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1、钙蛋白酶系统与宰后肉嫩化机制研究进展章思雨中国南京，南京农业大学食品科技学院，210095摘要：钙蛋白酶系统在人和动物体内广泛存在，是高度复杂、高度调控的体系。钙蛋白酶系统在动物屠宰后肉的成熟嫩化过程的维持中起重要作用。本文阐述了钙蛋白酶系统各成分分子结构和在宰后肉嫩化作用机制、调控机制等，并讨论了其应用前景及今后的研究方向。关键词：嫩度；钙蛋白酶；钙蛋白酶抑制蛋白1.引言肉的嫩度指指肉的柔软程度，是反映肉的质地的重要指标之一，是消费者最重视的食用品质之一。Savell等［1］报道尽管牛腰大肌的风味和多汁性与其他部
2、位的牛肉相比都较差，但是消费者却认为牛腰大肌是最有价值的肌肉，因为该肌肉的嫩度最大。Shackelford等［2］报道美国居民为消费嫩度大的肌肉而愿意为此支付额外的费用。因此，对肉嫩度的研究对提高肉的食用品质意义重大。通过对宰前或宰后对动物施以营养或非营养手段的处理，以期肌肉的嫩度得以改善。动物宰杀后，肌肉要先后经历老化阶段和成熟阶段，不同动物宰后肌肉老化的程度都相似，但是嫩化的程度和速率的变异非常大，因此它是影响肌肉成熟后嫩度差异的主要原因［3］。影响肌肉嫩度的因素很多，包括肌节长度、肌内脂肪与结缔组织的含量、肌
3、肉结构蛋白水解敏感性、pH值等。研究表明,钙蛋白酶是影响宰后肉质嫩度最重要的候选基因,在肌肉纤维宰后嫩化中扮演着重要角色,控制着肌纤维蛋白的降解,是肌肉蛋白降解的限速步骤[4],因而在肉的嫩化中起着重要作用。2.动物钙蛋白酶系统的特性 钙蛋白酶系统是一类广泛存在于动物细胞内的钙激活中性半胱氨酸巯基内肽酶，参与体细胞发育、信号转导、肌肉生长及宰后肌肉嫩化等重要生理过程，主要由钙蛋白酶（μ－calpain,CAPN1和m-calpain,CAPN2）、钙蛋白酶抑制蛋白（calpastain,CAST）及骨骼肌特异性钙蛋
4、白酶（musclespecificcalpain，P94）组成［5］。分布于所有脊椎动物的肌细胞内部。μ-calpain和m-calpain都能水解肌原纤维，但在畜禽被宰杀后肉质成熟的过程中m-calpain的活性几乎不变，而μ-calpain的活性则显著下降,钙蛋白酶活性下降则是其发挥肌纤维水解作用的体现［6］。因此，更普遍的观点认为，μ-calpain而不是m-calpain参与了肉的嫩化。calpain表达增加以calpastatin表达量的减少都会导致肌肉蛋白水解及宰后肉质嫩度的增加，这表明钙蛋白酶水解作用
5、是导致肉质嫩化的主要因素［7］。据研究，钙蛋白酶的表达会引起肌细胞肌原纤维的降解，钙蛋白酶抑制蛋白的表达会抑制肌肉蛋白质水解［8］。目前,钙蛋白酶和钙蛋白酶抑制蛋白基因已作为影响肉嫩度的候选基因.3.CAPN3.1.CAPN同工酶种类自从Guroff等[9]在大鼠的脑组织中首次发现一种Ca2+依赖的可溶的中性蛋白酶以来，对于这种酶的研究久盛不衰。Ishiura等[10]首先对该酶分离纯化。Ohno等[11]首次克隆出该酶的cDNA。迄今为止，已被发现的calpain编码基因有16个[12]，至少编码16种同工酶(表
6、1)[13]。根据其在机体内的存在位置分为无组织特异性蛋白酶和组织特异性蛋白酶两种。calpain1、2、4、5、7、10、12、13a、14和15为无组织特异性蛋白酶；calpain3、6、8a、9、11（也称CAPN10）为组织特异性蛋白酶，分别在骨骼肌、胎盘、胃和黏膜、消化道、睾丸中对应表达[14],CAPNS2在晶状体中对应表达。其中calpain1和calpain2被研究得最多。注：calpain1-15=钙蛋白酶1-15；HD=亨廷顿病（Huntington’disease）；AD=阿尔茨海默病(Aiz
7、heimersdisease)；PD=帕金森病（Parkinson’sdisease）；MS=多发性硬化（Multipleselerosis）；LGMD2A=肢带肌营养不良2A症（Limb-girdlemusculardystrophytype2A）表1钙蛋白酶家族成员概述[13]Tab1Memberofcalpainfamily[13]3.2.CAPN的结构钙蛋白酶是一种特异性依赖钙激活的中性半胱氨酸巯基内肽酶,为钙调蛋白和木瓜蛋白酶的非共价键嵌合体，pH值在7.2～8.2之间［15］钙蛋白酶(calpain)是
8、在生物细胞中普遍表达,主要存在于细胞质中,根据钙蛋白酶表现半最高活性所需的Ca2+浓度的不同,可以将其分为钙蛋白酶Ⅰ(μ-calpain)和钙蛋白酶Ⅱ(m-calpain)[16]，主要分布在肌原纤维Z盘附近。传统的钙蛋白酶由具有催化活性的80ku大亚基(由CAPN1基因编码)与具有调节活性的30ku小亚基(由CAPN2基因编码)组成[17,18](图1)[
