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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
Interação EletrostáticaInteração Eletrostática
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
Interação EletrostáticaInteração Eletrostática
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
Desnaturação protéica
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
Desnaturação protéica
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.
Desnaturação protéica
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
Desnaturação protéica
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
Desnaturação de proteínas
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
Desnaturação de proteínas
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.
Pressão hidrostática
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.
Pressão hidrostática
As pressões hidrostáticas estão sendo pesquisadas como ferramentas de processamento de alimentos:
inativação microbiana ou geleificação
Pressão hidrostática
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
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
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
Aditivos de baixo peso molecular
Cosmotropicos
Aditivos de baixo peso molecular
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.
Aditivos de baixo peso molecular
Caotropicos
Desnaturação de proteínas
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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