modificaciones de las proteínas - Departamento de Química Orgánica

25/09/2013
MODIFICACIONES DE LAS PROTEÍNAS
•
•
•
•
MSc.Angela Zuleta
Facultad de Farmacia y Bioquímica
U i
Universidad de Buenos Aires
id d d B
Ai
[email protected]
• DESDE LA ANTIGUEDAD SE REGISTRAN TRATAMIENTOS EN LOS ALIMENTOS A FIN DE PROLONGAR SU VIDA ÚTIL
•
•
•
•
•
Ej. Hielo
Secado Molienda
Salado
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Objetivos del procesado
Preservación:
¾ Destrucción de microorganismos, de enzimas, de
inhibidores o sustancias tóxicas
¾ Mejoramiento de características organolépticas,
estéticas o nutricionales
¾Obtención de nuevos alimentos
Consecuencias
Alteración de:
™ cantidad de nutrientes
™ biodisponibilidad de nutrientes
™Cambio en propiedades funcionales
Biodisponibilidad de nutrientes
Se define como la proporción del
nutriente ingerido que puede ser
absorbido, utilizado por el
organismo para sus funciones
específicas y/o depositado cuando
está en exceso
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Factores que influyen en la biodisponibilidad
Naturaleza del alimento
™ Contenido intrínseco y naturaleza del
nutriente
paranutrientes y/o
susbstancias bioactivas
™Agregado de componentes
extrínsicos: aditivos, fortificantes
™ Presencia de
™
Procesado
CLASIFICACIÓN NUTRICIONAL DE AMINOÁCIDOS
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DIGESTIBILIDAD
• Conformación
Conformación proteica: proteínas nativas suelen proteica: proteínas nativas suelen
ser resistentes a proteasas, la desnaturalización parcial aumenta su disponibilidad
• Factores antinutricionales,las proteinas vegetales contienen inhibidores de tripsina y quimotripsina, l ti
lectinas ( hemaglutinina). Todos termolábiles
(h
l ti i ) T d t
lábil
• Unión a otros componente, ej: carbohidratos o fibra que reducen digestibilidad
• Procesado
DIGESTIBILIDAD DE PROTEÍNAS
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Factores que reducen el VB de las proteínas naturales
• Pollo (actina, miosina)
• Carnes rojas (gluco y mucoproteínas)
• Legumbres (lectinas)
Metil‐lisina 3‐metil histidina: Resistentes a proteasas
a proteasas
Uniones covalentes de serina, treonina, etc. con glúcidos
Factores antitripsina Digestibilidad
Uniones di‐sulfuro, glutamil lisina (no digeribles)
• Queratina • Elastina
• Colágeno (a.a. no disponibles)
OH‐lisina, glutamil‐lisina, lisina‐
OH‐lisina
glutamil‐lisina lisina‐
norleucina, fosfo‐treonina, etc.
Sustancias tóxicas
Aminoácidos tóxicos: β-cianoalanina, la β-N-oxalil-Lalanina (BOAA), ácido α-γ-diaminobutírico
Se encuentran en plantas del género Lathyrus (L. sativus,
L. cicera, L. odoratus) y Vicia (V. sativa y V. angustifolia)
Producen Neurolatirismo
Osteolatirismo
(en animales de laboratorio)
El hervido en agua o el tostado puede reducir las
sustancias tóxicas
El Código Alimentario Argentino (art. 864) prohibe la venta
de arvejas del genero Lathyrus
β-cianoalanina
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Agentes que alteran el VB de las proteínas: 1) Tratamientos alcalinos
Objetivo
™ Solubilización
™ Purificación
™ Texturización
™ Obtención de concentrados proteicos
™ Hidrólisis (pelos, plumas)
™ Pelado de granos
Pelado de granos
Consecuencias
¾ Destrucción de cistina, D t
ió d i ti
treonina, serina,arginina
¾ Formación de dehidro‐
alanina, lisino‐alanina, lantionina, ornitil‐alanina b‐amino‐alanina
Acción del calor sobre las proteínas
• Calor moderado Aumenta digestibilidad:
desplegamiento de la proteina > exposición para la hidrólisis
desnaturalización, Cocción, asado, frituras
destrucción de factores anti‐nutricionales
d
ió d f
i
i i
l
Isomerización de a.a.
Ruptura y condensación de péptidos
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EFECTOS DE LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS MODERADOS
Inactivación de toxinas
proteicas Ej; botulismo
En huevo: ovomucoide inhibe
tripsina
DESNATURALIZACION PROTEICA
• Cualquier modificación de la conformación nativa de la proteína, a
nivel de la estructura cuaternaria, terciaria o secundaria, que no
involucre ruptura de los enlaces peptídicos.
• La desnaturalización puede ser reversible en algunas condiciones.
Consecuencias
-Descenso de la solubilidad
- Modificación de la capacidad de fijar agua
-Pérdida de actividad biológica
-Mayor susceptibilidad a ataque por proteasas (aumento de la digestibilidad).
-Incremento de viscosidad intrínseca
desnaturalizacion
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•AGENTES DE DESNATURALIZACION
- Físicos
Calor
Frío
Tratamientos mecánicos : amasado, batido,
agitación.
- Químicos
Ácidos y álcalis
Disoluciones acuosas
• Pérdida de a.a.e.:
• Lisina (r. de Maillard)
Acción del calor intenso
Esterilización, Extracción de aceites
Desecación
• Azufrados (oxidación)
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R-COH
Etapa
inicial
+
NH2-R
N-Glucosil-amina
Reordenamiento de Amadori
1-Amino-1-deoxi-2-cetosa
Escisión
Aldehido pirúvico
Diacetilo
Acetol,etc.
Etapa
intermedia
Furfurales
Reductonas
Dehidrofurfurales
Deriv.pirrolicos,
Sust. aromáticas
Etapa
intermedia
Piridínicos,pirazinas
Degradación Strecker
AMINAS HETEROCICLICAS
Aldehidos + CO2
Polimerización e insolubilización
Etapa avanzada
MELANOIDINAS
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En el año 2002 un grupo de
investigadores de la Universidad de
Estocolmo informó sobre la formación de
acrilamida en alimentos ricos en
carbohidratos sometidos a procesos de
horneado, fritura o tostado
Estos
E
t h
hallazgos
ll
causaron gran alarma,
l
ya
que es considerada potencialmente
carcinogénica para los seres humanos
Efecto de la temperatura sobre la
formación de acrilamida
12000
10000
8000
6000
Acrilamida (ppb)
4000
2000
0
110
130
150
Temperatura (ºC)
10
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Posible mecanismo para la formación de
acrilamida a partir de asparagina
OH OH
HO
H2N
NH2
O
+
OH OH
C – CH2 – CH
COOH
O
H2N
N
C – CH2 – CH
O
H2N
COOH
N
C – CH2 – CH
O
H2N
COOH
- CO2
N
C – CH2 – CH2
O
Productos Maillard
H2N
C – CH = CH2
Beta-elimination
Beta
elimination O
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Los alimentos con alto contenido de
asparagina/azúcares tienden a tener mayor
formación de acrilamida durante la cocción
Alimento
% asparagina (ASN)
(% d
de aminoácidos
i á id
libres totales )
mg
ASN/kg
alimento
Niveles de acrilamida
en alimentos sometidos
a horneado, fritura o
tostado
Papa
40
940
++++
Harina de trigo
14
167
+++
Harina de centeno
(alta en proteína)
18
173
+++
Espárrago
30
?
++
Almendras
34,4
?
++
Café (verde)
12
?
++
Carne
<5
?
N.D. o +
Niveles de acrilamida en diversos alimentos
Summary of Acrylamide Values in Food (ppb)
Category
Breads
Crispbread
Crackers and Biscuits
Cereal
Other Grains
Potato Chips
Other Salty Snacks
French Fries
Other Potato Products
Other Vegetable and Fruit Products
Prepared Foods
Meats
Candy and Dessert items
Cookies
Coffee and Tea
Other Nonalcoholic Beverages
Alcoholic Beverages
Dairy Products
Baby Food and Formula
Dry Soup Mixes
Gravy and Seasonings
Miscellaneous
European Data
12-3200
<30-1670
<30-2000
<30
2000
<30-2300
<30
150-1280
122-416
85-1104
<20-12400
10-<50
<30-30
<30-64
<20-110
170-700
<30
30
10-100
40-120
70-200
FDA Data
<10-364
26 504
26-504
52-266
117-2762
12-1168
20-1325
Ingesta calculada :
1.4 a1.7 µg / kg peso / día
<10-70
<10-116
<10-909
36-199
175-351
<10-43
<10-130
<10-1184
38-54
<10-125
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Consecuencias
nutricionales de la reacción
de Maillard
™ Disminución de calidad proteica
- Lisina no biodisponible
- Disminución de digestibilidad proteica
- Destrucción de otros aminoácidos por
reacción con premelanoidinas
™ Disminución de biodisponibilidad de vitaminas
™ Disminución de biodisponibilidad de minerales
Deterioro de lisina disponible
por procesado
Alimento
% Lis. no disponible
Leche de vaca (UAT)
Leche de vaca
(esterilización post-envasado)
Leche de vaca (spray)
Leche de vaca (rodillos)
n.s.
10-15
5
30-50
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Deterioro de lisina disponible
por procesado
Alimento
% Lis. no disponible
Fórmulas infantiles (spray)
Fórmulas con glucosa agregada
Leche + cereal (rodillos)
Leche 20% + cereal 100% (rodillos)
+ leche 80% (spray)
5-15 *
15-70 *
60 **
10 ***
* Fórmulas: Lisina disp. > 6.7 g/100g proteína (ESPGAN)
** Alimentos infantiles: PER> 70 % de caseína (Codex)
*** PER : 96 % de caseína
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O
OH
OH
OH
Hidroxilación
enzimática
fenoles
general. incoloros
O
polifenoloxidasa
o polifenolasa
monofenolasa
R
Oxidación
enzimática
R
ortodifenoles
también incoloros
Polímeros
coloreados
(Melaninas)
R
Ortoquinonas
frecuentemente
coloreadas
Se observa en frutas y
vegetales ricos en compuestos
fenólicos
Quinonas muy reactivas se unen a grupos SH y amino de proteinas<disponibilidad
Formación enlaces no
presentes en proteínas
nativas
< digestibilidad
Resisten hidrólisis
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Mofificaciones de ambiente químico
• Por
Por efecto de procesamiento a pH efecto de procesamiento a pH
alcalino y temperatura moderada: racemización
• A temperaturas muy elevadas, como el horneado aun a pH neutro hay racemización
RACEMIZACIÓN
pH alcalino: cambio de L aa a D aa, pérdida de protón de carbono alfa por
un hidroxilo,
Beta eliminación
de baja disponibilidad
Reacción mucho más rápida en proteínas que en AA libres
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Disminucion de digestibilidad por incapacidad de tripsina de hidrolizar los enlaces
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AGENTES OXIDANTES
Peróxido de hidrógeno, Peróxido de benzoilo,
bromato potasio, hipoclorito de sodio
• Utilizados
Utilizados en la industria para detoxificar granos: en la industria para detoxificar granos:
oleaginosas
• Blanqueador harina puente SH a S‐S, aumenta la fuerza del gluten
• Bactericida en envases: leche
• Irradiación
• Radicales libres de oxidación de lípidos
• quinonas
Pueden producir oxidaciones de aminoácidos : baja disponibilidad
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OXIDACIÓN DE LA METIONINA
Reversible a pH gástrico
irreversibles
Condiciones:H2O2, alta temperatura
Oxidación de triptofano
carcinogénico
pH ácido, en presencia de oxidantes, como oxigeno, lípidos oxidados
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OXIDACIÓN DE LA TIROSINA
Presencia de peroxidasa o peróxido de hidrógeno ej: colágeno, elastina, queratina
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PÉRDIDAS NUTRICIONALES EN EL PROCESADO
CONTENIDO DE AMINOACIDOS EN SOJA Y SUBPRODUCTOS
AMINOÁCIDO
NATIVO
CONCENTRADO
AISLADO
LISINA
METIONINA
CISTINA
TRIPTOFANO
6.9
1.6
1.6
1.3
6.6
1.3
1.6
1.4
5.7
1.3
1.0
1.0
TREONINA
LEUINA
ISOLEUCINA
FENILALANINA
4.3
5.1
7.7
5.0
4.3
4.9
8.0
5.3
3.8
5.0
7.9
5.9
VALINA
5.4
3.2
5.0
2.9
5.2
2.3
AZUFRADOS: MET +
CIS
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pérdida de agua y endurecimiento de carne
Micelas de caseína
Espesamiento y gelificación en yema de huevo
Congelación: aumenta puentes H, Congelación:
aumenta puentes H, > interacción prot
interacción prot‐
prot
Agentes que alteran el VB de las proteínas: reacciones con nitritos y sulfitos
Objetivo
™ Nitritos: estabilizar el color en carnes, inhibir Cl. Botulinum
™ Sulfitos: inhibir “browning” enzimático y no enzimático
Consecuencias
¾ Formación de ó d
nitrosaminas y nitroso tioles (carcinógenos)
¾ Formación de sulfo derivados de a.a. aazufrados
u ados
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REACCIONES CON NITRITOS
pH ácido y altas temperaturas Ej: embutidos, previenen botulismo
Adición de sulfitos
Reducen enlaces s-s a para dar sulfonatos, provocando desplegamiento del las
moléculas proteicas, afectando propiedades funcionales
SULFITOLISIS DE SUERO DE QUESO
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Papaina
Papaina
Formación de geles
b) hidrólisis enzimática
P t óli i li
Proteólisis
limitada
it d quimosina
i
i ((cuajo)
j )
gell ti
tipo coágulo
á l
(micelas de caseínas)
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TRATAMIENTO ENZIMÁTICO : Péptidos bioactivos
Son péptidos derivados de proteínas de la dieta
que ejercen un beneficio a nivel fisiológico para el
consumidor
Se obtienen por hidrólisis in vivo o in
vitro
Poseen entre 2 y 20 aa
Su función depende
p
de la
composición y secuencia de aa
Actividades biológicas detectada en
péptidos alimentarios
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TRATAMIENTO ENZIMÁTICO
Proteólisis parcial:
•aumentan solubilidad, aun a PI, ej: enriquecimiento de bebidas
Fórmulas hipoalergénicas
•Aumenta propiedades emulsificantes o espumantes de proteínas desnaturalizadas
CAMBIOS EN LAS
PROPIEDADES FUNCIONALES
Ej: huevo
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Efecto pH y temperatura durante el procesado
Mejora fijación de iones afectando propiedades funcionales
Por ej: presencia de Ca baja solubilidad de caseinatos
CLNa: mejora retención de agua por solubización de proteínas miofibrilares en
carnes
Formación de geles
Adición de sales (sales de calcio o de magnesio)
Los iones forman enlaces cruzados entre grupos negativamente
cargados de las moléculas de proteínas. Ej: tofu , suscedáneo de
queso de soja.
Influencia del pH: al pH isoeléctrico o en sus proximidades las
proteínas suelen formar geles tipo coágulo. A valores extremos se
forman geles débiles, por las fuertes repulsiones electrostáticas
reinantes. El pH óptimo para la formación de geles es 7-8 para la
mayor parte de las proteínas.
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Efecto contenido de agua vs solubilidad
Los iones H+ y OH- del agua afectan a la envoltura acuosa de las proteínas
también afectan a la carga
g eléctrica de los g
grupos
p ácidos y básicos de las
cadenas laterales de los aminoácidos. Esta alteración de la carga superficial de
las proteínas elimina las interacciones electrostáticas que estabilizan la estructura
terciaria y a menudo provoca su precipitación. La solubilidad de una proteína es
mínima en su punto isoeléctrico, ya que su carga neta es cero y desaparece
cualquier fuerza de repulsión electrostática que pudiera dificultar la formación de
agregados
• A mayor contenido de agua menor temperatura de
desnaturalización, en deshidratación para conservar solubilidad
se debe trabajar a bajas temperaturas por ej. con vacío
• En la extrusión que se busca la desnaturalización se trabaja a
altas temperaturas
Efecto contenido de agua vs solubilidad
•
•
A mayor contenido de agua menor temperatura de desnaturalización, en deshidratación para conservar solubilidad se debe trabajar a bajas temperaturas por ej. con vacío
En la extrusión que se busca la desnaturalización se trabaja a altas temperaturas
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• Pérdidas en la obtención de suero lácteo por ultrafiltración:
Cambios por eliminación de sales y solutos de menor tamaño, bajan lactosa y los minerales, afectan las propiedades funcionales : gelificantes,emulsionantes,espumantes
Calcio favorece agregación de las proteinas por puentes iónicos, induce precipitación , caseína, soja
Tratamientos mecánicos vs propiedades funcionales
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POCO USADA
EN ALIMENTOS
Formación de masa
Gluten de trigo harina + agua
masa (pasta
viscoelástica
y muy cohesiva)
Proteínas
de cereales
Albúminas
15 %
Globulinas
Prolaminas
Gliadinas
Glutelinas
Gluteninas
Gliadinas (puentes disulfuro intracatenarios)
Constituyen el gluten
85 %
son responsables
de la extensibilidad
Gluteninas (puentes disulfuro intra e intercatenarios) son responsables
de la elasticidad
30