Dott.ssa Roberta Nuvoloni

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1 Dott.ssa Roberta Nuvoloni

2 Il muscolo scheletrico: conformazione Il citoplasma della fibra muscolare è detto sarcoplasma. In esso si riscontrano numerosi organelli: apparati di Golgi, gocciole lipidiche, particelle di glicogeno, molti mitocondri ed una struttura di notevole importanza, il reticolo sarcoplasmatico L unità strutturale e funzionale del muscolo è il sarcomero,costituito da miofilamenti di actina e miosina

3 Il muscolo scheletrico: conformazione I componenti peptidici principali del sarcomero sono: miosina(filamenti spessi disposti lungo il sarcomero) actina(filamenti sottili disposti lungo il sarcomero) altre proteine strutturali che permettono e favoriscono il mantenimento della struttura (ad esempio la distrofina).

4 Il muscolo scheletrico: conformazione sarcomero linee Z Al microscopio si possono riconoscere alcune microstrutture, cioè: la banda I (regione in cui troviamo solo filamenti sottili) la banda A (regione in cui troviamo entrambi i filamenti) la zona H (regione in cui troviamo solo filamenti di miosina) la linea M (una linea scura che corre al centro del sarcomero, su cui si inseriscono i filamenti miosinici) la linea Z (inizio e fine del sarcomero, linea su cui si inseriscono i filamenti di actina). banda I banda A sarcomero filamento spesso (miosina) filamento sottile (actina) linea M banda I linea Z

5 Ultrastruttura dei miofilamenti Filamenti sottili (actina) 2 filamenti ad elica (F-actina) costituiti da unità globulari in serie (Gactina) 2 filamenti di tropomiosina complessi globulari di troponina Tropomiosina Complesso della Troponina G-actina

6 Ultrastruttura dei miofilamenti Filamenti spessi (miosina) Ciascun filamento e costituito da 2 catene polipeptidiche ad α-elica Ciascuna catena comprende: una coda (meromiosina leggera) una testa e un collo (meromiosina pesante) Più filamenti di miosina si aggregano a formare un fascio bipolare in cui le teste sono sfasate tra di loro di alcuni nm Molecola di miosina testa coda Filamento di miosina Teste della miosina

7 La contrazione muscolare Il meccanismo di contrazione muscolare può essere riassunto nei seguenti punti: - le linee Z si avvicinano - - la banda I si riduce per l'avvicinamento fra banda A e linea Z - - la zona H scompare. Perché questo avvenga è necessario che i filamenti sottili scivolino su quelli spessi; questo processo si verifica dopo una serie di processi cellulari ben coordinati, che si possono dividere in fase preparatoria e fase di contrazione. sarcomero miosina actina Disco Z RILASSAMENTO CONTRAZIONE Disco Z

8 La contrazione muscolare Lo stimolo alla contrazione, propagato attraverso le fibre nervose, giunge al bottone sinaptico dove determina il rilascio del neurotrasmettitore (solitamente acetilcolina). L'acetilcolina causa l'apertura di alcuni canali del Na + e determina una depolarizzazione della membrana plasmatica della fibra. I recettori dei tubuli T sono attivati dalla variazione di potenziale elettrico. Essi sono connessi con i recettori delle cisterne del reticolo sarcoplasmatico. La depolarizzazione causa quindi l'apertura di canali ionici per il Ca 2+ che diffonde attraverso i miofilamenti.

9 La contrazione muscolare Inassenzadi Ca 2+ latropomiosina bloccaisitiattivisull actina. Quandoil Ca 2+ si legaallatroponina: il complesso della troponina cambia configurazione la troponina sposta la tropomiosina, esponendo i siti di binding dell actina per la miosina l actina e la miosina possono interagire testa tropomiosina miosina troponina sito di legame actina

10 La contrazione muscolare Un estremità dei filamenti di actina è ancorata al disco Z. I fasci di filamenti di miosina sono bipolari. Durante la contrazione i filamenti di actina e miosina scorrono gli uni sugli altri senza accorciarsi. Il movimento di scorrimento è guidato dalle teste di miosina che si muovono verso l estremità ancorata al disco Z del filamento di actina adiacente. sarcomero miosina actina Disco Z RILASSAMENT O CONTRAZION E Disco Z

11 La contrazione muscolare Attraverso la defosforilazione di ATP legato ai siti sulle teste della miosina, viene liberata energia libera per lo slittamento relativo dei filamenti sottili sui filamenti spessi La contrazione continua finché resta ATP o finché il reticolo sarcoplasmatico riesce a recuperare gli ioni Ca 2+ liberati mediante una pompa ATP-dipendente, attivata dall aumento degli ioni Ca 2+ nel sarcoplasma. sarcomero miosina actina Disco Z RILASSAMENT O CONTRAZION E Disco Z

12 La contrazione muscolare Nel muscolo vivente l ADP ha due importanti funzioni: - Fonte immediata e diretta di energia per il metabolismo cellulare - Azione diretta per la dissociazione dell interazione actinamiosina Nel muscolo vivente l ATP può essere ottenuto sia dal metabolismo aerobico che da quello anaerobico.

13 Metabolismo aerobico La contrazione muscolare Comprende i processi della glicolisi e della respirazione. E un processo che utilizza ossigeno. La presenza in un substrato di una quantità sufficiente di glucosio e di ossigeno permette la produzione di ATP. Nella miofibrilla il glucosio è conservato come glicogeno. (glicogeno)n+ 9ADP+9Pi (fosfatoinorganico) (glicogeno) n-1 + 9ATP+2piruvato 2piruvato+ 30ADP+30 Pi 6CO2 + 30ATP Nel muscolo a riposo ATP è defosforilato lentamente a ADP, producendo energia libera per le varie necessità metaboliche(atp ADP + Pi)

14 Fase di pre-rigor Dopo la morte i muscoli restano morbidi, pieghevoli ed estensibili per un certo periodo fino a che non si stabilisce il rigor mortis. Continua una lenta rifosforilazione dell ATP, accompagnata da una rigenerazione mediante due sistemi: Prima fase di latenza - attraverso la creatina (presente nel muscolo e fondamentale in momenti di alta richiesta energetica) Creatina-P + ADP Creatina + ATP

15 Fase di pre-rigor Finché durano le riserve di creatin-fosfato, la defosforilazione e la risintesi restano bilanciate, poi si passa alla glicolisi anaerobia (seconda fase di latenza). In questa fase rapida il substrato è il glicogeno (glicogeno)n + 3 ADP + 3 Pi (fosfato inorganico) (glicogeno) n-1 + 3ATP + 2 piruvato 2 piruvato 2 lattato + 2 H H 2 O La diminuzione di ATP non è accoppiata ad un accumulo di ADP, perché questo è convertito a AMP e ATP da una fosfo-transferasi, la miochinasi 2 ATP ATP + AMP L AMP è poi perso con una reazione rapida ed irreversibile di deaminazione ad ammoniaca ed inosin-monofosfato mediante l enzima AMP-deaminasi AMP IMP + NH3

16 Fase di pre-rigor La risentesi di ATP attraverso la glicolisi anaerobia, meno efficiente di quella aerobia (cessata con la morte dell animale) non riesce a lungo a tener fronte alla scissione. Esaurito il glicogeno ed il creatin-fosfato, la rifosforilazione dell'adp è insufficiente a mantenere il muscolo rilassato, il reticolo sarcoplasmatico perde la sua capacità di sequestrare il Ca 2+ e si formano ponti permanenti tra i filamenti di actina e miosina a formare actinomiosina Quando tutto l ATP è finito, i ponti actina-miosina sono tutti formati e il muscolo diviene rigido, inestensibile e inerte RIGOR MORTIS

17 Fase di rigor Il rigor mortis è un processo che avviene durante la glicolisi post-mortem, caratterizzato da un progressivo irrigidimento del muscolo In anaerobiosi il prodotto finale del glicogeno è l acido lattico che, con l arresto del circolo dopo la morte, si accumula nel muscolo (ph 7 da vivo arriva a ph 5.5 da morto). Nell animale macellato non affaticato e ben nutrito, i depositi di glicogeno sono tali da produrre acido lattico in eccesso; mentre nell animale denutrito e stressato, la concentrazione di glicogeno muscolare è bassa e la glicolisi si arresta presto: insorge il rigor precocemente, c è poca acidificazione e il ph non scende a sufficienza.

18 Fase di rigor Il tempo di insorgenza del rigor mortis è variabile, in muscoli di animali ben nutriti e a riposo, secondo la specie animale, la temperatura, il tipo di macellazione, il muscolo stesso. Al momento della morte la temperatura del muscolo da carne è ai valori fisiologici dell animale (38-40 C). Dopo il trattamento della carcassa, questa viene raffreddata in cella a 4 C. La velocità di raffreddamento influenzerà il grado di rallentamento delle reazioni glicolitiche ed il periodo di insorgenza del rigor.

19 Fase di rigor La presenza del mantello o della pelle o di uno spesso strato di grasso, agiscono da isolanti del freddo (es. in ovicaprini e suini): si avrà un rallentamento del raffreddamento e quindi una maggiore velocità di glicolisi. I muscoli più esterni presentano una glicolisi più lenta, quelli più profondi più veloce.

20 Fase post-rigor Con il rigor l attività metabolica del muscolo non è terminata e le proteine muscolari iniziano a denaturare divenendo sensibili alle proteasi endogene. Le proteasi coinvolte sono: - calpaine(attivate dal Ca) - catepsine, presenti nei lisosomi

21 Fase post-rigor Lecatepsinesono attive a ph più bassi e provocano idrolisi delle proteine sarcoplasmatiche con aumento di ph Le calpaine, che hanno ph ottimale a 6, agiscono sulla linea Z, facendo staccare i filamenti di actina, che così collassano su quelli di miosina. Il muscolo diviene nuovamente pieghevole: risoluzione del rigor

22 Fase post-rigor Collagene ed elastina non vengono denaturati, ma il collagene si rigonfia per rottura dei legami tra le catene polipeptidiche L aumento della tenerezza è legato all aumento di azoto solubile dovuto alla formazione di peptidi e aminoacidi derivanti dall idrolisi delle proteine sarcoplasmatiche

23 Fase post-rigor Il processo che porta alla scomparsa del rigor mortis e all acquisizione delle caratteristiche della carne, viene detto FROLLATURA. Durante la frollatura la carne acquista caratteristiche organolettiche (sapore, aroma e colore di carne), tenerezza e una maggiore capacità di trattenere acqua.

24 Fase post-rigor Nella carne bovina la frollatura raggiunge l'optimum dopo circa giorni a 0 C; dopo questo periodo si sono sviluppate le sostanze aromatiche della degradazione delle proteine e dei grassi, come idrogeno solforato, ammoniaca, acetaldeide, acetone, diacetile, inosina, ipoxantina ecc.

25 Fase post-rigor Nel muscolo l acqua libera si trova negli spazi tra le proteine ed è molto sensibile alle variazioni che intervengono durante la frollatura. La capacità delle carni a trattenere acqua è elevata negli animali appena macellati; si riduce con l acidificazione e con il rigor mortise poi risale nella fase di maturazione.

26 Patologie della frollatura Lo stress derivato da un trattamento improprio degli animali o condizioni ambientali avverse può causare una perdita di qualità della carne. Patologie della frollatura: Carni DFD Carni PSE

27 Carni DFD Carni bovine (specialmente toro) e suinecaratterizzate da una scarsissima acidificazione (ph>6) Hanno un'alta capacità a trattenere acqua, presentandosi asciutte e di consistenza compatta. Risultano scureper scarsa tendenza della mioglobina ad ossidarsi in ossimioglobina; tale colore tende ad accentuarsi per ritenzione idrica e per la struttura chiusa a scarsa riflettanzadella luce incidente. Si conservano male perché vanno incontro più facilmente ad alterazioni microbiologiche. Prendono male il sale (bassa conducibilità elettrica).

28 Carni DFD Sono dovute ad un stress prolungato prima della macellazione (24 ore o più), con una riduzione di gran parte delle riserve di glicogeno prima della morte. Il metabolismo anaerobio post-mortemè ridotto e le carni non vanno incontro ad acidificazione, mancando il lattato.

29 Carni DFD Sono adatte per la produzione di prodotti salati cotti o di tipo emulsione (es. wurstel), mentre non sono adatte per gli insaccati e i prodotti crudi. Non sono adatte per la conservazione sottovuoto o in atmosfera modificata. Per l identificazione delle carni DFD viene effettuata la misura del ph a 24 ore: se è > 6,2 sono DFD

30 Carni DFD

31 Carni PSE Sono carni suineo più raramente bovine (razze a doppia muscolatura). E stata appurata la predisposizione genetica in soggetti di alcune razze suine come Landracee Pietrain. Le carni PSE sono molli, cedevoli, con superfici acquose e chiare. Perdono liquido, sono pallide, presentano un aumentato rischio di sviluppo della rancidità, ridotta resa del prodotto, tessitura più soffice.

32 Carni PSE Secondo alcuni Autori l eccitamento nervoso in soggetti geneticamente stress sensibili, sarebbe responsabile della rapida conversione del glicogeno ad acido lattico. Si hanno in animali in cui è presente un rapido calo del ph dopo la morte (dopo 45 minuti dalla morte raggiunge valori inferiori a 5,8-5,9) per conversione rapida del glicogeno, presente in riserve adeguate, ad acido lattico

33 Carni PSE Il tasso di glicolisi è estremamente alto dopo la macellazione e le reazioni biochimiche possono provocare un innalzamento della temperatura, che può superare, a livello muscolare, quella fisiologica dell animale. Il verificarsi contemporaneo di alte temperature e basso valore di ph, inferiore al punto isoelettrico delle proteine, è responsabile di fenomeni di denaturazionedelle proteine sarcoplasmatichee miofibrillari, che portano ad una marcata riduzione della capacità di ritenzione idrica della carne.

34 Carni PSE L aspetto chiaro è dovuto invece al basso volume miofibrillare, che ha un alta capacità di disperdere la luce. Può contribuire al colore chiaro anche la precipitazione delle proteine

35 Carni PSE La condizione PSE ha vari gradi di gravità. La misurazione del ph a 45 minuti deve essere effettuata in modo puntuale, perché una seppur piccola variazione di tempo potrebbe dare un risultato incerto.

36 Carni PSE Nel suino la PSE è più evidente negli arti e nei lombi, con problemi gravi per la produzione del prosciutto. Simile è il cosiddetto edema da trasporto, rinvenuto in agnelliche hanno subito trasporti in pessime condizioni Nel bovino il difetto si evidenzia nelle parti interne della muscolatura della coscia, interessando anche solo parzialmente i muscoli.

37 Carni PSE Si possono ridurre gli effetti della PSE abbassando subito a valori adeguati la temperatura della carcassa. Il problema della PSE è nato da razze con scarsa % di grasso, e con indici di conversione elevati ed in genere selezionate per il commercio della carne. Valori di ph del muscolo longissimus dorsi Tempo dalla PSE normali DFD morte 45' <5,8 >5,8 24 h <5,8 <5,8 >6,2

38 Carni PSE Se venduta fresca, la carne PSE presenta perdite di essudato finoal 10%,oltreadesserediaspettonongradevole. Se cotta è dura e asciutta e dà poca resa. La sua utilizzazione nei prodotti cotti è limitata dalla poca capacità di trattenere acqua. Buona attitudine alla salagione, ma l essiccazione è troppo veloce(prosciutti e insaccati di qualità mediocre)

39 Carni PSE