Aminoácidos

REACCIONES QUÍMICAS
DE
AMINOÁCIDOS
1.4- REACCIONES DE IDENTIFICACIÓN
Reacciones que identifican los grupos N-terminal de péptidos y proteínas
1.4.1 Reacción con ninhidrina
O
OH
2
+
OH
R CH COOH
NH2
O
O
N
+ R
COH + CO2 + 3H2O
O
Calentamiento → Complejo color azul ó violeta (λ=570 nm)
Prolina →
Color amarillo
(λ=440 nm)
Reacción con Compuestos Carbonílicos
Reacción con Ninhidrina (con Fenilalanina) ......1
O
O
H
OH
NH2
C
COOH
H
H
N
C
H2O
+
OH
OH
CH2
O
COOH
H2O
CH2
O
O
O
O
O
O
H
H
CO2
N
C
N
H
CH2
CH2
O
Base de Schiff
C
OH
OH
Reacción con Ninhidrina
(con Fenilalanina) ......2
CH
O
CH2
O
O
H
H
N
C
O
NH2
H
H CH2
O
O
O
O
O
O
OH
H2O
OH
N
NH2
OH
H
O
O
O
O
O
H2O
N
O
O
O
MODIFICACIONES DE PROTEÍNAS
DURANTE EL PROCESADO Y
ALMACENAMIENTO
(ALTERACIONES EN EL VALOR NUTRITIVO Y EFECTOS
TÓXICOS)
1. Desnaturalización por tratamientos térmicos intensidad
moderada.
2. Pérdidas de aminoácidos durante fraccionamiento proteico.
3. Destrucción de aminoácidos.
4. Degradación alcalina.
5. Interacciones proteína-proteína.
5.1 Tratamientos a pH alcalino
5.2 Formación de isopéptidos
6. Interacciones entre proteínas y agentes oxidantes.
7. Interacciones entre proteínas con compuestos carbonilo,
carbohidratos y aldehídos.
8. Reacciones con Productos de la oxidación de lípidos.
9. Radiólisis.
10. Interacciones de proteínas con otros constituyentes de los
alimentos, con contaminantes y aditivos.
1.Desnaturalización por tratamientos térmicos
de intensidad moderada
Las proteínas son modificadas por:
Procesos:
•Autoclave,
•Extrusión,
•Esterilización,
•Horneado,
•Tratamiento culinario.
Efectos:
• Desnaturalización de los factores antinutritivos de naturaleza
protéica y de toxinas.
Toxinas ó factores antinutritivos de naturaleza proteica termolábiles
a) Toxina botulínica (Inactivada fácilmente a 100ºC)
b) Inhibidores de tripsina.
• Presentes en leguminosas (soja, cacahuates, habas)
• Producen pérdida de tioaminoácidos.
c) Inhibidores de quimotripsina
d) Fitohemaglutininas (lectinas)
• Presentes en leguminosas
• Son proteínas termolábiles
• Disminución de valor nutritivo de
proteínas nativas
• Dificultad en absorción de aminoácidos
• Aglutinan eritrocitos
4. Degradación Alcalina
- Tratamientos usados en la industria de alimentos
• Pelado de frutas y verduras
• Solubilización y texturización de proteínas
• Manufactura de caseinato
• Gelatina
• Envolturas de embutidos
• Tortillas de maíz
Cambios Químicos:
• Hidrólisis
• β-Eliminación
• Racemización de aminoácidos
Aminoácidos
1) Alifáticos (no polares)
COOH
CH3
Alanina
Prolina
NH2
CH
NH3
H3C
Valina
*
CH
Leucina
*H C
3
H3C
H3C
Fenilalanina
*
CH2
Isoleucina
CH CH2
*H C
3
CH2 CH
CH3
*
CH2
Triptofano
*H C
Metionina
3
S CH2 CH2
NH
* Aminoácidos esenciales
2) Alifáticos Polares (con carga)
Lisina
Arginina
*
H3N CH2
CH2
CH2
CH2
H2N
CH
C
*
NH
CH2
CH2
CH2
NH2
Histidina
*
HN
CH2
NH
Ornitina
Ac. Glutámico
Ac. Aspártico
O
O
H3N CH2 CH2 CH2
C
O
C
CH2
O
CH2 CH2
3) Alifáticos Polares (sin carga)
Serina
Glicina
H CH
Treonina
HO CH2
HO
CH
CH3
Tirosina
Cisteína
HS CH2
Asparagina
H2N
C
O
HO
CH2
Glutamina
H2N
CH2
C
O
CH2 CH2
Hidrólisis en
condiciones alcalinas
del
enlace Peptídico
Hidrólisis .......1
O
R
C NH R'
OH R
O
O
C NH R' H2O R
C
OH
+
R'
Amida
C
Residuo
carbonilo-terminal
H O
R1
OH OH R
NH2
Residuo
amino-terminal
H3N C
O
C
H
N C
H R2
H
O
C N C
H R3
OH
O
C
H
N
C
H
R4
O
C N
H
H
C
R5
O
C
O
O
Hidrólisis .......2
O
O
H3N CH C NH CH C
R2 OH
R1
O
O
NH CH C NH CH C NH CH COO
R3
R4
R5
O
O
H3N CH C NH CH C + H2N CH C
NH CH C
O
R1
O
R2
OH
O
R3
R4
OH
NH CH COO
R5
Hidrólisis en
condiciones alcalinas
de
Arginina
P
P
NH
NH
CH
CO
NH
(CH2)3
NH
C
OH, H2O
NH2
Hidrólisis de Arginina
CH
NH2
(CH2)3 NH
CO
ARGININA
OH
P
P
NH
H2O
NH2
(CH2)3
NH
C
CO
NH2
OH
NH2
+
O
C
NH2
CO
P
O
(CH2)3
UREA
NH
CITRULINA
+
NH3
NH
ORNITINA
CH
P
P
(CH2)3 NH2
OH NH
CO
O
H2O
CH
Citrulina y Ornitina)
H 2O
P
P
(formación de
NH2
OH
P
CH
C
C
NH2
Formación de
DHA
(Dehidroalanina)
OH
H
P
NH
C
β-Eliminación
P
C
@ Racemización de
aminoácidos
CH2 O
R
P
NH
y Formación de DHA
C
P
C
Carbanión
CH2 O
H
R
H
P
NH
C
C
P
P
NH
C
C
CH2 O
CH2 O
R
R
P
L/D AMINOÁCIDOS
P
NH
C
C
CH2 O
DEHIDROALANINA
P
+
R
Residuo D-aminoácido
Isomerización
de aminoácidos
R
CH2
NH
OH
C
C
H
O
+ Residuo Laminoácido
H
H
HN
C
C
HN
CH2 O
C
C
CH2 O
Carbanión
R
R
L-aminoácido
HN
C
C
CH2 O
R
HN
C
C
CH2 O
Dehidroalanina
Isomerizaciones
- Temperaturas superiores a 200°C y pH alcalino
-Isomerizaciones de aminoácidos por β-eliminación.
- Formación de isómeros “D” ó “L”
- D-aminoácidos carecen de valor nutritivo
- Disminuyen digestibilidad y algunos ejercen actividad tóxica
1
R
OH
NH2
C
H
COOH
H
R
2
C
NH2 COOH
R
R
H
H
C
C
+
NH2
COOH
1
D-aminoácido
NH2
H
COOH
2
L-aminoácido
H3C
CH
CH3
C
H2N
1
2
H3C H CH3
CH
OH
H
H3C
C
H2N
COOH
COOH
Isomerización de
aminoácidos......1
H
CH3
1
CH2
H2N
2
CH2
OH
CH
C
NH2
COOH
H
H3C
H
COOH
Isoleucina
H
CH
COOH
H
H
H
COOH
H2N
L-valina
2
CH3
CH3
CH2
CH2
CH
+ H3C
NH2
COOH
D-Isoleucina
CH
C
C
C
H2N
H3C
CH3
C
D-valina
1
CH3
CH
+
C
Valina
H3C
CH
H
H3C
CH3
H2N
H
COOH
L-Isoleucina
Aminoácidos que
forman
Dehidroalanina
Residuo D-aminoácido
Formación de
Dehidroalanina
R
CH2
NH
OH
C
C
H
O
+ Residuo Laminoácido
H
H
HN
C
C
HN
CH2 O
C
C
CH2 O
Carbanión
R
R
L-aminoácido
HN
C
C
CH2 O
R
HN
C
C
CH2 O
Dehidroalanina
Formación de Dehidroalanina con:
a) Serina
H
H2N
C
COOH
OH
H2N
C
CH2
CH2
OH
OH
+
COOH
1
H2N
H2O
H
C
COOH
H
H2N
C
CH2
CH2
OH
OH
COOH
D-Serina
2
H2N
C
CH2
OH
COOH
H2N
C
COOH
CH2
Dehidroalanina
+
H2O
Formación de Dehidroalanina a partir de:
CISTINA
CISTEÍNA
a)
OH
H
O
P
C
C
NH
P
O
CH2
P
S
CH2
NH C
C
+ S + S=
C
P
O
H
CISTINA
C
CH2
S
P
OH
DEHIDROALANINA
OH
NH
P
P
O
H
C
C
NH
CH2
SH
CISTEINA
P
Formación de
Enlaces entrecruzados
con DHA
5. Interacciones Proteína-Proteína
5.1 Tratamiento térmico a pH alcalino
◆ Formación de aminoácidos:
- Lisoalanina
- Lantionina
- Ornitoalanina
◆ Formación de enlaces cruzados covalentes:
- Intramoleculares
- Intermoleculares
◆ Formación por β-eliminación de dehidroalanina (DHA)
◆ Enlaces cruzados producen disminución de valor nutritivo
◆ Lisoalanina provoca en ratas: diarrea a hiperplasia pancreática
O
P
C
C
CH2
NH2
Lys
Proteina
P
O
P
C C CH2 NH (CH2)4 CH
NH
NH
P
P
P
H2O
Dehidroalanina
OH
P
O
P
C CH CH2 NH (CH2)4 CH
NH
P
H2O
P
OH
OH
P
C C CH2 NH (CH2)4 CH
P
P
P
LISINOALANINA
Formación de LISINOALANINA (DHA)
Formación de ORNITOALANINA (DHA)
O
b)
H2N
C
C
H2N
COOH
O
OH
+
H2N
(CH2)3 C
(CH2)3
H2N
Dehidroalanina
C
H
H2N
H2O
OH
C
C
H
O
C
C
H
OH
H2N
OH
CH2
CH2
NH
NH
(CH2)3
(CH2)3
H2N
C
OH
NH
Ornitina
O
C
CH2
H
NH2
CH2
C
COOH
H2N
C
COOH
H
H
Ornitoalanina
COOH
Formación de LANTIONINA (DHA)
O
H2N
c)
O
H2N
C
C
H
C
H
COOH
OH
+
H
S CH2 C
C
C
OH
H2O
CH2
H
S
NH2
CH2
Cisteína
Dehidroalanina
H2N
C
H
OH
H2N
H2N
C
C
OH
H2N
H
O
C
C
CH2
CH2
S
S
CH2
CH2
C
H
COOH
H2N
C
OH
COOH
H
Lantionina
COOH
OH
NH
P
P
CH CO
P
(CH2)4
NH2
NH2
Lisilo
Ornitilo
+
P
SH
Cisteilo
+
CH CO
P
P
NH C
NH
CH2
CH CO
Resto de
lisinoalanina
CO
CH CO
P
P
P
NH
(CH2)3
NH
NH
P
CH CO
CH2
(CH2)4
P
NH
CH2
+
LISINOALANINA
ORNITOALANINA
LANTIONINA
NH
P
(CH2)3
Formación de
P
P
CH CO
NH
P
P
NH
CH CO
CH2
NH2
S
CH2
CH2
CH
CO
Resto de
ornitinoalanina
P
P
P
NH
CH CO
Resto de
lantionina
P
• Formación de enlaces entrecruzados en proteínas producen
disminución de Valor nutritivo
• La eficiencia neta, el PER y el valor biológico de las proteínas
disminuyen dependiendo de severidad del tratamiento
(alcalinidad, temperatura, tiempo).
* Efecto de tratamiento
alcalino en aislado de
proteína de semillas de
girasol.
▪Posible toxicidad del la lisinoalanina, por sí misma ha mostrado daño en
hígado de rata, pero no cuando forma parte del complejo proteínico.
• Formación de enlaces entrecruzados, inhibida por:
 Amoniaco
 Cisteína,
 Glucosa,
 Bisulfito de sodio;
 Acetilación y succinilación de la lisina.
▪ Formación de DHA en Proteínas es reducido por
- Cisteína
- Bisulfito sódico
- Hiposulfito de sodio
5.2 Formación de isopéptidos





Condiciones
Calentamientos prolongados >10 hrs
Alta temperatura >100ºC
Enlaces entrecruzados entre el grupo ε-amino de la lisina
con el grupo carbonilo del aspártico o glutámico.
Formación de enlaces cruzados covalentes isopeptídicos
(ε~N~(γ~Glutamil)lisilo y (ε~N~(β~aspartil)lisilo).
O
O
P1
P1
P2
glu C NH2 + H2N lis
lisina
glutamina
NH
C
O
CH
glu C NH lis
enlace entrecruzado
O
NH
CH2 CH2 C NH (CH2)4 CH
C
O
P2
+ NH3


Descenso en la digestibilidad del nitrógeno, el
coeficiente de eficacia proteica y el valor
biológico de la proteína.
Reducción de la disponibilidad de otros
aminoácidos, aparte de la lisina.
O
P1
CH2
CH2
C
NH2
CH2
CH2
CH2
CH2
NH CH2
CH2
CH2
CH2 P2
NH2
O
P1
CH2
CH2
C
NH2
O
P1
CH2
CH2
C
NH CH2
CH2
CH2
CH2 P2
P2
6. Interacciones entre las Proteínas y los agentes oxidantes
- Agentes oxidantes pueden modificar los restos de aminoácidos de las
proteínas.
Algunos usos de los agentes oxidantes en la industria alimentaria:
Peróxido de Hidrógeno:
-
Acciones bactericidas (esterilización “en frío”).
Capacidad decolorante (concentrados proteicos, harinas, cereales, etc.).
Detoxicación de triturados.
Descascarillado de semillas.
Hipoclorito sódico:
-Bactericida.
-Eliminación toxinas.
Peróxidos lipídicos:
Se encuentran en alimentos por:
- Autooxidación.
- Radiaciones.
- Secado con aire.
- Aireación en procesos de fermentación.
Degradan las proteínas de su entorno debido a:
Reacciones de oxidación.
Acción de sistemas sulfito~metales~oxígeno.
Los aminoácidos más sensibles a la oxidación son:
-
Tioaminoácidos.
Triptófano.
Tirosina.
Histidina.
6.1Oxidación de metionina
◦ Ácido perfórmico la oxida formando metioinsulfona
◦ Hipoclorito de sodio a metioninsulfóxido
◦ Metioninsulfóxido en caseína disminuye PER y NPU.
NH
CH
CO
(CH2)2
CH
CO
NH
(CH2)2
S
S
CH3
CH3
Resto de metionina

NH
CH
CO
(CH2)2
O
O
S
O
CH3
Resto de metioninsulfóxido Resto de metioninsulfona
EFECTOS:
◦ La metioninsulfona tiene cierto grado de toxicidad.
◦ La Metionina puede ser sustituida por el sulfóxido de
metionina, eficacia depende de la configuración D ó L
6.2 Oxidación de cisteína y cistina
Se forman mono y disulfóxidos de L-cistina, ácido
cisteinsulfónico.
 Los derivados pueden sustituir a la L-citeína (muy
NH
inestables)
NH
NH

CH
CH2
SOH
CH
CO
CH2
CH
SO2H
Ácido cisteín-sulfónico
(ácido cisteico)
Ácido cisteín-sulfínico
O
HO
C
CH
NH2
CH2 SH
cisteína
O (O)
NH
NH
CH
CO
SO3H
CO
CO
Ácido cisteín-sulfénico
CH2
NH
CH2 S S CH2 CH
Cistina
CO
NH
CH CH2 S
S CH2 CH
CO
CO
O (O)
Ácido mono o disulfóxido
de cistina
NH
NH
CH
CH2 S S CH2 CH
CO
CO
O (O)
Ácido mono o disulfona
de cistina
6.3 Oxidación del triptófano
Con perácidos forma β-oxiindolilalanina y N-formilquinurenina.
Con dimetilsulfóxido ó N-bromosuccinimida forma

β-oxiindolilalanina.
Con periodato sódico u ozono por fotoxidación forma:




N-formilquinurenina,
β-carbolina,
Hexahidropirrolindol,
Quinazolina.
Con peróxido de hidrógeno forma quinurenina (cancerígena).
Los productos de degradación inhiben crecimiento de
Fibroblastos
1.- En presencia de RCOOOH, CH3, SOCH3 y
2.- En presencia de RCOOOH, NaIO4, O3 y O2 + hν
COOH
CH2
Formación de β~carbolina, hexahidropirrolindol y quinazolina
N
Velocidades oxidación diferenes: Metionina >Cisteína >Triptofáno H
Triptofano
NH2
(1)
EFECTOS:
Quinurenina y formilquinurenina no reemplazan a Triptofáno
CH
COOH
CH2
N
H
O
CH
NH2
(2)
O
C
COOH
CH2
CH
NH2
NH CHO
EFECTOS:
Formación de β~carbolina, hexahidropirrolindol y quinazolina
Quinurenina y formilquinurenina no reemplazan a Triptofáno
Velocidades oxidación diferenes: Metionina >Cisteína >Triptofáno
COOH
CH2
CH
NH2
(1)
COOH
CH2
O
CH
NH2
N
H
Triptofano
N
H
(2)
O
C
COOH
CH2
CH
NH2
NH CHO
7. Reacción con Compuestos Carbonilo

Compuestos carbonilo
◦ Azúcares reductores
 Productos reacciones de Maillard
◦ Productos de autooxidación
 Monocarbonilos (Hexanal. Hexenal. Nonenal, Bases de Schiff)
 Dicarbonilos (Glioxal, Malonaldehido, Entrecruzamientos)

Reacciones
◦ Formación de bases de Schiff (Grupos ε-amino de las proteínas)
◦ Aldehídos bifuncionales (malonaldehído) producen enlaces intra
o intermoleculares.
7.1 Interacciones entre proteínas y
carbohidratos o aldehídos

Produce pardeamiento enzimático o Reacción de Maillard.
• Reacción entre proteínas,
carbohidratos reductores y
compuestos carbonílicos.
H
O
C
H
C
OH
R
P
P
P
P
NH
N
NH
NH
CH2
H
C
OH
- H 2O
C
H
H
C
H
C
OH
H
C
OH
H
C
R
R
Aldosa
• Durante la cocción,
evaporación,
deshidratación ó
tratamiento térmico.
NH
CH2OH
- H2 O
CH2OH
O
C
OH
R
R
Cetosa
+
Cetosamina
(producto de
Amadori)
70-75% en leches
sobrecalentadas
P
C
• Condensación de una
amina y un carbohidrato
reductor
Aldosilamina
(NH2
proteína)
O
R
R
Aldimina
(base de Schiff)
Carbonilamina
+
C
OH O
Carbonilamina
CH2OH
P
P
N
NH
C
CH2OH
R
Cetimina
(base de Schiff)
C
O
R
Cetosilamina
(NH2
proteína)
P
• Formación de base de
Shiff, formación de
cetoaminas o aldosaminas
NH
CHO
C
H
R
Aldosamina
(producto de Heyns)
2. Cetosaminas o aldosaminas
se transforman en derivados no saturados, carbonilos o policarbonilos
como la reductonas.
R
C
C
C
R'
OH OH O
Reductona
Los derivados no saturados
pueden reaccionar con aminas (Degradación de Strecker).
COOH
C
O
C
O
Derivadodicarbonilo
+
H2N CH R
C
O
COOH
C
N
CH R
-aminoácido
+
H2O
+ 2 H2O
C
O
CH OH
+
NH3
+ CO2 + RCHO
3. Policarbonilos pueden
• romperse formando compuestos volátiles,
• polimerizarse a melanoidinas.
• Pérdidas de lisina. Pérdidas en el valor nutritivo.
• Producto de Amadori inhiben la absorción intestinal de aminoácidos
escenciales.
• Melanoidinas con enlaces covalentes destruyen la digestibilidad de
proteínas.
• Melanoidinas tienen propiedades mutagénicas.
Efectos:
Con la reacción de escisión:
- Se forman compuestos volátiles que dan olor a alimentos.
Olores producidos por el calentamiento de un aminoácido con glucosa
Olor
Aminoácido
100° C
180° C
Ninguno (sólo glucosa)
Ninguno
Caramelo
Valina
Pan de centeno
Chocolate muy fuerte
Leucina
Chocolate dulce
Queso quemado
Prolina
Proteína quemada
Aroma agradable de pan
Glutamina
Chocolate
Caramelo
Ácido aspártico
Azúcar
Caramelo
Lisina
Ninguno
Pan
• Si se polimerizan forman melanoidinas las cuales:
- Disminuyen la digestibilidad de la proteína
- Pueden tener propiedades mutagénicas.
8. Reacciones de Proteínas con Malonaldehido
8.1 Productos Carbonílicos
• Aldehídos (formaldehido y malonaldehido) forman enlaces covalentes
con proteínas.
O
H
O
C
P1
C
O
P1 N
CH
P1
P1 NH CH CH2 CH O
CH2
NH2
OH
H
H
CH2 CH O
P1 N
CH
CH2 CH O
H
H2N
CH
CH2 CH
P2
OH
O
P1 N
NH CH CH2 CH O
NH P2
P1 N
CH
CH
CH
NH P2
H
H
P1 N
CH
CH
CH
NH P2
8. Reacción con Productos de la Oxidación de Lípidos
•Hidroperóxidos formados durante la oxidación de lípidos.
Cambios en estructura y propiedades funcionales de
• proteínas/aminoácidos.
Factores:
• Accesibilidad de aminoácidos reactivos sobre la superficie de la
proteína y molécula de lípido.
• Interacciones hidrofóbicas.
• Enlace de hidrógeno.
• Iniciadores de radicales en el sistema.
Mecanismo incluye:
• Formación de radicales de proteína,
• Entrecruzamiento de los radicales con lípidos,
• Polimerización de lípidos-proteínas.
Aminoácidos con mayor susceptibilidad:
- Histidina
- Cisteína/cistina
- Metionina
- Lisina
Producen una gran variedad de productos.
Histidina
Genera Radicales libres con:
• Desaminación
• Descarboxilación
Para producir:
• Ácido láctico imidazol
• Ácido acético imidazol
NH2
CH2 CH COOH
N
LOO
LOOH
NH3
NH
RCH2CHCOOH
+
B
RCH2CHCOOH
A
R CH2 CH COOH
LH
O2
L
RCH2CHCOOH
O
LH
A
O
O
H
OO
L
RCH2CHCOOH
OH
Ácido láctico imidazol
RCH2CHO
O2
RCH2COOH
Ácido acético imidazol
Para la cisteína,
productos incluyen alanina, Ácido cistéico y cistína.
LOO
RSH
RSSR
LOOH
RS
RSOH
RSO2H
RSO3H
9. Radiólisis
Alimentos sometidos a:
- Radiaciones γ o en presencia de lípidos en oxidación.
- Formación de enlaces cruzados inter o intramolecularmente.
- Ocurre vía radicales libres proteicos seguida de una polimerización.
PH
+
Proteína
nativa
P
LOO
Radical lipídico
libre
P
+
P
P
LOO
P
LOOH
Peróxido
lipídico
P
P
+
P
P
P
P
P
P