Química e Análise de Alimentos

Proteínas Alimentares

Prof. Adriano BrandelliICTA - UFRGS

Aminoácidos e Peptídeos

● Aminoácidos

Componentes fundamentais das proteínasPossuem grupos amino (básicos) e carboxil (ácidos)Em pH neutro e solução aquosa → ionização

Aminoácidos e Peptídeos

● Classificação dos aminoácidos

Grupos R apolares (hidrofóbicos)Grupos R polaresGrupos R carregados

Influência nas propriedades físicas

- Carga líquida, migração eletroforética- Absorção no UV (Tyr, Trp, Phe)

Aminoácidos e Peptídeos

● Aminoácidos – comportamento ácido-base

Curva de titulação de um aminoácido

Aminoácidos e Peptídeos

● Aminoácidos – reação com ninidrina

Importante para detecção e quantificação de aminoácidos

Aminoácidos e Peptídeos

● Ligação peptídica

Ligação entre grupo amino de um aminoácido com grupo carboxil de outro

Aminoácidos e Peptídeos

● Peptídeos

Glu-Cys-GlyGlutationa

Asp-Phe-OMeAspartame

Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe Angiotensina II

Proteínas

● Funções → Várias

Diversas funções podem ser associadas a proteínas

- Catálise (enzimas)- Transporte (hemoglobiona, mioglobina)- Conversão de energia química em trabalho (miosina, actina)- Estrutural (colágeno, elastina)- Proteção (imunoglobulinas)- Nutricional (caseínas, globulinas vegetais)

Proteínas

Colágeno

● Relação Estrutura – Função

Proteinas globulares e fibrosas

Integrase Elastina

Proteínas

Estrutura:

Primária – depende da composição e seqüência de aminoácidos

Secundária – arranjo espacial da cadeia peptídicanuma direção (α-hélice, folhas β, casual).

Terceária – interação dos grupos R dos aminoácidos,confere arranjo espacial

Quaternária – Interações não covalentes entrediferentes polipeptídeos (subunidades)

Proteínas

● Estrutura

Estrutura primária:- Depende da composição de aminoácidos- Sequência única de AAs que diferencia proteínas e determina outrosníveis de estrutura.

Proteínas

Determinação daestrutura primária

Proteínas

● Determinação da estrutura primária

Proteínas

● Estrutura

Estrutura secundária:Arranjo espacial regular da cadeia peptídica numa direção

α-hélice – molécula forma uma hélice ao longo de um eixoβ-estrutura – esqueleto peptídico forma zig-zag (folha β)Casual – pouca organização entre os grupos R vizinhos

Proteínas

● EstruturaEstrutura secundária → α-hélice

- Helicóide organizado ao redor de eixo imaginário- Passo da hélice = 3,6 resíduos de AAs- Conformação mantida por pontes de H

Aminoácidos que rompem a estrutura:- Pro, grupo imino tem geometria incompatível- Número elevado de AAs com carga (repulsão)- Número elevado de Trp (cadeia volumosa)

Proteínas

● EstruturaEstrutura secundária → β-estrutura

- Esqueleto peptídico forma zig-zag- Cadeias alinhadas lado à lado- AAs volumosos ou com carga atrapalham

Proteínas

● Estrutura

Estrutura terceária:Interação dos grupos R dos AAs, confere arranjo espacial

Interação iônicaInteração hidrofóbicaPontes de HPontes S-S

Proteínas

● Estrutura

Estrutura quaternária:Interações não-covalentes entre diferentes polipeptídeosImportante para função biológicaEx: Hemoglobina, enzimas alostéricas

Proteínas

● Propriedades iônicas

Proteínas com elevado no de AA ácidos (Glu/Asp) tem pI baixoProteínas com elevado no de AA básicos (Lys/Arg) tem pI elevado

Carga líquida da proteína varia conforme composição de aminoácidos

Podem ser separadas por eletroforese ou cromatografia de troca iônica

Proteínas

● Propriedades iônicas - solubilidade

Solubilidade é determinada por (a) grau de hidratação, (b) distribuição decargas ao longo da cadeia, (c) presença de substâncias não-proteicas.Em pH ≠ pI proteína tem cargas que se repelemAlterando o pH, altera o grau de ionização dos grupos R das cadeias laterais

Ex: extração de proteínas de sementes. Solubilidademáxima (rendimento) em pH alcalino devido ao maiornúmero de aminoácidos com carga (-) Asp/Glu

Proteínas

● Propriedades iônicas - solubilidade

Alteração da força iônica: Adição de sais aumenta a solubilidade diminui atração entre cargas opostasde moléculas vizinhas (estabiliza cargas de superfície, ↓ interação P-P)Aumento na concentração de sais → excesso de íons compete com a proteínapela solvatação → interação P-P → salting-out

Proteínas

● DesnaturalizaçãoAlteração de propriedades específicas causada por tratamento semrompimento das ligações peptídicas. Alteração da estrutura espacial.Perda da atividade biológica.

Proteínas

● Desnaturalização

Efeitos da desnaturalização:- Ligações peptídicas mais suscetíveis a hidrólise enzimática- Diminuição da solubilidade- Se possui atividade enzimática, perda ou diminuição- Não é possível cristalizar- Aumento da viscosidade intrínseca- Aumento da rotação óptica da proteína em solução

Proteínas

● Desnaturalização

Agentes físicos: temperatura, pressão, UVAgentes químicos: pH, detergentes, uréia

Proteínas tem comportamento diferente frente a tratamentos desnaturalizantesEx: calor

Absorção UV Solubilidade Digestão por tripsinaα-caseína inalterada diminui aumentaβ-caseína aumenta inalterada inalterada

Proteínas

● Hidrólise

Proteólise – rompimento das ligações peptídicas- Proteases – pepsina, tripsina, papaína, quimotripsina- Ácido, ex: HCl 20% + refluxo 12-16h- Álcali, ex: NaOH ou Ba(OH)2 6M

Mecanismo de hidrólise por uma protease aspártica:

Proteínas

● Hidrólise

Ex: Hidrólise da κ-caseína

glicomacropeptídeopara-κ-caseína

Proteínas

● Hidrólise

Aplicações:

-Hidrolisados para nutrição parenteral

-Melhoria de propriedades funcionais (gelatinização, formação de espuma)

-Aproveitamento de subprodutos (rações)

Produção de peptídeos bioativos

Proteínas

● Processamento térmico

Reação de Maillard – Proteína + açúcar redutor

Lys ε-amino → perda de valor nutricional

Proteínas

● Processamento térmico

Ligações cruzadas entre proteínas

∆

Proteínas

● Processamento térmico

Cistina – aminoácido mais sensível ao calor

Tratamento em meio aquoso a ~115oC perda de 50-60%

R-CH2-S-S-CH2-R → R-CH2-SH + R-CH2-S-OH → R-CHO + H2O + H2S

Proteínas

● Oxidação

Formação de derivados oxidados dos aminoácidos sulfurados

Formação de ligações cruzadas ditirosina a partir da oxidação da tirosina por radicais livres

Proteínas

● Efeito de álcalis

Ex: solubilização de proteínas vegetais geralmente em condições alcalinas

- Hidrólise de grupos amida (Asn, Gln)- Hidrólise de ligações peptídicas (parcial)- Cisão da ligação guanidino (Arg) alcalinização severa- Reações de β-eliminação

β-eliminação: reação mais importante de proteínas em solução alcalina, podecausar racemização dos aminoácidos (inversão de configuração L para D).

Proteínas

● Efeito de álcalis

β-eliminação de Cys – formação de deidroalaninaMuito reativa com carbonil α-β insaturadoReage com Lys, Cys de outros peptídeos formando ligações cruzadas

Dha + Lys → lisinoalaninaDha + Cys → cistationina

\C=CH2/

Proteínas

● Putrefação

Causada por microrganimos: hidrólise das proteínas + metabolização dosaminoácidos (odor/sabor desegradável)

Decarboxilação Deaminação Degradação de StricklandLys → cadaverina Trp → Indol Ala → AcetatoOrn → putrescina Cys → piruvato + H2S Leu → IsovaleratoGlu → ác. aminobutírico Asp → fumarato

Em peixes, trimetilamina e dimetilamina são produzidas por microrganismos eservem como marcadores de deterioração.

Proteínas

● Propriedades funcionais

Capacidade de retenção de água (CRA)

Carnes – influencia na maciez, sabor, corAdição de fosfatos (interage com Ca2+, interfere nas ligações cruzadas)

Leite em pó desnatado – usado para aumentar CRA da farinha

Proteínas

● Propriedades funcionais

Capacidade emulsificante

Estabilização de emulsões óleo em água

Proteínas do ovo – formulações (maionese)Emulsões com carne – proteínas emulsionam gordura

Proteínas da clara do ovo + polissacarídeos – Reação de MaillardEmulsões com maior estabilidade térmica

Proteínas

● Propriedades funcionais

Gelatinização

- Ovalbumina (clara do ovo) 6 CysSe desnaturalizada abre a cadeia, permite a formação de novas pontesdissulfeto inter e intra cadeia formando estrutura tipo gel

- Gelatina Aquecimento do colágeno em T > Ts, destruição da hélice tripla,reestruturação das fibras dando gelatina

Proteínas

● Propriedades funcionais

Formação de espuma

Desnaturalização em interface água-arMoléculas desnaturalizadas interagem formando um filme ao redor de bolhas de ar, estabilizando as espumas.Excesso de batimento – fica pouca proteína nativa para interagir com águaEstabilidade melhora em pH próximo ao pI (↓repulsão)

Proteínas

● Propriedades funcionais

Propriedades coesivas/elásticas

Glúten hidratado (glutenina + gliadina)Inicialmente proteínas “empacotadas”Hidratação + mistura – intercâmbio de dissulfetos

Processo Chorleywood: uso de ácido ascórbico/mistura forte 4x104 J kg-1

Ácido ascórbico + ½ O2 → Ácido deidroascórbico + H2O (Ác. Ascórbico oxidase)Ácido deidroascórbico + 2 G-SH → Ácido ascórbico + G-S-S-H (Glutationa oxidase)