aula 8-Desnaturação proteica

Importância das proteínas nos alimentosImportância das proteínas nos alimentos

Padaria- Propriedades viscoelasticas e formação da massa- Glúten de trigo.

Suculência e textura de produtos cárneos- actina, miosina, e demais proteínas do músculo.

As propriedades de textura e de formação do coagulo dos produtos lácteos são frutos da estrutura coloidal da singular da micela de caseína.

Bolos e produtos de sobremessa –Proteínas da clara de ovo.

PROTEINASPROTEINAS

A conformação nativa de uma proteína é um

estado termodinâmico,

Interações favoráveis são maximizadas,

Interações desfavoráveis são minimizadas,

Energia livre da molécula fique o menor

possível.

Forças que contribuem para o dobramentoForças que contribuem para o dobramento

Interações intrínsecas

Interações extrínsecas

Quais são as interações que são Quais são as interações que são

responsáveis por esta estrutura protéica?responsáveis por esta estrutura protéica?

Interação de van der waals

Pontes de hidrogênio

Interações eletrostática

Interações hidrofóbicas

Pontes dissulfeto

Interação de van der waalsInteração de van der waals

Quando dois átomos se aproxima um do

outro, cada átomo induz um dipolo no outro por

meio de polarização de nuvens de elétrons.

A interação entre os dipolos induzidos tem um

componente atrativo e repulsivo.

Interação de van der waalsInteração de van der waals

Fraca;

Na proteínas, contudo, uma vez que

numerosos pares de átomos estão envolvidos

nas interações de van der waals, a soma de sua

contribuição para o dobramento e estabilidade

da proteína é muito significativa.

Ponte de hidrogênioPonte de hidrogênio

Interação entre um átomo de hidrogênio que

esta covalentemente ligado a um átomo

eletronegativo ( como N, S, ou 0) com outro

átomo eletronegativo.

Ponte de hidrogênioPonte de hidrogênio

Interação EletrostáticaInteração Eletrostática

As proteínas possuem vários resíduos de aminoácidos com grupos ionizáveis.

Ex: pH neutro: Asp e Glu estão negativamente carregados

Lys, Arg, Hist estão positivamente carregadospH alcalino

Cys e Tyr assumem carga negativa

Dependendo do numero relativo de aa carregados positivamente ou negativamente a proteína assume uma carga liquida, positiva ou negativa em pH neutro.Ponto isoeletrico= carga liquida zero


Grupos carregados- Superfície das proteínas.

pH neutro- carga liquida positiva ou negativa-

repulsão ou atração.

Forças repulsivas e atrativas são minimizadas por

soluções aquosas.

Duas cargas, distancia 3 a 5 °ADuas cargas, distancia 3 a 5 °A

No vácuo ou ar= 110 kcal/mol

Na água=1,4 Kcal/mol


As atrações e repulsões na superfície da proteína

não contribui significativamente para a estabilidade

da molécula.

Grupos carregados inseridos no interior da

molécula, onde tem pouca água, consumam formar

interações fortes.

Embora as interações eletrostáticas possam não

agir como forças primarias para o dobramento da

proteína, a disposição dos grupos carregados

influenciará o padrão de dobramento

Interação HidrofóbicaInteração Hidrofóbica

Pontes de hidrogênio e interações eletrostáticas

em diversos grupos polares em uma cadeia

peptídica não possui energia suficiente para agir

como força motriz para o dobramento de uma

proteína .

A força motriz do dobramento da proteína vem de

interações hidrofóbicas de grupo não polares.

Interação HidrofóbicaInteração Hidrofóbica

Em soluções aquosas, os grupos não polares

tendem a se agregar de modo que a área de

contato direto com a água é minimizado.

Principal razão do dobramento da proteína em

estrutura terciária.

Pontes DissulfetosPontes Dissulfetos

Única ligação cruzada de cadeia lateral

covalente encontrada na proteína.

Quando dois resíduos de Cys ficam próximo

um do outro, com orientação apropriada a

oxidação dos grupos sulfídrilas pelo oxigênio

molecular resulta da formação de pontes

dissulfetos.

a) interação iônicas; b) ponte de hidrogênio ; c) forças de Van der Waals; d) interações de grupos polares com a água; e) ponte de bissulfureto

Desnaturação

“Qualquer modificação na conformação (estrutura secundária, terciária ou quartenária) sem rompimento das ligações peptídicas envolvidas na estrutura primária”

Desnaturação protéica

As estruturas são mantidas por

interações fracas e por isso são facilmente

quebradas quando expostas a calor, ácidos,

sais ou álcool. À perda da estrutura

tridimensional chama-se desnaturação.

Desnaturação

Estado nativo:

É o mais estável com a energia livre mais baixa possível

Mudança no ambiente

pH, força iônica, temperatura, composição de solvente.

* Forçará a molécula a assumir uma nova estrutura de equilíbrio

Desnaturação

Estrutura nativa de uma proteína:

- Resultado líquido de várias interações atrativas e repulsivas que emanam forças intramoleculares variadas, bem como da interação de vários grupos protéicos com a água como solvente circundante.

- Também depende do ambiente da proteína


A estrutura nativa de uma proteína é uma

entidade bem definida, com coordenadas

estruturais para cada um dos átomos da

molécula, o mesmo não ocorre com a estrutura

desnaturada


A desnaturação é um fenômeno no qual o estado inicial bem definido de uma

proteína formada sob condições fisiológicas é transformado em uma

estrutura final mal definida sob condições não fisiológicas, usando-se um agente

desnaturante.

Não envolve nenhuma mudança química na proteína.


Aspectos negativos:

Perdas de algumas propriedades

Muitas proteínas biologicamente ativas perdem sua atividade após desnaturação.

Proteínas alimentares

Perda de solubilidade e de algumas propriedades funcionais


Aspectos positivos :

Processamento de alimentos

Proteínas de leguminosas

Desnaturação térmica melhora acentuadamente a digestibilidade das proteínas, o que resulta da inativação de inibidores de tripsina (enzima que age na proteínas).

As proteínas passam por graus variados de desnaturação durante o processamento.

Isso pode afetar suas propriedades funcionais em alimentos, sendo, por isso, importante que se entendam os fatores que afetam a desnaturação protéica.

Reversível ou irreversível:

depende das ligações que estabilizam sua

conformação, da intensidade e do tipo de agente

desnaturante

Desnaturação pelo calor: irreversível

Desnaturação por uréia: comumente reversível

Desnaturação de proteínas

Agentes de desnaturação

Físicos:

temperatura, pressão

hidrostática, cisalhamento

Químicos:

Alterações de pH, solventes

orgânicos, solutos orgânicos


Calor

Comum em vários processamento de

alimentos.

Mecanismo: Envolve o efeito da temperatura

sobre a estabilidade das interações não

covalentes.

Ponte de hidrogênio e interação eletrostática –

desestabilizadas

Interações hidrofóbicas- estabilizam

Aminoácidos hidrofóbicos- Mais estáveis


Agentes físicos

Calor

Calor não muda a carga das proteínas (cargas ficam mais na superfície – ligação com a água).

Rompe as ligações de hidrogênio que estabilizam a sua conformação causando também o desenrolamento da cadeia.

Velocidade de desnaturação – depende da temperatura Temperaturas:

50 e 1000C – vibrações com rompimento de ligações – Desnaturação é irreversível

Temperaturas:

-100C e – 400C – Desnaturação é irreversível

Ex: Glicinina - proteína de armazenamento da soja

Agrega-se e precipita-se quando armazenada a 20C, tornando-se então solúvel quando retorna a temperatura ambiente

Ex: enzima (galactosidase) – conserva sua atividade a temperatura de – 400C

Calor

Água facilita a desnaturação térmica das proteínas.

O efeito da hidratação sobre a termoestabilidade é fundamentalmente relacionado à dinâmica da proteína.

No estado seco, as proteínas apresentam estrutura estática, isto é, os segmentos polipetídicos têm mobilidade restrita. À medida que o conteúdo de água aumenta, a hidratação e a penetração parcial da água nas cavidades de superfície causam expansão da proteína.

Pressão hidrostática

Desnaturação induzida pela pressão pode ocorrer a 250C .

A maioria da proteínas sofre desnaturação induzida a pressão no intervalo de 1 -12 kbar.

A desnaturação de proteínas induzida pela pressão ocorre porque as proteínas são flexíveis e compressíveis .

Espaços vazios no interior da proteína.

Pressão hidrostáticaPressão hidrostática

V° = Vc +Vcav+Δvsol

Vc= Soma dos volumes atomicos

Vcav= soma dos espaços vazios no interior da proteína

Δvsol= Mudança no volume decorrente da hidratação.

Maior Vcav→ mais instável a proteína a pressão

Proteínas fibrosas mais estáveis que proteínas

globulares.


A desnaturação proteica induzida por pressão é altamente reversível.

A maior parte das enzimas, em soluções diluídas, recupera sua atividade, uma vez que a pressão seja reduzida a pressão atmosférica.

A pressões maiores ocorre a desnaturação;quando a pressão é removida as subunidades reassociam-se e a restauração completa da atividade enzimática ocorre depois de várias horas.


As pressões hidrostáticas estão sendo pesquisadas como ferramentas de processamento de alimentos:

inativação microbiana ou geleificação


geleificação (clara do ovo, proteína de soja, solução de actomiosina)

Os géis são mais macios do que os induzidos termicamente.

A exposição do músculo da carne a pressão causa fragmentação parcial das miofibrilas, o que pode ser útil no amaciamento da carne e na geleificação das proteínas da carne.

Pressão hidrostática Processamento sob pressão difere do processamento térmico:

não ocorre danos aos aminoácidos essenciais, a cor natural e ao sabor, assim como não causa o desenvolvimento de produtos tóxicos.

Desvantagem: custo.

Cisalhamento

A agitação, amassamento, batimento causa a

desnaturação de proteínas

Várias operações do processamento de alimentos

envolvem alta pressão, cisalhamento: Extrusão

Ocorre devido a incorporação de bolhas de ar e da

adsorção de moléculas de proteínas na interface ar-

líquido.

Cisalhamento

Grau de desnaturação depende da flexibilidade da

proteína.

Combinação de temperatura com alta força de

cisalhamento causa desnaturação irreversível.

Agentes Químicos

pH

As proteínas são mais estáveis a desnaturação em seus pontos isoelétricos

Energia repulsiva eletrostática líquida é pequena – proteína é estável em pH neutro

Em valores de pH extremos:

- forte repulsão eletrostática intramolecular resulta em expansão e desdobramento

Desnaturam em valores extremos (maiores que 10 e menores que 3)

Força iônica – alteram a constante dielétrica e portanto, as forças eletrostática

Substâncias que rompem pontes de hidrogênio estruturais – Solventes apolares penetram nas regiões hidrofóbicas, rompendo estas interações – Desnaturação .

Solventes Orgânicos

Afetam a estabilidade

Interações hidrofóbicas,

Pontes de hidrogênio,

Interações eletrostática.

Solubilidade das cadeias laterais não polares

no solvente orgânico.

Por outro lado: Promove a formação de

pontes de hidrogênio.

Solventes Orgânicos

Em baixas concentrações solventes orgânicos

podem estabilizar varias enzimas contra a

desnaturação.

Em altas concentrações pode causar

desnaturação- Efeito solubilizador de grupos

não polares

Solventes Orgânicos Solventes Orgânicos

Solutos de baixo peso molecular afetam a estabilidade protéica em soluções aquosas: uréia, guanidina, detergentes, açúcares e sais neutros Ureia e Guanidina – DesestabilizaAçucares- Estabilizar

# Efeitos estabilizadores e desestabilizadores de aditivos está relacionado a suas interações preferenciais com a fase aquosa e a superfície protéica.

Aditivos de baixo peso molecular


Os sais podem ser cosmotropicos ou caotropicos

CosmotropicosCosmotropicos

Tem efeito estabilizador da proteína.

O aditivo é excluído da região ao redor proteína;

Mais aditivo na solução, que ao redor da proteína

Gradiente de concentração- Pressão osmotica- eleva a

temperatura de desnaturação


Cosmotropicos


CaotropicosCaotropicos

Aditivos que diminuem a estabilidade da proteína

ligam-se preferencialmente a molécula, causando

desidratação da molécula.

As água é excluída da região que circunda a proteína.

A interação desfavorável deste aditivo com a

superfície da proteína promove desdobramento da

proteína.


Caotropicos


Efeitos da desnaturação:

Redução da solubilidade (aumento da

exposição de resíduos hidrofóbicos);

Mudança na capacidade de se ligar com a

água;

Perda da atividade biológica (enzimática ou

imunológica);

Efeitos da desnaturação:

Aumento da suscetibilidade ao ataque por proteases (exposição das ligações peptídicas) ;

Aumento da viscosidade (redução da solubilidade);

Dificuldade de cristalização;

Aumento da reatividade química.

Presença de carboidrato aumenta a susceptibilidade da proteína ao calor

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