Changes of the aerobic and anaerobic energy metabolism during the early post-mortem meat formation in the pig with special reference to mitochondrial F0F1-ATPase and the phenomenon of cellular (mitochondrial) treason
Final Report Abstract
Während der Fleischbildung wird in der Muskulatur durch den Blutentzug und der dadurch bedingten Hypoxie der aerobe sehr schnell auf den anaeroben Energiestoffwechsel umgestellt. Um allerdings die Funktion und die Integrität der Mitochondrien aufrechtzuerhalten, kommt es in manchen Spezies zum Phänomen der „mitochondrial treason“. Hierbei katalysiert die F0F1-ATPase die umgekehrte (reverse) Reaktion und dephosphoryliert ATP zu ADP. Die freiwerdende Energie wir dann dazu genutzt, Protonen aus der mitochondrialen Matrix zu transportieren und damit das Membranpotential (Protonengradienten) aufrechtzuerhalten. Da ATP in dieser Phase verstärkt verbraucht wird, ist anzunehmen, dass in Muskeln mit höheren Anteilen an Mitochondrien, also in solchen mit mehr oxidativen Muskelfasern, „mitochondrial treason“ deutlicher auftritt und damit die Fleischbildung, insbesondere der pH-Wert-Verlauf, in Richtung des Eintritts der Totenstarre beschleunigt wird. Zur Abklärung dieser Hypothese wurden in der Studie 35 männliche Mastschweine geschlachtet und zu verschiedenen Zeitpunkten während der Betäubung (T0 min p.m. (T0)) und danach (z.B. T10 min p.m. (T10), T20, T30, T45) Untersuchungen und Probennahmen am Musculus longissimus thoracis (LM) und Musculus triceps brachii (MT) durchgeführt. Die Untersuchungen dienten der grundsätzlichen Charakterisierung der Muskeln (T0-Proben), der Darstellung der Veränderungen bestimmter Parameter während der früh-postmortalen Phase (Fokus: T0-, T10-, T20- Proben) und dem Nachweis des Auftretens von „mitochondrial treason“. Die Fleischbeschaffenheitsmerkmale und die Nährstoffzusammensetzung der LM waren mit anderen Studien vergleichbar und zeigten eine gute Fleischqualität der Muskel. Der MT hatte höhere Anteile oxidativer Muskelfasern sowie höhere mitochondriale Atmungsraten (MRA) und Aktivitäten der Citrat- Synthase (CS) und Glykogen-Phosphorylase (GP). Außerdem waren die Aktivitäten der Laktatdehydrogenase (LDH)- und F0F1-ATPase im MT niedriger im Vergleich zum LM. Genetische Expressionsanalysen zeigten, dass Gene der F0F1-ATPase, des Inhibitorproteins der F0F1-ATPase (IF1) und des Adeninnukleotid-Translokator (ANT) im MT stärker exprimiert werden als im LM. In den Proben zeigten sich Unterschiede der ADP- und IMP- sowie der Carnosin- und Kreatin-Konzentrationen zwischen LM und MT, wobei im MT die ADP-, Carnosin- und Kreatin-Gehalte und im LM die IMP-Konzentrationen höher waren. Die pH-Wert-Verläufe innerhalb der ersten 6 Stunden nach der Schlachtung (post mortem (p.m.)) waren im LM prinzipiell niedriger im Vergleich zum MT, wobei das Ergebnis deutlich durch die pH-Bestimmungs-Methode (direkt: pH-Meter, indirekt: Iodoacetat-Methode) beeinflusst wurde. 24 h p.m. hatte der MT bei direkter und indirekter Messung höhere pH- und zusätzlich auch höhere Leitfähigkeits-Werte im Vergleich zum LM. Die bereits dargestellten MRA-Unterschiede zwischen LM und MT blieben bis zu 20 min p.m. bestehen, während bei den genetischen Expressionsanalysen bei allen untersuchten Genen 20 min p.m. keine Unterschiede mehr festgestellt werden konnten. Innerhalb der ersten 45 min p.m. sank der ATP-Gehalt im LM schneller ab, während gleichzeitig die IMP-Konzentrationen in dem Muskel schneller anstiegen. Bezüglich der Enzymaktivitäten konnten bei CS und LDH 10 und 20 min p.m. mit T0 vergleichbare Unterschiede zwischen LM und MT bestimmt werden, während die Aktivitäten der Phosphofruktokinase im LM zu den Zeitpunkten höher im Vergleich zum MT waren. Interessanterweise waren zunächst in den T0- und T10-Proben des MT die GP-Aktivitäten höher und 20 min p.m. in den LM-Proben. Permeabilisierte Muskelfasern der T0-, T10- und T20-Proben von LM und MT zeigen unter hypoxischen Bedingungen keinen spezifischen ATP-Abbau durch die F0F1- ATPase. Trotz der strukturellen, molekularbiologischen und (bio)chemischen Unterschiede zwischen LM und MT konnte in beiden Muskeln das Phänomen der „mitochondrial treason“ nicht nachgewiesen werden, vermutlich weil die F0F1-ATPase durch das IF1 gehemmt und dadurch der ATP-Abbau nicht katalysiert wird.
Publications
- (2018) Two Frequently Used pH Determination Methods Showed Clearly Different pH Slopes During Early Post Mortem Ageing of Pork. Food Anal. Methods (Food Analytical Methods) 11 (6) 1773–1779
Popp, Johanna; Sharifi, Ahmad Reza; Janisch, Sabine; Krischek, Carsten
(See online at https://doi.org/10.1007/s12161-018-1163-8)
