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第一节、肌肉收缩的生物化学机制一、肌肉的生物化学结构1.肌原纤维的结构a.明带（I带）由细的肌动蛋白纤丝构成。b.暗带（A带）由粗的肌球蛋白现丝构成。c.两条Z线之间为一个肌节，肌节长度的收缩会引起肌肉的收缩。d.肌动蛋白细丝的一端附着在Z线上，而另一端处于游离状态，可在粗丝间相对滑动。e.处在H区两侧较暗的区域，是肌球蛋白粗丝与肌动蛋白细丝重合的区域。2.粗肌原丝——肌球蛋白a.肌球蛋白是粗丝的主要成分，pI=5.4b.肌球蛋白具有ATP酶的活性，生化试验证明，活性中心是半胱氨酸的-SH，可被Mg2+抑制，被Ca2+激活。ATPPi+ADP+11.00卡粗丝上的突起是肌球蛋白的头部，头部具有酶的活性中心。ATP酶的活性重解肌球蛋白肌球蛋白与肌动蛋白结合轻解肌球蛋白c.肌球蛋白可与肌动蛋白结合，生成肌动球蛋白，其结合位点处于酶的活性中心—SH处，因此，存在竞争。ATP占优势肉呈松软状态竞争肌动蛋白占优势肉呈僵直状态肌球蛋白—ATP酶胰蛋白酶3.细肌原丝——肌动蛋白a.细丝中的肌动蛋白是以F—肌动蛋白的形式存在，而F—肌动蛋白是由G—肌动蛋白在同方向上聚合而成的。b.两条F—肌动蛋白扭合在一起，与原肌球蛋白和肌钙蛋白在双螺旋链的沟槽中，镶嵌一条原肌球蛋白丝，形成一条由肌动蛋白、原肌球蛋白、肌钙蛋白组成的细丝。c.在两条F—肌动蛋白中，每个G—肌动蛋白都有一个与粗丝横桥（重解肌球蛋白）的结合点。当细丝与粗丝横桥结合，才能引起肌肉收缩。4.肌动球蛋白a.具有ATP酶的活性，Mg2+，Ca2+均可使其活化。b.在ATP的作用下，可使肌动球蛋白分解成肌球蛋白和肌动蛋白。5.肌质网系统a.肌质网蛋白是它的主要成分，属于胶原蛋白。结合大量的Ca2+b.功能：具有ATP酶的活性是传递Ca2+的部位钙离子泵：在神经系统作用下可放出并收回钙。二、肌肉收缩和松弛的生物化学机制1.静止：肌球蛋白—Mg2+—ATP结合在一起，就阻碍了肌球蛋白和肌动蛋白结合的机会，肌肉处于静止状态。2.收缩：神经系统信号肌质网中Ca2+放出Ca2+Mg2+—ATP中的ATP游离肌球蛋白头部的ATP酶由于与肌球蛋白结合的ATP分解收缩Pi+ADP+11.00卡肌动蛋白就可与肌球蛋白结合，形成肌动球蛋白引起肌肉收缩3.松弛：在肌肉松弛时，神经系统使肌质网系统将Ca2+收回，则ATP酶的活性消失，则ATP逐渐积累。此时，由于Mg2+的存在，将肌动球蛋白中的ATP酶激活，在ATP的作用下，肌球蛋白与肌动蛋白分离，肌肉松弛。第二节、肉的僵直肌肉的收缩与松弛和ATP的关系密切。那么，畜禽宰杀后肌肉内部ATP含量的变化成为肌肉宰后生物化学变化的关键因素。一、宰后ATP含量的变化1.宰前：由三羧酸循环供能，1分子葡萄糖可生成39个ATP3个ATP由糖酵解供能，1分子葡萄糖可生成2个乳酸2.宰后：由CP（磷酸肌酸）供能：CPATPADP肌酸激酶3.酸性极限pHa.定义：一般活体肌肉的pH保持中性（7.0～7.2），宰后由于糖原酵解生成乳酸，肉的pH逐渐下降，一直到阻止糖原酵解的酶的活性为止，这个pH称为极限pH。b.哺乳动物的极限pH为5.4～5.5。c.pH可抑制尤其是细菌的生长繁殖。牲畜种类、不同部位d.影响宰后pH下降速度和程度的因素个体差异宰前状态环境温度外界药物二、宰后胴体的僵直机制由于与肌球蛋白结合的ATP分解永久性收缩Pi+ADP+11.00卡肌动蛋白就可与肌球蛋白结合，形成肌动球蛋白引起肌肉收缩ATPpH肌质网崩解Ca溶出Ca2+Mg2+—ATP中的ATP游离肌球蛋白头部的ATP酶三、宰后胴体僵直的过程动物死后僵直的过程大体可分为三个阶段：1.迟滞期：从屠宰后到开始出现僵直现象为止，即肌肉的弹性以非常缓慢的速度进展阶段，称为迟滞期。2.急速期：随着弹性的迅速消失出现僵硬阶段叫急速期。3.僵硬后期：最后形成延伸性非常小的一定状态而停止叫僵硬后期。到最后阶段肌肉的硬度可增加到原来的10～40倍，并保持较长时间。四、宰前对畜体不同处理方式对宰后僵直时间及柔软性的影响处理1：麻醉屠宰处理2：不麻醉屠宰（17℃）不断食处理3：不麻醉屠宰（37℃）处理4：麻醉屠宰（17℃）断食48h处理5：宰前注射胰岛素：1234567891011宰后时间/h以上处理方式均不同程度的影响宰后ATP的含量，最终影响迟滞期的时间。处理1：麻醉屠宰处理2：不麻醉屠宰（17℃）不断食处理3：不麻醉屠宰（37℃）处理4：麻醉屠宰（17℃）断食48h处理5：宰前注射胰岛素：1234567891011宰后时间/h以上处理方式均不同程度的影响宰后ATP的含量，最终影响迟滞期的时间。五、僵直的类型宰后僵直有三种收缩形式：热收缩、冷收缩、解冻僵直收缩。1.冷收缩：a.定义：当牛、羊、火鸡肉在pH下降到5.9～6.2之间，也就是僵直状态完成之前，温度降到10℃以下，这些肌肉收缩，并在随后的烹调中变硬，这个现象称为冷收缩。b.机理：由于低温无氧条件，线粒体机能下降，而释放出Ca2+，从而引起的收缩。c.防止措施：控制pH：电刺激，使ATP迅速消耗，pH下降到5.0以下，尸僵迅速完成。控制温度：高温成熟，16℃，提高蛋白水解酶活性，防止冷收缩。2.解冻僵直收缩a.定义：由于畜体宰后以较快的速度冷却，胴体肌肉在还没有完成僵直之前冻结，在解冻时发生较强烈的收缩。b.机理：胴体肌肉在还没有完成僵直之前冻结，肌肉中还存在剩余的ATP，而在解冻时，由于解冻时肌质网和线粒体结构被破坏，大量的Ca2+被释放出来，激活肌球蛋白—ATP酶的活性，则在ATP的作用下，便发生了较正常情况下更加强烈的肌肉收缩。c.防止措施：在尸僵彻底完成之后进行冻结。六、尸僵和保水性的关系尸僵过程引起肌肉保水性下降。其原因有二：1.尸僵过程中，糖原酵解，产生乳酸，pH下降到5.4～5.5，此pH处与肌原纤维多数蛋白质的pI附近，引起引起蛋白质凝聚，致使保水性下降。2.尸僵过程中，形成肌动球蛋白，肌动蛋白和肌球蛋白间的空间减小，致使保水性下降。七、不同动物胴体尸僵开始和持续的时间动物种类开始时间/h持续时间/h牛宰后10/h72h猪宰后8/h15～24h兔宰后1.5～4/h4～10h鸡宰后2.5～4.5/h6～12h鱼宰后0.1～0.2/h2h僵直过程中生化表现ATP含量下降及消失乳酸聚集，pH下降肌肉中Ca2+浓度由1×10mol上升到1×10mol。-6-4第三节、肉的成熟一、定义尸僵发生后一段时间内，肌纤维破坏，肌肉重新变软，嫩度增加，风味改善的过程，即谓之成熟。二、机理肌原纤维间连接蛋白与肌原纤维内连接蛋白的降解，造成肌原纤维片断化及构成肌原纤维结构完整性的蛋白降解。1.肌原纤维小片化肌原纤维ZZZZZZZZZZZ小片化ZZZZZZ僵直收缩产生的张力使Ｚ线断裂。Ｚ线崩解肌质网和线粒体放出的Ca2+使Ｚ线断裂。2.肌动蛋白和肌球蛋白纤维之间结合变弱虽然肌动蛋白和肌球蛋白的结合强度变化尚不十分清楚，但是随着保藏时间的延长，肌原纤维的分解量逐渐增加，如家兔肌肉在10℃条件下保藏2d的肌原纤维只分解5％，而到6d时近50％的肌原纤维被分离，当加入ATP时分解量更大。肌原纤维分离的原因，恰与肌原纤维小片化是一致的。小片化是从肌原纤维的Z线处崩解，正表明肌球蛋白和肌动蛋白之间的结合减弱了。3.结构弹性网状蛋白消失—酶解、Ca2+溶出结构弹性网状蛋白是1976年由千叶大学的九山教授发现的一种蛋白质，它是肌原纤维中除去粗丝、细丝及Z线等蛋白质后，不溶性的并具有较高弹性的蛋白质。贯穿于肌原纤维的整个长度，连续的构成网状结构。肉类在成熟软化时结构弹性蛋白质的消失，导致肌肉弹性的消失。4.内源蛋白酶促使蛋白质降解成熟肌肉的肌原纤维在十二烷硫酸盐溶液中溶解后，进行电泳分析，发现肌原蛋白T减少，出现了相对分子质量为3万u的成分。这说明成熟中的肌原纤维由于蛋白酶即肽链内切酶的作用，发生分解。在肌肉中，肽链内切酶有许多种，如胃促激酶、氢化酶−H、钙激活酶、组织蛋白酶B、组织蛋白酶L和组织蛋白酶D。但试验表明，在肉成熟时，分解蛋白质起主要作用的为钙激活酶、组织蛋白酶B和组织蛋白酶L三种酶。①钙激活酶抑制剂：由于乳酸积累，pH下降到５.５左右，活性只有１５％～２５％存在位置：Ｚ线附近及肌质网膜上最适pH值：7.0～7.5激活剂：Ca2+作用：降解Ｚ线中的胶原蛋白，使肌原纤维小片化钙激活酶与肉的成熟嫩化1．钙激活酶的基本特性钙激活酶系统由几种同型异构的蛋白水解酶组成，包括钙激活酶和其内在抑制物钙激活酶抑制蛋白。钙激活酶及钙激活酶抑制蛋白系统在肌肉成长、蛋白转化及嫩化过程中起非常复杂的作用。钙激活酶有两种极相似的同型异构体称为μ−钙激活酶和m−钙激活酶。这两种同型异构体是根据其在最大作用一半时所用酶需要的钙离子量来命名的。一般来说，μ−钙激活酶需要5～65μmol/L钙离子，而m−钙激活酶需要300～1000μmol/L钙离子。另外，钙激活酶似乎可以分解它们的特殊抑制物——钙激活酶抑制蛋白。许多钙激活酶抑制蛋白的片段仍具有一定的对钙激活酶抑制的作用。2．钙激活酶促进肌肉成熟嫩化的作用机理大量研究表明，钙激活酶是肌肉宰后成熟过程中嫩化的主要作用酶。研究结果已证明，可以通过从外源增加细胞内钙离子浓度的方法激活钙激活酶，而达到嫩化肉的目的，其裂解蛋白质有专一位点，产生大的多肽片段，而不是分解成小肽或氨基酸。肌肉在成熟嫩化过程中的主要变化如下。（1）肌原纤维Z线的减弱甚至降解，直接导致肌原纤维小片化。（2）肌间线蛋白的降解，破坏了肌原纤维亚结构中的横向交叉连接，肌纤维周期性地丧失，从肌原纤维表面游离。（3）肌肉中巨大蛋白的降解，使肌肉的伸张力减弱、肌原纤维软化。（4）丝状蛋白及雾状蛋白的降解，促进了粗纤维丝的释放游离。（5）肌钙蛋白T的消失及相对分子质量28000多肽的出现，是肉尸冷藏期间最明显的变化。钙激活酶在肉嫩化中的主要作用表现在以下几个方面。（1）肌原纤维I带和Z线结合变弱或断裂这主要是因为钙激活酶对Titin和Nebulin两种蛋白的降解，弱化了细丝和Z线的相互作用，促进了肌原纤维小片化指数（MFI）的增加，从而有助于提高肉的嫩度。（2）连接蛋白（Costameres）的降解肌原纤维间的连接蛋白起着固定、保持整个肌细胞内肌原纤维排列的有序性等作用，而被钙激化酶降解后，肌原纤维的有序结构受到破坏。（3）肌钙蛋白（Troponin）的降解肌钙蛋白由三个亚基构成，即钙结合亚基（TnC）、钙抑制亚基（TnI）和原肌球蛋白结合亚基（TnT），其中TnT相对分子质量为30500～37700，能结合原肌球蛋白，起连接作用。TnT的降解弱化了细丝结构，有利于肉嫩度的提高。3．钙激活酶嫩化模型从定量的角度研究钙激活酶抑制剂和钙离子浓度，研究它们对调节钙激活酶活性的作用以及对肉的嫩化作用（如图5−12）。这一模型可用以下5个主要步骤来表示，在钙离子的参与下就会发生以下作用过程。①起始阶段钙离子浓度的提高激活了内在的钙激活酶，并使之进入肉的嫩化系统。②结合阶段钙激活酶和钙激活酶抑制蛋白相结合达到平衡，这种平衡由游离的钙激活酶所决定，而游离钙激活酶活性又随pH的降低而增加。③游离活性钙激活酶的钝化游离钙激活酶由于自溶而活性发生衰减。④钙激活酶抑制蛋白的钝化⑤嫩化阶段钙激活酶水解肉的结构组分引起肉的嫩化。②组织蛋白酶存在位置：肌浆蛋白质中的溶酶体上最适pH值：7.0～7.5中性肽连内切酶酸性肽连内切酶酶类作用：降解肌浆，肌原纤维，肌红蛋白等蛋白质分子连上的N端基．三、胴体成熟时间在2～3℃条件下贮藏的肉类，其成熟时间如下：鸡：3～4d；猪：3～5d牛：7～10d四、加速成熟的方法在冷藏条件下，肉的成熟需要较长的时间。为了加速向的成熟，人们研究了多种化学、物理的人工嫩化方法。主要有以下几种：1、物理方法a.高温成熟４５℃贮存．b.电刺激是采用探针或电极，利用电流对放血完全的胴体进行刺激的一种方法．①电压：１００v以下．②机理：１）电刺激加快尸僵过程，