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AULA 5-CARACTERISTICAS E PROPRIEDADES DAS PROTEÍNAS NOS ALIMENTOS

Aprofundamento pedagógico

1. Explique a genesi (origem) do nitrogênio presente nos aminoácidos e proteínas?2. O que são aminoácidos?3. O que são as estruturas primária, secundária, terciária e quaternária das proteínas?4. Defina proteínas e cite os aminoácidos que podem ser encontrados numa cadeia proteica.5. De acordo com as funções, quais os tipos de proteínas?6. Descreva resumidamente sobre desnaturação proteica.

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Aprofundamento pedagógico

1. Explique o que são aminoácidos essenciais e não essenciais.2. Quais são as 3 categorias de funcionalidade das proteínas?3. O que quer dizer anfótero?4. Qual é a classificação das proteínas?5. Qual é a importância do glúten na panificação?6. Quais são os agentes de desnaturação das proteínas?7. O que analisa o método de Kjendahl?

Objetivos

� Reconhecer a composição e estrutura das proteínas.

� Identificar a desnaturação das proteínas.

� Reconhecer as propriedades funcionais das proteínas nos alimentos.

� Aplicar o método de Kjeldahl para determinação de proteínas.

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Introdução

� Na células,

� As proteínas são os maiores constituintes de toda célula viva, e cada uma delas, de acordo com sua

estrutura molecular, tem uma função biológica associada às atividades vitais.

� Nos alimentos,

� além da função nutricional, as proteínas têm propriedades organolépticas e de textura.

� Podem vir combinadas com lipídeos e carboidratos e minerais.

Importância e caracterização das proteínas

� As proteínas estão presentes em vários alimentos importantes da dieta humana, como pães, massas e carnes.

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Como se compõe uma proteína?

�As proteínas simples são cadeias compostas de partes unitárias chamadas

de AMINO ÁCIDOS (A.A).

O que são os A.A.?

� Os AMINOÁCIDOS são ácidos carboxílicos que possuem um grupo amino (grupo básico) ligado ao

carbono alfa à carbonila (grupo ácido).

� Por ter dois grupos bem distintos na sua estrutura (uma parte básica com o grupo amino e uma parte ácida com o grupo carbonila) os A.A. são chamados

de ANFÓTEROS.

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Estrutura dos amino ácidos

� Devido à variedade de cadeias R (cadeia lateral), existem, no total, 20 aminoácidos.

Glicina(Gli), Alanina (Ala), Valina (Val), Leucina (Leu), isoleucina(Ile), Prolina (Pro), Fenilalanina (Fen), Metionina (Met),

Serina (Ser), Treonina (Tre), Cisteína (Cis), Tirosina (Tir), Asparagina (Asn), Glutamina (Glu), Triptofano (Trp), Ácido

glutâmico (Glu), ácido aspártico (Asp), Lisin (Lis), Arginina(Arg), Histidina (His).

ESTRUTURA BÁSICA DE UM AMINO ÁCIDO

Exemplos de A.As.

Estrutura de alguns AMINO ACIDOS

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Tipos de A.A.

� Dentre os 20 aminoácidos existem distinções entre duas categorias:

� Aminoácidos ESSENCIAIS

� Aminoácidos NÃO ESSENCIAIS

� Esta distinção advêm da sua origem, que pode ser endógena ou exógena

� O valor BIOLÓGICO das proteínas, depende do tipo de aminoácido (essencial ou não essencial) que as compõe. Maior é o numero de aminoácidos essenciais que tem a proteína, maior é o seu valor biológico. Ex: diferença entre lentilha e carne

AMINO ÁCIDOS essenciais e NÃO essenciais

� Aminoácidos ESSENCIAIS

� Os aminoácidos essenciais são aqueles A.A. que devem ser incluídos na dieta por que não são sintetizados pelo nosso organismo (origem exógena).

� Dentre os 20 aminoácidos, existem 10 que são conhecidos como essenciais.

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AMINO ÁCIDOS essenciais e NÃO essenciais

� Aminoácidos NÃO ESSENCIAIS

� Os aminoácidos não essenciais são aqueles A.A. que o corpo consegue ‘constituir’ sozinho (endógeno), a partir de outros elementos químicos já presentes no organismo.

� Dentre os 20 aminoácidos, existem 10 que são conhecidos como NÃO essenciais.

PROPRIEDADES FÍSICAS DOS AMINOÁCIDOS

� Sólidos e incolores, cristalinos e fundem a altas temperaturas;

� Podem ter gosto doce, amargo ou sem gosto/sabor;

� Solúveis em água, e insolúveis em solventes orgânicos;

� Solúveis em soluções diluídas de ácidos e bases;

� Sua solubilidade é influenciada pela cadeia lateral (R);

� Em soluções aquosas são corpos dipolares (anfótero) tem função de ácido e de base.

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Como os aminoácidos se ligam formando as proteínas?

� As proteínas são moléculas complexas constituídas por aminoácidos unidos entre si

através da chamada ligação peptídica.

� O número total de aminoácidos nas proteínas pode variar de algumas

dezenas até vários milhares.

LIGAÇÕES PEPTÍDICAS

Os aminoácidos unem-se através da ligação peptídica entre o grupo carbonila do primeiro

aminoácido e o grupo amino do segundo aminoácido para formar a proteína.

� Ligação peptídica entre os aminoácidos

alanina e leucina. � A ligação peptídica

ocorre entre o carbono da carbonila

do primeiro aminoácido e o grupo

amino do segundo aminoácido

(marcados em vermelho)

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FUNÇÕES BIOLÓGICASdas proteínas

� Componentes essenciais a todas as células vivas e estão relacionadas à quase todas as funções fisiológicas;

� Regeneração de tecidos;� Catalisadores nas reações químicas (enzimas e hormônios)- a

digestão dos alimentos requer enzimas;� Necessárias nas reações imunológicas;� Indispensáveis na reprodução e crescimento juntamente com os

ácidos nucleicos;� Constituem o elemento estrutural do organismo animal;� Materiais reguladores são constituídos de proteínas. Ex. Tirosina que regula metabolismo energético; Insulina que regula o

teor açúcar no sangue; Hemoglobina é a proteína que carrega O2

dos pulmões aos tecidos;

FUNÇÕES BIOLÓGICASdas proteínas

� As proteínas são as macromoléculas orgânicas mais

versáteis existentes.

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FUNÇÕES BIOLÓGICASdas proteínas

� Conforme as funções que desempenham, podem ser agrupadas em três categorias:

1. proteínas estruturais;

2. proteínas com atividade biológica;

3. proteínas com valor nutritivo.

...Macromoléculas mais versáteis nos sistemas vivos...

Funções:o Catalisadores (enzimas)

o Transportadores (oxigênio, vitaminas,lipídeos, ferro, etc)

o Armazenamento ou Nutrientes (caseína do leite)

o Proteção imune (anticorpos)

o Reguladores (insulina, glucagon)

FUNÇÕES BIOLÓGICASdas proteínas

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p Funções:

p Impulsos nervosos (neurotransmissores)p Estruturais (colágeno)p Crescimento e diferenciação (Fatores deCrescimento)p Participação da homeostase e coagulação

Sanguíneao Movimento (actina e miosina)

FUNÇÕES BIOLÓGICASdas proteínas

TRANSPORTE (Hemoglobina)

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ESTRUTURAL (Colágeno, Elastina)

ESTRUTURAL(Queratina,fibroína)

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MOVIMENTAÇÃO (Actina, miosina)

ENZIMÁTICA as enzimas são proteínas que atuam como moléculas reguladoras das

reações biológicas.

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CLASSIFICAÇÃO DAS PROTEÍNAS

a)SIMPLES: São aquelas que por hidrólise nos fornecem amino ácidos como únicos produtos.

b)CONJUGADAS: Proteínas combinadas com substâncias não proteicas, chamada grupo prostético.

c) DERIVADAS: Não são encontradas na natureza, mas obtida da hidrólise simples e/ou conjugadas pela ação de ácidos,

bases ou enzimas.

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PROTEÍNAS CONJUGADAS

�Além dos aminoácidos, as proteínas podem ser também formadas por outros componentes, como minerais (ferro, cobre,

fósforo e outros) e grupos químicos específicos (como o grupo heme, por

exemplo).

PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS

� Nos organismos vivos as proteínas desempenham várias funções, como fonte de energia (4 kcal/g), enzimas,

hormônios, transportadores, estrutural, contração muscular e outras.

� Nos alimentos as proteínas, além da função nutricional, apresentam propriedades funcionais de grande

importância para a indústria de alimentos, como as propriedades emulsificantes e espumantes que serão

tratadas ainda nesta aula.

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Estrutura das proteínas

�Assim, a complexidade estrutural das proteínas pode ser estudada através

das chamadas “estruturas”, que organizam a conformação das

proteínas em forma de crescente complexidade.

Estrutura das proteínas

�AS PROTEÍNAS SE APRESENTAM EM4 NÍVEIS DE ESTRUTURA:

1. Primária;

2. Secundária;

3. Terciária;

4. Quaternaria.

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Estrutura das proteínas-Estrutura PRIMÁRIA

� A estrutura primária consiste da organização mais básica da molécula proteica, isto é, da sequência de

aminoácidos que compõem a proteína.

� Essa sequência de aminoácidos é determinada geneticamente, sendo que alterações na estrutura

primária seja por mudança na ordem dos aminoácidos na cadeia, ou por subtração ou adição

de aminoácidos, levam a uma proteína diferente com propriedades e funções.

Estrutura das proteínas-Estrutura SECUNDÁRIA

� Compreende-se por estrutura secundária o arranjo da molécula proteica em

torno de um eixo.

� As estruturas secundárias mais comuns são a alfa-hélice e a estrutura beta-

pregueada.

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Estrutura das proteínas-Estrutura SECUNDÁRIA

� Estruturas secundárias � (a) α-hélice e (b) β-pregueada

Estrutura das proteínas-Estrutura SECUNDÁRIA

� Estrutura secundária (do colágeno)

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Estrutura das proteínas-

Estrutura TERCIÁRIA

� A estrutura terciária refere-se à estrutura tridimensional das proteínas como resultado das

interações entre as cadeias laterais dos aminoácidos que a compõe com o meio em que

estão dispersas.

Estrutura das proteínas-

Estrutura TERCIÁRIA � Modelo de estrutura terciária das proteínas

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Estrutura das proteínas-Estrutura QUATERNÁRIA

�É o arranjo resultante da interação entre várias moléculas de proteínas.

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Estrutura das proteínas

ALGUMAS PROTEINAS IMPORTANTES EM ALIMENTOS

� a) Proteínas da carne: miosina; actina; colágeno; tripsina

� b) Proteínas do leite: caseína; lactoalbumina; lactoglobulina

� c) Proteína do ovo: clara (ovalbumina (50%); canalbumina; glicoproteina; avidina/biotina). gema (lipovitelina, fosfovitina, livitina)

� d) Proteínas do trigo: prolamina (gliadina); glutelina (glutenina).

� Formam com água uma substância elástica e aderente insolúvel em água. GLÚTEN — utilizada para dar textura em massas e pães.

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REAÇÕES QUÍMICAS IMPORTANTES EM ALIMENTOS

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A desnaturação das proteínas

� As proteínas podem ter suas estruturas secundária, terciária e quaternária alteradas. A este evento

chamamos de desnaturação.

� As alterações supracitadas ocorrem devido à exposição da proteína aos chamados agentes desnaturantes como aquecimento, agitação,

radiação ultravioleta, ácidos, bases, solventes orgânicos e outros.

A desnaturação das proteínas

Desdobramento e desorganização das estruturas secundárias e terciárias, sem que ocorra a

hidrólise das ligações peptídicas.

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A desnaturação das proteínas

Agentes Desnaturantes:

�Calor – aumenta as eberfuas vuibracional e rotacional das ligações

�Solventes orgânicos e Detergentes – interferem nas interaçõeshidrofóbicas, desenrolando as cadeias polipeptídicas

�Agitação mecânica – rompe o equilíbrio de formas que mantém aestrutura proteíca

�Ácidos ou bases fortes – alterações no estado iônico das cadeiaslaterais

�Íons ou metais pesados (chumbo ou mercúrio) – rompe as pontes

�salinas e os grupos sulfidrílicos

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A desnaturação das proteínas

� Em virtude da modificação em sua conformação devido à desnaturação, as proteínas tornam-se

insolúveis em água e perdem sua função biológica.

� Nos alimentos, a desnaturação pode ser um fenômeno desejável (na geleificação- gel só se forma em

proteínas desnaturadas e no amassamento de pães –desnaturação do glúten) ou indesejável (perda de

capacidade emulsificante, por exemplo).

Propriedades funcionais

� Em tempo, as características das proteínas como tamanho, composição aminoacídica, conformação e

outras determinam as propriedades funcionais manifestadas pelas proteínas que vão também depender do meio em que estão dispostas, por

parâmetros como pH, temperatura e da presença de outros componentes no alimento como sais e açúcares, que também influenciarão a característica funcional

final das proteínas.

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Propriedades funcionais

� A seguir, são sucintamente relacionadas as principais propriedades funcionais das proteínas nos alimentos:

1. Hidratação� A propriedade funcional de hidratação refere-se à

capacidade da proteína de ligar e fixar água à sua estrutura. A textura e a viscosidade dos alimentos são

características diretamente dependentes da capacidade de hidratação das proteínas.

Propriedades funcionais

2. Solubilidade� Essa propriedade refere-se à proporção de

proteína que se mantém em solução, sem sedimentar.

� Para tal, o solvente considerado é a água.

� Proteínas altamente solúveis são aquelas que uma vez em contato com a água, tendem a se dispersar rápida e homogeneamente. Essa característica é

desejável em alimentos como molhos, sopas instantâneas, bebidas e outros.

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Propriedades funcionais

3. Viscosidade

� As proteínas são reconhecidas agentes que conferem viscosidade aos fluidos, em outras palavras, conferem resistência dos mesmos em

fluir ou romper-se.

� Essa característica é bastante importante em alimentos como cremes, sopas e molhos, que

precisam ter viscosidade intermediária.

Propriedades funcionais

4. Geleificação� Entende-se que o processo de formação de gel é

o evento de ordenação das proteínas previamente desnaturadas.

� Os géis proteicos têm grande importância em alimentos como queijos, embutidos cárneos como

a salsicha, gelatinas e outros.

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Propriedades funcionais

5. Formação de massa – glúten� As proteínas do glúten possuem a capacidade de formar uma massa viscoelástica quando amassadas na presença de água, sendo a base do

processo de panificação.

Propriedades funcionais

6. Propriedade emulsificante� As emulsões consistem de um sistema em que dois líquidos imiscíveis (água e óleo), devido à presença de um agente emulsificante, passam a formar uma mistura

estável.

� As proteínas, devido à diversidade nas propriedades físico-químicas dos aminoácidos que as compõem e a sua complexidade estrutural, são eficientes agentes

emulsificantes nos alimentos.

� Esta propriedade funcional é muito importante em alimentos como leite, maioneses, salsichas, sorvetes,

molhos e outros.

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Propriedades funcionais

7. Propriedade espumante� Compreende-se por espuma a dispersão de

bolhas de gás (normalmente ar) em um sistema contínuo líquido ou semissólido.

� Nas espumas as proteínas agem facilitando e estabilizando a interação entre as bolhas de gás.

� Essa propriedade funcional é bastante importante em alimentos como merengues, pães e biscoitos.

ANÁLISES DE LABORATÓRIO

� A determinação do teor de proteínas em alimentos geralmente é realizada através do

método de Kjeldahl, no qual o teor de nitrogênio da amostra é determinado. Devido a composição das proteínas por aminoácidos, o teor de nitrogênio (dos grupos amino) pode

ser diretamente correlacionado com o conteúdo proteico da amostra.

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ANÁLISES DE LABORATÓRIO

� No método de Kjeldahl, a amostra é digerida em ácido sulfúrico, o nitrogênio é separado por destilação por arraste de vapor, e sua quantidade é determinada por volumetria.

� Utiliza-se um fator de conversão para transformar massa de nitrogênio em massa

de proteína.

ANÁLISES BROMATOLOGICAS

� Exemplo

� Um técnico em laboratório necessita determinar o teor de proteínas em uma

amostra de biscoito. A determinação será conduzida utilizando triplicatas (Prova 1, Prova 2 e Prova 3). Ele realizou os procedimentos em

sequência, conforme se descreve a seguir:

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ANÁLISES BROMATOLOGICAS

1. Pesou exatamente 1 g de amostra em papel de seda e transferiu para o tubo de digestão, adicionando em sequência ácido sulfúrico

(25 ml) e mistura catalítica (6 g) (Figura 5.7).

Tubo de digestão contendo amostra, mistura catalítica e ácido sulfúrico

ANÁLISES BROMATOLOGICAS

� 2. Manteve em aquecimento em bloco digestor a 350ºC até a obtenção de solução com cor azul-esverdeada.

� 3. Após resfriar, adicionou quantidade suficiente de solução concentrada de hidróxido de sódio (suficiente para pequeno excesso de base) e iniciou o processo de destilação por arraste de vapor, recebendo o destilado em 25 ml de solução de ácido sulfúrico 0,05 M (com indicador vermelho de metila).

� Destila-se até obter de 250 a 300 ml de destilado.� Durante esse processo a solução passará do vermelho ao

amarelo.

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ANÁLISES BROMATOLOGICAS

� 4. O excesso de ácido sulfúrico foi titulado com hidróxido de sódio 0,1 M

(Figura 8) até que a solução (amarela) volte à cor

vermelha.

Titulação com solução de hidróxido de sódio 0,1 M

ANÁLISES BROMATOLOGICAS

� 5. Os volumes de NaOH 0,1 M gastos que foram utilizados (Tabela 2).

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ANÁLISES BROMATOLOGICAS

� 6. Os dados foram aplicados à formula a seguir:

Onde: V = diferença entre o número de ml de ácido sulfúrico 0,05 M e o número de ml de hidróxido de sódio 0,1 M gastos na titulação

f = fator de conversão (utilizado 6,25)*P = peso da amostra

� * Existem outros fatores de conversão, como 5,83 (para farinha de centeio), 5,46 (para amendoim) dentre outros.

ANÁLISES BROMATOLOGICAS

� Os resultados estão demonstrados na Tabela 3.

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BOM ESTUDO!