《食品科学》：宁夏大学李亚蕾教授等：秦川牛宰后成熟过程中线粒体翻译延长因子Tu与能量代谢的关联性分析

腺苷三磷酸（ATP）主要由线粒体有氧呼吸和无氧糖酵解两种途径产生，其水平是影响秦川牛背最长肌能量代谢的重要因素之一。研究表明，秦川牛宰后成熟过程中会发生细胞自噬活动。线粒体在宰后成熟期间可以代谢氧气并通过调节能量代谢和细胞自噬过程影响pH值，进而与肉质高度相关。线粒体翻译延长因子Tu（TUFM）大多位于细胞质中，部分位于线粒体外膜上，是线粒体中表达最高的蛋白质，也是线粒体翻译调控的关键因子。研究表明，TUFM蛋白与氧化磷酸化途径的相关蛋白有关，还可以促进自噬信号通路的激活导致细胞自噬，从而改变细胞内线粒体的动态平衡。

4 ℃是良好的贮藏温度，可以维持相关代谢酶的活性，宁夏大学食品科学与工程学院司健芳、高爽、李亚蕾*等将新鲜的秦川牛背最长肌放在4 ℃环境下成熟至不同时间，从参与能量代谢的各种指标（ATP、二磷酸腺苷（ADP）、单磷酸腺苷（AMP）、LA、GLU、乳酸脱氢酶（LDH）、琥珀酸脱氢酶（SDH）、磷酸丙糖异构酶（TPI）、苹果酸脱氢酶（MDH）、细胞色素c氧化酶（COX））及宰后牛肉TUFM表达量及含量作为切入点。由于细胞自噬和能量代谢主要发生在宰后初期，因此，本研究分别探讨宰后初期和宰后中后期牛肉细胞中TUFM的表达量及含量对相应阶段宰后牛肉能量代谢的影响，明确TUFM表达量及含量的变化与能量代谢的关系，旨在为改善冷鲜牛肉品质提供数据支持。

1秦川牛宰后成熟过程中GLU、LA含量的变化情况

由图1可知，牛肉中GLU含量在宰后0～48 h内迅速下降，48～192 h缓慢下降，这是由于宰后缺氧，GLU不断地被降解从而产生ATP用于补充牛肉能量，但宰后初期糖酵解底物充足，肌肉GLU的量相较而言保持恒定，与杨致昊等 研究苏尼特羊宰后成熟过程中GLU含量呈下降趋势一致。

LA是LDH在糖酵解过程中产生的代谢物，是糖酵解速率的有效指标，也是线粒体呼吸的底物，可以增加肌肉细胞的耗氧量。由图2可知，宰后0～48 h，LA含量迅速增加达到最高点，该时间段肌肉中的LA含量增加是由于无氧条件下糖原通过糖酵解途径将GLU分解为大量LA。随着成熟时间的延长，在宰后48～192 h，酶活性可能受到抑制，糖酵解速率变慢，LA含量随之降低，与Werner等研究结果一致。

2.秦川牛宰后成熟过程中ATP、ADP、AMP含量变化情况

储能物质ATP主要由糖酵解、三羧酸循环和氧化磷酸化3 种途径产生，由于宰后的秦川牛肌肉组织缺乏能量供应，现有的ATP、ADP和AMP含量一定程度上决定了能量代谢持续进行的时间，当ATP被消耗时会产生ADP，ADP刺激线粒体快速转化为ATP和AMP，由图3可以看出，ATP、ADP、AMP的含量均随牛肉成熟时间的延长呈下降趋势（

P

＜0.05），在宰后0～48 h，ATP、ADP水平分别迅速下降了83.23%、73.28%（

P

＜0.05），而AMP水平缓慢下降了45.40%（

P

＜0.05），这是因为宰后秦川牛氧气供应被切断，0 h采集的牛肉组织有氧能量代谢未及时停止仍在增加，紧接着发生有氧糖酵解的终止和无氧糖酵解的启动，此时，生物系统处于应激状态，新陈代谢增强，糖原迅速消耗，组织开始分解，这与Zuo Huixin等 发现的ATP、ADP和AMP水平的变化主要集中在宰后早期阶段（0～48 h）一致。在48～192 h，牛肉中ATP、ADP和AMP水平下降较为缓慢且仍可以维持一段时间，这是由于低温条件下ADP可以刺激线粒体产生能量并增加耗氧量，导致氧气进一步减少，牛肉组织能量代谢过程受到抑制，这与Ren Chi等 研究发现的冷藏温度为4 ℃、贮藏7 d时的绵羊肉中仍含有ATP一致。

3秦川牛宰后成熟过程中能量代谢酶活性变化情况

3.1 秦川牛宰后成熟过程中SDH活性变化情况

SDH是影响线粒体有氧呼吸的关键酶，可催化琥珀酸氧化生成延胡索酸，还可以用来反映线粒体供能情况。有研究表明，SDH是反映颜色、嫩度的潜在生物标志物。SDH的活性与肌肉纤维有关，在氧化纤维中最高，在混合（氧化-糖酵解）纤维类型中处于中间水平，在糖酵解纤维中最低。由图4可以看出，SDH活性呈逐渐下降趋势，0 h时SDH活性为（102.56±6.71）U/g，48 h SDH活性为0 h活性的92%，相较而言，0～48 h SDH活性变化不大，而48～192 h 下降趋势较为显著（

P

＜0.05），192 h活性为48 h的72%。综合分析可知，宰后成熟过程中牛肉的氧化代谢能力逐渐降低，整体趋势与张倩等 研究一致。

3.2 秦川牛宰后成熟过程中MDH活性变化情况

MDH主要分布在牛肉细胞的线粒体基质中，通过有氧代谢途径催化苹果酸转化为草酰乙酸，同时产生NADH，也是反映肉嫩度和持水性的生物标记物。图5显示，在秦川牛宰后成熟过程中，0～48 h MDH活力先增加并在牛肉成熟过程中达到最大值，表明在该阶段肌肉的有氧代谢能力增强。48～192 h又呈下降趋势，这可能是随着成熟时间的延长，能量代谢逐渐减弱，参与糖酵解和三羧酸循环的酶会被分解，代谢酶发生氧化使其活性减弱。Yang Bin等通过蛋白质组学测定MDH的表达，显示第7天比第0、3.5天的MDH表达量低，而第3.5天与第0天相比差异不大，整体趋势与本研究结果一致。

3.3 秦川牛宰后成熟过程中TPI活性变化情况

TPI作为一种糖酵解酶，催化磷酸二羟基丙酮和3-磷酸甘油醛的可逆转化，从而使磷酸二羟基丙酮进入糖酵解，促进NADH和ATP的产生。如图6所示，TPI活性呈先缓慢下降后显著下降趋势（

P

＜0.05），整体趋势与Bai Yuqiang等 研究一致，张倩等 还发现其降低会促进肌肉细胞凋亡，使LA生成、ATP含量下降和LDH活性降低。Antonelo等 发现TPI的活性与宰后pH值下降有关，活性较高时会延长宰后糖酵解，导致肌肉纤维的横向收缩和肌节的延伸，从而增加肉的嫩度。还有研究显示，TPI还可作为肉色、持水性的生物标记物，表明TPI不仅与能量代谢有关，还会影响肉品质 。

3.4 秦川牛宰后成熟过程中LDH活性变化情况

LDH是糖酵解过程中最后一个调节酶，主要负责将丙酮酸水解为LA，其活性变化反映了无氧代谢的强弱，LDH的活性越高糖酵解越快。此外，还会影响到牛肉pH值的变化情况。由图7可知，在秦川牛宰后成熟过程中，相较而言，LDH活性在0～48 h下降速率（从（10.17±0.17）U/g到（8.58±0.18）U/g，

P

＜0.05）比48～192 h缓慢（从（8.58±0.18）U/g到（6.09±0.14）U/g，

P

＜0.05）。宰后早期下降较为缓慢的原因可能是LDH催化丙酮酸生成LA的反应是可逆的，LA含量随着宰后成熟时间延长逐步增加会反过来抑制LDH活性，导致LDH活性下降，与Xin Keqi等 研究一致。宰后后期LDH活性降低较为快速的原因可能是此时糖酵解速度较慢，以及肌肉已经消耗大量的ATP从而导致ATP不足，与Gao Yongfang等 发现牦牛在宰后后期的LDH活性显著下降一致。

3.5 秦川牛宰后成熟过程中COX活性变化情况

COX是参与氧化磷酸化途径的一种线粒体蛋白，将电子从细胞色素c传递到氧分子后，再跨膜运输将氧分子转化为水分子并将能量储存在细胞膜内，同时COX通过与内质网相互作用调节细胞凋亡，同时，也是反映肉色的生物标记物。由图8可知，COX活性在秦川牛宰后早期（0～48 h）先急速下降，这与Chang Xinping等发现COX亚基在宰后早期下调趋势一致。48～96 h COX活性上升，这是由于ATP等能量物质减少，细胞凋亡被激发，影响半胱氨酸酶活性，这与Ji Chen等发现一致，此外，他们还发现COX活性变化与宰后成熟过程中肉的嫩化有关，96～192 h COX活性再次下降的原因是ATP含量不足以维持牛肉能量平衡，该趋势与王金霞等发现COX在4～8 d下降一致。

4秦川牛宰后成熟过程中TUFM表达及含量的变化情况

研究表明，宰后成熟过程中与线粒体相关的蛋白过表达可能会影响屠宰后的pH值下降速度 。TUFM是线粒体中表达最高的蛋白质，当TUFM表达少时细胞自噬明显减少，而当TUFM表达多时则会促进细胞自噬，因此，TUFM可能正向调节细胞自噬。由图9可知，TUFM表达量在宰后成熟期间呈先上升后下降趋势，在宰后0～96 h，TUFM被激活，TUFM表达量上升了57.43%，消耗ATP的同时也有H ＋ 的产生和积累，Wei Ruyuan等 研究发现TUFM通过AMP依赖的蛋白激酶（AMPactivated protein kinase，AMPK）/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白通路调控细胞自噬且p-AMPK水平与TUFM水平变化趋势呈正相关，而在动物宰后早期AMPK表达呈上升趋势可促进糖酵解产生所需的能量，而本研究中TUFM表达在宰后早期也是呈上升趋势，可能也促进糖酵解产生所需的能量。与96 h相比，TUFM表达量在192 h下降了50.94%，当TUFM减少时，会导致大量线粒体解体因子释放最终导致线粒体损伤或解体和细胞凋亡增加，与罗辉等 发现TUFM在牛肉成熟后期呈下降趋势一致。由图10可知，TUFM含量变化整体趋势与TUFM表达变化一致，较为不同的是，在0～96 h TUFM含量先快速增加后缓慢增加，48 h与96 h时TUFM含量变化不大。

5TUFM与能量代谢指标相关性分析

线粒体在缺氧条件下会造成结构损伤，可能无法维持细胞呼吸以产生能量，但即使结构不完整，它们仍保留某些功能特性，通过影响ATP水平等能量物质从而影响细胞自噬。细胞自噬主要发生于宰后初期，且能量物质和线粒体相关蛋白在宰后初期发挥的作用更为显著，故将宰后初期（0～48 h）和宰后中后期（48～192 h）分开分析。

由图11可以看出，在宰后0～48 h TUFM表达水平与能量代谢各指标（ATP、ADP、AMP、LDH、MDH、SDH、TPI、COX、GLU、LA）均呈极显著相关性（

P

＜0.01），其中与MDH、LA呈极显著正相关（

P

＜0.01），相关系数

r

分别为0.941、0.969。与ATP、ADP、AMP、LDH、SDH、TPI、COX、GLU呈极显著负相关，相关系数

r

分别为－0.967、－0.936、－0.971、－0.920、－0.380、－0.951、－0.927、－0.902。由此可见，TUFM表达在宰后初期与能量代谢各指标均有密切关系。0～48 h，牛肉能量物质ATP、ADP、GLU含量和COX活性急速下降，AMP含量及LDH、SDH、TPI活性缓慢下降，MDH、LA急速上升达到最大值，TUFM表达上升尚未达到最大值。这是由于秦川牛在宰后初期牛肉细胞缺少氧气的供应，诱导了TUFM的高表达，减少了部分酶对氧气的竞争，导致能量代谢酶活性发生变化，糖酵解过程被激活后消耗能量维持细胞能量平衡。具体而言，TUFM蛋白受到外部因素的刺激参与细胞自噬，自噬通过降解细胞器、蛋白质等物质实现细胞内物质的循环利用，自噬程度又取决于细胞获得储存能量的能力。该阶段肌肉中的代谢方式由有氧氧化转变为无氧糖酵解，肌肉试图通过降解GLU将ATP含量保持在正常水平维持细胞能量稳态，表征肌肉的糖酵解活性的关键酶LDH被激活，随后将丙酮酸转化为LA，使LA不断地被积累。宰后糖酵解过程也会直接或间接地促进三羧酸循环相关中间代谢物如MDH、SDH等的产生和积累，MDH和SDH也参与GLU的有氧氧化。COX作为氧化磷酸化途径的核心，主要负责电子转移和将质子泵送在线粒体中起作用以促进ATP的产生。综上，宰后成熟过程中秦川牛肉氧化代谢能力降低，糖酵解水平增强，但整体能量处于平衡状态。动物被屠宰后TUFM参与的细胞自噬等细胞活动与该阶段的能量水平密切相关，与He Congcong等发现肌肉组织受到刺激而引起的活动可以诱导自噬分解从而维持该阶段的能量平衡结果一致。

由图12可知，牛肉在宰后成熟48～192 h时，TUFM表达与所有能量代谢指标（ATP、ADP、AMP、LDH、MDH、SDH、TPI、COX、GLU、LA）均呈极显著正相关（

P

＜0.01），相关系数

r

分别为0.694、0.668、0.843、0.781、0.678、0.749、0.821、0.620、0.717、0.745。即所有指标在48～192 h时整体呈下降趋势。自噬的净能量增益是指从自噬提供的能量中减去自噬体形成所需的能量 。在宰后前期大量能量被消耗，直至宰后中后期牛肉细胞可提供的能量较少，能量代谢各指标均呈下降趋势，SDH活性在宰后后期快速下降的同时，线粒体供能能力也在降低进而影响细胞自噬和凋亡 。此时TUFM参与的自噬提供的能量远远低于自噬进行膜重排、运输等活动时消耗的能量，所以TUFM可能在该阶段抑制细胞自噬程度，使肌肉细胞优先将可用能量用于除自噬外的其他重要过程以维持细胞稳态，与Wang Shengyuan等 发现的蛋白可能抑制由于缺乏能量或营养而激活的合成代谢活动并关闭细胞生长一致。

综上，TUFM在宰后可能有双重作用，即在宰后初期参与细胞自噬为肌肉细胞提供能量，在宰后中后期能量短缺时抑制自噬的突然诱导同时保留必需的自噬成分，均是为了维持细胞稳态。

6 结论

在秦川牛宰后成熟期间，GLU、ATP、ADP、AMP含量和LDH、SDH、TPI活性均呈下降趋势，TUFM表达量及含量、MDH活性、LA含量均呈先上升后下降趋势，COX呈先下降后上升再下降趋势，对宰后初期及宰后中后期TUFM表达量和能量物质各指标分别进行Pearson相关性分析，结果表明，在宰后初期秦川牛背最长肌中TUFM表达量与MDH、LA呈极显著正相关（

P

＜0.01），与ATP、ADP、AMP、LDH、SDH、TPI、COX、GLU呈极显著负相关（

P

＜0.01）。在宰后中后期，TUFM表达与所有指标（ATP、ADP、AMP、LDH、MDH、SDH、TPI、COX、GLU、LA）均呈极显著正相关（

P

＜0.01），分析可知，秦川牛宰后成熟过程中细胞缺氧能量代谢过程发生变化，TUFM发挥双重作用，在宰后初期，可能正向参与细胞自噬，为肌肉细胞提供能量，在宰后中后期能量短缺时抑制细胞自噬同时保留必需的自噬成分。在整个宰后成熟过程中，TUFM表达变化均是为了维持细胞能量代谢稳态。

作者简介

通信作者：

李亚蕾，宁夏大学食品科学与工程学院教授，1982.7—1986.7在天津科技大学食品系食品工程专业学习，获学士学位；1986.7—2003.7在宁夏农学院食品系任教；2001.8被聘任为副教授；2003.9起均在宁夏大学农学院任；2003.3—2003.7在南京农业大学食品学院进修生物工程专业课程；2003.9—2007.1在西北农林科技大学攻读硕士课程，获农业推广硕士学位。

主要科研成 果：1. 作为主要研究人员参加宁夏 自然科学基金 课题《发酵法生产透明质酸的工艺研究及分离纯化技术》；2. 作为主要研究人员参加宁夏高校科学技术研究项目《生产透明质酸的菌种选育及发酵分离纯化研究》；3.主持宁夏自然科学基金课题《以秸秆为原料生产单细胞蛋白的菌种选育及发酵条件研究》； 4. 主持 宁夏自然 科学基金 课题《抗噬菌体酸奶发酵剂菌种选育及发酵条件研究》。

第一作者：

司健芳， 宁夏大学食品科学与工程学院 食品加工与安全专业研究生。 2018年9月—2022年6月，就读于青岛农业大学海都学院食品系，获得食品科学与工程工学学士学位。 2022年9月—2024年6月，就读于宁夏大学食品科学与工程学院，攻读食品加工与安全专业农业硕士研究生。 研究方向为 肉品质加工及质量安全控制； 已被《食品科学》录用两篇文章，均待发表。

本文《秦川牛宰后成熟过程中线粒体翻译延长因子Tu与能量代谢的关联性分析》来源于《食品科学》2023年45卷第17期1-8页，作者：司健芳，高爽，张静，李亚蕾*，罗瑞明。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240213-074。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：栾文莉；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

为深入探讨未来食品在大食物观框架下的创新发展机遇与挑战，促进产学研用各界的交流合作，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、国家市场监督管理总局技术创新中心（动物替代蛋白）及中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志、《Journal of Future Foods》杂志主办，西华大学食品与生物工程学院、四川旅游学院烹饪与食品科学工程学院、西南民族大学药学与食品学院、四川轻化工大学生物工程学院、成都大学食品与生物工程学院、成都医学院检验医学院、四川省农业科学院农产品加工研究所、中国农业科学院都市农业研究所、四川大学农产品加工研究院、西昌学院农业科学学院、宿州学院生物与食品工程学院、大连民族大学生命科学学院、北京联合大学保健食品功能检测中心共同主办的“第二届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会”即将于2025年5月24-25日在中国 四川 成都召开。

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