El papel de los compuestos que contienen histidina sobre la capacidad de amortiguación del músculo

El papel de los compuestos que contienen histidina sobre la capacidad de amortiguación del músculo

Introducción

Un tampón se define como un compuesto que en pequeñas concentraciones puede impartir resistencia a grandes cambios de pH. Comúnmente los tampones contienen dos sustancias, una base conjugada y un ácido conjugado. Hay tampones ácidos que contienen un ácido débil y la sal de un ácido débil (la base conjugada) y básica, tampones que contienen una base débil y la sal de una base débil (el ácido conjugado). La combinación de una base conjugada y el ácido puede resistir grandes cambios en el pH al absorber H + y OH-. Por ejemplo, la base conjugada puede absorber H + para formar el ácido conjugado. Como esta reacción disminuye la cantidad de H + libre en solución, el cambio de pH disminuye en comparación a una solución sin tampón. Los pH de los sistemas tamponados hacen cambiar tras la adición de un ácido o una base. Sin embargo, esto el cambio es mucho más pequeño que lo visto en sistemas sin búfer. La cantidad de cambio de pH depende de la proporción de conjugado base / ácido conjugado. La base conjugada / relación ácido conjugado para un tampón es 1 cuando el pH = pKa. La capacidad de un buffer para resistir el cambio de pH es mayor cuando el pH está en o cerca del pKa del búfer. La figura 1 muestra la capacidad del ácido acético para resistir cambio de pH cuando se titula con una base fuerte. Como puede verse, la resistencia máxima al cambio de pH está cerca del pKa del ácido acético (4.76).

Tampones en el músculo esquelético

La mayoría de los tejidos biológicos están diseñados para operar a pH cercano 7.0. Si un tejido tiene procesos metabólicos que pueden alterar el pH, sería necesario que el tejido contenga agentes tamponantes. El músculo esquelético es un buen ejemplo de un tejido cuyas vías metabólicas cambian el pH ya que el ejercicio prolongado causará condiciones anaeróbicas donde el metabolismo del ATP almacenado y la producción glucolítica de ácido láctico disminuirá el pH. Estas

los mismos procesos metabólicos también ocurren durante la conversión del músculo a la carne, lo que resulta en una disminución del pH. En el postmortem la  disminución del pH muscular depende de numerosos factores de cuál es la existencia de agentes tamponantes. Listas de la tabla 1 ejemplos de tampones encontrados en el músculo esquelético. La efectividad de estos tampones depende de sus concentraciones y pKa’s. Si un agente tamponador tiene un pKa cercano a siete y está en concentraciones relativamente altas, se esperaría que proporcione resistencia a la disminución del pH post mortem. La capacidad de los amortiguadores del músculo esquelético para resistir los cambios de pH se puede describir como la capacidad de amortiguación. La capacidad de almacenamiento se define típicamente como la cantidad de H + u OH- eso causa un cambio dado en el pH. La Figura 2 muestra cómo la capacidad de amortiguación de un músculo de carne de res el homogeneizado se ve afectado por el pH. Cerca del pH 7, el músculo tiene alta capacidad de amortiguación que tiene sentido ya que el tejido esta diseñado para mantener el pH fisiológico. La carne también tenía fuerte capacidad de amortiguación a pH <5. A estos pH más bajos, los compuestos como el ácido láctico y la creatina, proporcionan capacidad de amortiguación.

Los principales amortiguadores del músculo esquelético que tienen pKa cerca de 7 son los fosfatos y los compuestos que contienen histidina. Fosfatos inorgánicos como el ácido fosfórico (pKa = 7.2) y el pirofosfato (pKa = 6.7) proporcionará capacidad de amortiguación como serán fosfatos orgánicos como AMP (pKa = 6.2) y monosacáridos fosforilados (por ejemplo, glucosa-6-fosfato. pKa= 6.1). Las concentraciones totales de fosfato en el músculo de cerdo son aproximadamente 50 mmoles / g de tejido (Tabla 1). Si este fósforo estuviera todo en formas inorgánicas, se esperaría que fuera un

FIGURA 1. La capacidad del tampón, el ácido láctico, para resistir el pH cambia tras la adición de NaOH 0,1 N.[pic 1]

TABLA 1. Posibles amortiguadores en el músculo esquelético postmortem

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excelente fuente de tampón desde los pKa de fosfatos inorgánicos están cerca de 7. Los fosfatos orgánicos serían menos efectivos amortiguadores porque sus valores de pKa están más cerca de 6.0 y sus concentraciones se reducen por las vías metabólicas postmortem.

Se ha estimado que los fosfatos inorgánicos proporcionan 22-32% de la capacidad de amortiguación del músculo porcino (Abe, 2000). La histidina tiene un pKa de 6.2. Sin embargo, este pKa cambia cuando la histidina se une a otros aminoácidos, lo que resulta en un pKa rango de 5-8 (Abe, 2000). A pH fisiológicos, la histidina es el principal componente de amortiguación de las proteínas. Las proteínas han sido se estima que proporciona el 25, 27 y 24% de la capacidad de amortiguación del músculo de pechuga de res, cerdo y pollo. Las proteínas  Sarcoplásmico contribuyen al 75-80% del tamponamiento proteico total capacidad (Abe, 2000).

FIGURA 2. Un ejemplo de un perfil típico del almacenamiento en búfer capacidad de homogeneizar el músculo de carne de res a diferentes pH. Adaptado de Puolanne y Kivikari (2000).

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Dipéptidos que contienen histidina en el músculo esquelético

Carnosina y anserina son dipéptidos de N-ß-alanil-L-histidina y Nß-alanil-3-metil-L-histidina (Figura 2), respectivamente. La carnosina y la anserina se encuentran exclusivamente en tejidos musculares y nerviosos de animales. Las concentraciones de la carnosina y la anserina varían mucho según el tipo de tejido y la especie (Tabla 2). Algunas especies solo contienen un tipo de dipéptido, como el músculo esquelético humano que solo contiene carnosina y el músculo salmón que solo contiene anserina. Otro las especies tienen combinaciones de anserina y carnosina pero las proporciones de los dipéptidos no son consistentes. Por ejemplo, carne de res, cerdo y pavo contienen más carnosina que anserina mientras que el pollo y el cordero tienen más anserina que carnosina (Chan y Decker, 1994). El tipo de fibra muscular también influye concentraciones de anserina y carnosina con músculo de contracción rápida fibras que generalmente tienen concentraciones de dipéptidos más altas que fibras musculares de contracción lenta. Por ejemplo, pechuga de pollo y el músculo de la pierna tiene concentraciones de dipéptidos combinados de 1.2% (71 mmoles / g de tejido) y 0.2% (12.2 mmoles / g de tejido), respectivamente, del peso húmedo del músculo esquelético (Crush, 1970). Las diferencias en las concentraciones de anserina y carnosina en carne de cerdo también ocurrir en función del tipo de fibra muscular. Carnosina y la concentración de anserina es de 33 y 21 mmoles / g de tejido en dorsal largo porcino (LD; alto en fibras musculares de contracción rápida) y vasto intermedio (alto en fibras musculares de contracción lenta) músculo, respectivamente. El papel de la carnosina y la anserina como los tampones podrían explicar por qué se encuentran concentraciones más altas en fibras musculares de contracción rápida donde el metabolismo anaeróbico es común.

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