и миозина) и концентрация
кальция (Ca++) возрастает в 100 раз. Это и запускает процесс сокращения.
Это и есть процессы, обеспечивающие электромеханическое сопряжение (т.е. взаимосвязь между возбуждением и сокращением).
Энергия АТФ расходуется в ходе мышечного сокращения:
— на работу Са++ -насоса (локализован в мембране СПР закачивает ион против градиента концентрации из саркоплазмы);
— на разрыв связей ножек миозина и активных центров актина
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Лучшие изречения: На стипендию можно купить что-нибудь, но не больше. 9056 — 
| 7261 — 
или читать все.
85.95.179.227 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.
Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно
источник
Краткая характеристика мышечных белков
Миоген (в данном учебном пособии под миогеном подразумевается вся миогеновая фракция А, В и С) составляет примерно 20 % всех белков волокна. Он представляет собой полноценный белок, растворимый в воде. Температура денатурации свободного от солей миогена 55. 60 °С, изоэлектрическая точка в интервале pH 6,0. 6,5. По истечении определенного времени часть миогена переходит в нерастворимое состояние.
Миоальглобулины составляют примерно 1. 2 % белковых веществ мышечного волокна. Растворимы в воде, нерастворимы в кислой среде, так как имеют изоэлектрическую точку около pH 3,0. 3,5; температура их денатурации 45. 47 °С.
Глобулин X составляет около 20 % общего количества мышечного волокна. Этот полноценный белок растворим в солевых растворах даже при низких концентрациях. Температура денатурации 50 °С при pH 6,5 и около 80 °С при pH 7,0. Изоэлектрическая точка располагается в области pH 5,0.
Миоглобин-хромопротеид составляет примерно 0,6. 1,0 % общего количества белков. Состоит из белковой и простетической группы — гема. Гем миоглобина идентичен тему гемоглобина, но на одну молекулу миоглобина приходится одна группа гема; белковая часть отличается от белковой части гемоглобина. В миоглобине отсутствует цистин. В воде мио глобин растворим. Температура денатурации около 60 °С. При денатурации происходит отщепление простетической группы. Миоглобин способен присоединять азота оксид, сероводород и кислород за счет дополнительных связей. При присоединении кислорода образуется оксимиоглобин, который по истечении определенного времени переходит в метмиоглобин буро-коричневого цвета, при этом железо отдает один электрон. Под действием восстановителей метмиоглобин снова образует миоглобин. Эти превращения сходны с превращениями гемоглобина.
Интенсивность окраски мяса зависит от содержания миоглобина, так как он окрашен в темно-коричневый цвет. При переходе более 50 % миоглобина в метмиоглобин окраска мяса становится коричневой.
Миопротеиды — сложные белки, температура денатурации высокая, около 100 °С. Содержание в мышечном волокне незначительно. К группе протеидов относятся также некоторые ферменты мышечного волокна.
Миозин — фибриллярный полноценный белок с асимметрией молекул 10 : 1, составляет примерно 40 % белков волокна. При центрифугировании разделяется на 4 фракции. В данном учебном пособии под миозином подразумевается вся миозиновая фракция. Чистый белок растворим в воде с образованием вязкого раствора, содержащего до 4 % белка, в солевых растворах повышенной концентрации (до 0,6 моль) также растворим. Миозин может взаимодействовать с актином, образуя актомиозин, и с аденозинтрифосфорной кислотой (АТФ), когда он выступает в качестве фермента. В этом случае образуются аденозиндифосфорная (АДФ) и ортофосфорная кислоты и выделяется энергия, которая расходуется на сокращение волокна.
Температура денатурации миозина 45. 50 °С (у птицы около 51 °С). Изоэлектрическая точка при pH 5,4.
Актин — полноценный белок, переваривается пищеварительными ферментами, в волокне его содержится около 12. 15 %. Растворим в двумолярных растворах нейтральных солей при длительном воздействии, осаждается солями кальция, денатурирует при температуре около 50 °С. Под действием растворимых солей щелочных и щелочноземельных металлов (в определенных концентрациях) он переходит в фибриллярную форму в результате линейной агрегации молекул. При удалении этих солей снова превращается в глобулярный актин. Фибриллярный актин образуется при замораживании мышечной ткани в результате увеличения концентрации содержащихся в ней солей.
Актомиозин — комплексный белок. В нем содержится около 2/3 миозина и 1/3 актина. Образуется актомиозин в результате взаимодействия SH-групп миозина (при определенных условиях) с оксигруппами фибриллярного актина. Растворителями извлекается актомиозин, содержащий около 1/5 актина. В присутствии АТФ и в зависимости от ее концентрации актомиозин частично или полностью диссоциирует на миозин и актин. Это изменение тесно связано с сокращением и посмертным окоченением мышц. В составе мышечной ткани актомиозин (в зависимости от условий) может находиться в ассоциированной или частично диссоциированной форме, содержащей неопределенное количество актина. Актомиозин растворим в солевых растворах достаточно высокой концентрации. При этом чем больше в нем актина, тем выше требуется концентрация солей. При разбавлении актин осаждается. Температура денатурации актомио- зина 42. 48 °С.
Тропомиозин — фибриллярный неполноценный белок с асимметрией молекулы 1 : 25. По свойствам и аминокислотному составу близок к миозину, но не содержит триптофан. Содержание его в волокне около 0,5 %. В присутствии нейтральных солей образует вязкие растворы, в которых диспергируется солями на частицы различных размеров. Изоэлектрическая точка при pH 4,6.
Нуклеопротеиды — сложные белки, образованные щелочными белками — гистонами и нуклеиновой кислотой. Это полноценные белки; они составляют небольшую часть белков мышечного волокна.
Примерно 6. 7 % белков мышечного волокна составляют белки стромы, состоящие преимущественно из белков типа коллагена и эластина.
Большинство белковых веществ мышечного волокна обладает свойствами ферментов.
В состав мышечного волокна входят представители всех групп ферментов: ферменты расщепления с участием воды и ортофосфорной кислоты — гидролазы и фосфорилазы; окислительно-восстановительные ферменты (переносчики электронов); десмолазы, катализирующие расщепление связей между атомами углерода; феразы, катализирующие перенос групп атомов между различными соединениями; изомеразы, катализирующие внутримолекулярные переносы. В связи с этим в мышечном волокне возможны самые разнообразные ферментативные превращения. Однако после убоя животного (птицы) в связи с прекращением поступления кислорода в клетки на первый план выступает разрушительная деятельность ферментов, преимущественно гидролаз и фосфорилаз, которая приводит к существенным изменениям белковой, липидной и углеводной фракций и многих экстрактивных веществ.
Влияние окислительно-восстановительных ферментов в посмертных превращениях мышечной ткани в достаточной мере еще не выяснено, хотя, несомненно, их действие имеет практическое значение. Миоглобин обладает пероксидазными свойствами и способствует окислению жира. Каталаза, разрушающая перекись водорода, присутствует в доброкачественном мясе и не обнаруживается в недоброкачественном, что может быть использовано при оценке качества мяса.
Липиды мышечной ткани. В зависимости от вида и упитанности животных тщательно отпрепарированная мышечная ткань содержит разное количество липидов. Часть этих липидов, главным образом глицеридов, находится в тончайших прослойках соединительной ткани и легко извлекается органическими растворителями. Другие липиды входят в состав волокна и не полностью извлекаются растворителями.
Липиды, находящиеся в волокне, распределены в саркоплазме и связаны с фибриллами. Среди них обнаружены глицериды и небольшое количество свободных жирных кислот. Состав глицеридов волокна отличается от состава глицеридов жировой ткани большим содержанием высоконепредельных и летучих жирных кислот.
В липидах мышечной ткани коровы летучие жирные кислоты (уксусная, пропионовая, бутиловая, валериановая, изовалериановая, гексоновая, октановая) составляют около 0,17 %.
Примерно 0,20. 0,25 % липидов приходится на долю фосфатидов, преимущественно лецитина. В небольшом количестве в мышцах обнаружены стериды и холестерин (50. 60 мг% массы мышц). Часть липидов мышечного волокна и холестерина наряду с белками органически входит в его структуру; другая представляет собой промежуточные продукты обмена веществ.
Полиненасыщенные жирные кислоты, фосфолипиды и холестерин — необходимые компоненты пищи. Поданным НИИ питания РАМН, суточная потребность человека в полиненасыщен- ных кислотах в среднем составляет 3. 6 г, фосфолипидах — 5 г, холестерине — 0,3. 0,6 г.
Большинство прочих органических веществ извлекается (экстрагируется) при обработке мяса водой, поэтому их называют экстрактивными. Многие из них претерпевают глубокие химические изменения с момента прекращения жизненных процессов в тканях с образованием других веществ. Поэтому состав этой фракции мышечной ткани качественно и количественно непостоянен, что вызывает изменения и некоторых важных свойств мяса.
Прочие органические вещества мышечной ткани в соответствии с особенностями их состава и значением можно разделить на три группы: азотистые, безазотистые, витамины. В свою очередь, азотистые небелковые вещества подразделяются на азотистые основания, аминокислоты и прочие азотистые вещества.
Азотистые основания представлены основаниями группы карнозина (карнозин, ансерин), основаниями группы креатина (креатин, креатинин, метилгуанидин), основаниями группы холина (холин, карнитин, бетаин), а также пуриновыми и пиримидиновыми основаниями (аденин, гуанин, гипоксантин и др.).
Общее содержание свободных аминокислот в мышечной ткани не превышает 0,7 % ее массы. Их состав непостоянен и меняется с течением времени после прекращения жизни животного.
Из прочих азотистых небелковых веществ к наиболее важным относятся креатинфосфорная (КРФ), аденозинтрифосфорная (АТФ), аденозиндифосфорная (АДФ), аденозинмонофосфор- ная, или адениловая (АМФ), инозиновая кислоты, глутатион, глутамин, мочевина, аммонийные соли.
Несмотря на сравнительно небольшое относительное содержание азотистых экстрактивных веществ, их роль в питании значительна, так как они включают вкусовые, ароматические и биологически активные вещества. Сырое мясо обладает слабым кисловатым запахом и вкусом. Специфический аромат и вкус, присущие каждому виду мяса, появляются лишь после тепловой обработки. Таким образом, в сыром мясе содержатся компоненты, которые, видоизменяясь при нагреве, образуют ароматические и вкусовые вещества.
Среди экстрактивных веществ присутствуют химические раздражители секреции желудочных желез. Как установил акад. И. П. Павлов, без них мясо остается в желудке долгое время, практически не перевариваясь. Мясной экстракт (или навар) он относит к лучшим возбудителям желудочного сока. Эти свойства мясного экстракта обусловлены некоторыми азотистыми основаниями (метилгуанидином, карнозином, карнитином), содержащимися в мышцах.
Количество аммонийных солей в мышечной ткани колеблется в больших пределах (3. 12 мг%). Аммонийный азот иногда обнаруживается даже непосредственно после убоя. Его количество зависит от физиологического состояния и увеличивается в мышцах больных и усталых животных. С течением времени после убоя оно возрастает в результате распада мочевины и дезаминирования глутамина и аспарагина. Содержание аммонийного азота может также возрастать и при порче мяса.
В число важнейших безазотистых органических компонентов мышечной ткани входят гликоген и продукты его фосфоролиза (гексозофосфорные эфиры, молочная кислота) и амилолиза (декстрины, мальтоза, глюкоза). Их количество зависит от физиологического состояния животных перед убоем и от глубины автолитических процессов после убоя, в ходе которых гликоген расщепляется до низкомолекулярных соединений.
Часть гликогена мышечного волокна связана с белками (миозином, миогеном), другая находится в свободном состоянии. Количество гликогена в парном мясе в среднем составляет 450. 900 мг%, но может превышать 1 %. В мышцах плохо откормленных, истощенных и больных животных его в 2. 3 раза меньше, чем в мышцах откормленных животных, находящихся в нормальном физиологическом состоянии. В разных мышцах содержание гликогена различно: в усиленно работающих мышцах его почти в 1,5 раза больше, чем в мало работающих.
Соответственно количеству гликогена изменяется и содержание в мышцах продукта его распада, в том числе и молочной кислоты. Ее количество колеблется в пределах 150. 700 мг% и наряду с некоторыми другими кислотами (фосфорной, пировиноградной, янтарной) определяет величину pH мышечной ткани. Количество моносахаридов в пересчете на глюкозу колеблется в пределах 0,6. 0,09 мг%.
В состав мышечной ткани входят почти все водорастворимые витамины. Для различных видов животных и разного их состояния количество витаминов неодинаково. Ниже приведено примерное содержание водорастворимых витаминов в мышечной ткани животных, мг%.
К витаминам относится также холин, содержащийся в мышцах в количестве 80. 110 мг%. В липидной части мышц содержится некоторое количество витамина А (около 0,02 мг%).
Минеральные вещества. В составе мышечной ткани обнаружены металлы: калий, натрий, кальций, магний, железо, цинк. Эти металлы частично связаны с белковыми коллоидами мышечного волокна, заряженными в большинстве отрицательно, частично с неорганическимианионами пиро- и ортофосфорной, серной, соляной, угольной кислот, с которыми образуют электролиты. В белках мышц больше катионов, чем анионов, в мышечной жидкости — наоборот. Некоторые электролиты (соли угольной, фосфорной кислот) играют роль буферных систем мышечного волокна. Железо входит в состав миоглобина. Количество минеральных фосфорных соединений колеблется в связи с распадом органических фосфорсодержащих составных частей мышечной ткани. В мышцах в незначительном количестве (примерно 0,06. 0,08 мг%) содержатся микроэлементы: медь, марганец, никель, кобальт и другие, являющиеся компонентами ферментных систем.
В состав мышечной ткани кроме перечисленных минеральных составных частей входит сероводород. Количество сероводорода незначительно и обычно не превышает 0,5 мг%. Но иногда оно может достигать 12. 20 мг%, что обычно связано с особенностями технологической обработки мяса. При порче мяса содержание сероводорода в нем резко возрастает.
Основу соединительной ткани составляют коллагеновые и эластиновые волокна. Коллагеновые волокна преимущественно имеют лентовидную форму, хотя известно пять их морфологических вариантов; эластиновые волокна нитевидной формы. Коллагеновые и эластиновые волокна вместе с перепонками образуют губчатую структуру соединительной ткани, в ячейках которой содержится тканевая жидкость. Клеточные элементы в соединительной ткани немногочисленны, хотя и разнообразны.
В зависимости от соотношения в составе соединительной ткани коллагеновых и эластиновых волокон и других морфологических элементов различают ее разновидности: плотную, рыхлую и эластическую. Плотная соединительная ткань содержит преимущественно коллагеновые волокна. Она образует сухожилия, связки, оболочки мускулов и внутренних органов, входит в состав кожи. Рыхлая соединительная ткань в отличие от плотной содержит больше клеточных элементов. Она главным образом связывает другие ткани и мускулы между собой, а также кожу с поверхностнрй фасцией. На основе этой ткани развивается жировая ткань. В эластической ткани преобладают эластиновые волокна. Эта ткань входит в выйную затылочно-шейную связку, желтую фасцию живота и стенки крупных кровеносных сосудов.
Коллагеновые волокна в большинстве случаев являются преобладающим структурным элементом соединительной ткани. Они собраны в пучки различной толщины, ветвящиеся на мелкие волоконца, которые, соединяясь между собой в крупные пучки, образуют единую сложную сетчатую структуру — «вязь». Коллагеновые волокна отличаются большой прочностью: их временное сопротивление разрыву достигает 200. 640 МПа.
Основу структуры коллагеновых волокон составляют элементарные волоконца, образованные протофибриллами диаметром около 0,05 мкм, которые составляют фибриллы с поперечником 0,3. 0,5 мкм. Из фибрилл образованы первичные волокна (поперечник около 10 мкм), а затем сложные волокна — пучки, покрытые тончайшей оболочкой. В пучках фибриллы связаны аморфным веществом, растворяющимся в щелочах и разрушающимся под действием протеолитических ферментов. Коллагеновые волокна содержат около 37 % сухого остатка, в составе которого до 35 % органических веществ, преимущественно коллагена.
В отличие от коллагеновых волокон эластиновые обладают микроскопически однородной структурой. Однако под действием эластазы они распадаются на фибриллы. Их толщина различна: некоторые едва видны под микроскопом, другие по размеру приближаются к коллагеновым волокнам средней величины. Прочность эластиновых волокон меньше прочности коллагеновых: их сопротивление на разрыв 100. 200 МПа. В составе эластиновых волокон около 42 % сухого остатка, из которого 0,2 % приходятся на долю минеральных веществ. В составе органических веществ около 32 % эластина и немного коллагена.
Высокая прочность коллагеновых и упругость эластиновых волокон обусловливают прочностные свойства соединительной ткани в целом, которые значительно превосходят такие же свойства мышечной ткани. Если сопротивление резанию различных мускулов колеблется в пределах 0,013. 0,086 МПа, то для соединительной ткани оно составляет 0,27. 0,40 МПа.
Химический состав соединительной ткани различен и зависит главным образом от соотношения в ней количества коллагеновых и эластиновых волокон. В некоторых видах соединительной ткани (рыхлая соединительная ткань, сухожилия) преобладает коллаген, и в таких тканях несколько больше воды. Другие виды соединительной ткани содержат больше эластина и беднее водой. Так, в состав сухожилий входит до 32 % коллагена и лишь 0,7 % эластина, а в состав выйной связки — до 32 % эластина и лишь 1,6 % коллагена.
Свойства, пищевая ценность и промышленное значение соединительной ткани определяются свойствами коллагена и эластина и их количественным соотношением.
Коллаген неоднороден. Его элементарные частицы — коллагеновые протофибриллы — представляют собой систему колластроминовых нитей и проколлагеновой обкладки. В проколлагеновой обкладке упорядоченно расположен углеводный компонент коллагена — мукополисахарид (гиалуроновая кислота), обусловливающий поперечную исчерченность фибрилл. Даже в очищенном препарате коллагена обнаруживается до 0,65 % углеводов. Таким образом, в коллагеновых волокнах содержится, по меньшей мере, два белка и углеводный компонент, которые, будучи связанными между собой, определяют своеобразие свойств коллагеновых волокон: их прочность, эластичность, устойчивость к растворителям, нагреванию в воде и действию протеолитических ферментов. Эти свойства зависят от того, какая доля мукополисахарида прочно или лабильно связана с белковой частью. Чем больше углеводного компонента связано прочно, тем отчетливее выражены эти свойства.
Мукополисахариды входят также в состав межуточного вещества, цементирующего коллагеновые фибриллы в коллагеновые волокна. Мукополисахариды растворимы в щелочах. В дальнейшем под словом «коллаген» подразумевается комплекс, образованный колластромином и проколлагеном.
В зависимости от анатомического происхождения соединительной ткани различают коллаген волокнистый (сухожилия и кожа), гиалиновый (кость), хондриновый (хрящи). Аминокислотный состав коллагенов разного происхождения несколько различается, но во всех случаях в коллагене очень мало метионина и отсутствует триптофан.
Нативный коллаген нерастворим в воде, но набухает в ней. Он медленно переваривается пепсином и почти не переваривается трипсином и панкреатическим соком, но расщепляется коллагеназой на цепочки параллельно оси волокна. При нагреве коллагена до ’60. 70 °С и тщательной механической деструкции переваривающее действие пепсина усиливается. Таким образом, коллаген, хотя и сравнительно медленно, все же может усваиваться организмом, который выделят его больше, чем получает с пищей. В умеренных количествах коллаген сберегает в пище полноценные белки и выполняет роль пищевых волокон.
При нагревании препаратов коллагена с водой до 58. 65 °С коллагеновые волокна резко (примерно на 1/3) сокращаются. При этом, по-видимому, разрушаются только связи, удерживающие полипептидные цепочки в направлении продольной оси структуры коллагена. Происходят неупорядоченное изгибание и скручивание полипептидных цепей, а также разрыв части преимущественно водородных связей в молекуле коллагена. Это явление называется свариванием коллагена. Сваренный коллаген более доступен действию пепсина. Его прочность резко снижается: например, сопротивление резанию соединительной ткани.
При дальнейшем осторожном нагреве коллагена полностью разрываются водородные и солевые связи, удерживающие полипептидные цепочки в структуре коллагена, без заметного нарушения связей внутри цепей. Этот процесс, протекающий с участием воды, известен под названием пептизации коллагена. Продукт пептизации, состоящий из нескольких связанных друг с другом полипептидных цепочек, называется глютином.
Практически одновременно с образованием глютина происходит гидролитический распад части полипептидных цепочек на более мелкие звенья, в совокупности образующие полидисперсный продукт гидролиза глютина — смесь желатоз (глютоз).
Тщательное механическое разрушение коллагена в воде приводит к нарушению структуры коллагена по плоскостям расположения водородных и солевых связей. Происходит разволокнение коллагена на полипептидные цепочки и образуется продукт, сходный с желатином.
Эластин не содержит триптофана, и в нем очень мало метионина и гистидина. Он почти не переваривается пепсином, медленно — трипсином и сравнительно легко — эластазой. Он очень устойчив к действию химических реагентов, не изменяется в растворах кислот и щелочей, выдерживает длительный нагрев при 125 °С. Следовательно, эластин практически не имеет какой- либо пищевой ценности.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
источник