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Farmácia – UNIP

Nádia Fátima Gibrim

• Definição:

Polímeros de PM formados por aas ligados entresí por ligações peptídicas.

• Composição:Carbono, oxigênio, nitrogênio e hidrogênio.

• Fórmula estrutural do aminoácido:

PROTEÍNAS

Aminoácido: molécula orgânica formada por um grupo amino, um grupo carboxílico e uma cadeia lateral típica de cada aminoácido.

A conformação da proteína depende do meio em que ela está!

FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS

A Função de uma proteína está diretamente relacionada com sua arquitetura. Todas as funções vitais dependem da atividade de proteínas.

Principais atividades: -enzimas-co-enzimas -estrutura celular (membrana celular, citoesqueleto, citoplasma)

Alterações no meio natural da proteína, como mudança de pH, de concentração de sais e de temperatura, pode modificar a arquitetura da proteína inativando-a (desnaturação, PERMANECE APENAS A ESTRUTURA PRIMÁRIA)

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C

CH3

O

OHH2N N CH

HCOOH

H

CH2OH

H2O

CH

CH3

C N CH

CH2OH

COOHO

H2N

ALANINA SERINA

ALANILSERINA

Aminoácidos - seqüência (±100X)Essenciais:Lisina Leucina FenilalaninaValina Isoleucina MetioninaTreonina Triptofano Histidina

• 20 tipos de aminoácidos são

encontrados em proteínas

(codificados pelo RNA)

•Todos os 20 aminoácidos são do

tipo -aminoácidos (exceto prolina),

com uma estrutura comum.

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Relação aminoácidos, peptídeos e proteínas.

Ligação Peptídica

Aminoácido

1

Aminoácido

2

dipeptídeo

Até 50 aminoácidos peptídeo

Mais de 50 aminoácidos proteína

Propriedades Químicas

• Característica ácida (presença do grupo carboxila);

• Característica básica (presença do grupo amino);

• Interação intramolecular, originando um "sal interno":

• Solúveis em água;

• Insolúveis em solventes orgânicos

• PF e PE altos (características dos sais)

Propriedades Químicas

• Caráter anfótero - reagem tanto em ácidos quanto em bases, produzindo sais :

Ponto Isoelétrico

• É o pH no qual a molécula do aminoácido apresenta igual no de cargas positivas e negativas

• Encontra-se eletricamente neutro

• O cálculo do pI baseia-se nas formas de dissociação do aminoácido utilizando os pK anterior e posterior à forma isoelétrica do aminoácido.

Arquitetura das proteínasEstrutura Primária: definida pela seqüência de aminoácidos na cadeia polipeptídica

Estrutura Secundária: enrolamento da cadeia resultante da interação de determinados aminoácidos

Estrutura Terciária: segundo nível de enrolamento. Interação de diferentes partes da estrutura secundária da cadeia.

Estrutura Quaternária (algumas proteínas): terceiro nível de enrolamento. Interação entre partes diferentes da estrutura terciária da cadeia

Estrutura Primária

Ligação peptídica: grupo -carboxila e grupo -amino;

Grupos no radical R: NUNCA participam da ligaçãopeptídica;

Número de aminoácidos e ordem que se encontramcaracteriza uma enzima.

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Estrutura Secundária

-hélice: formada e estabilizada por pontes dehidrogênio nitrogênio e oxigênio;

Ponte de hidrogênio

• Ligação fraca grande número conferemestabilidade à estrutura.

Estrutura Secundária

Folha -pregueada

• Arranjo paralelo de 2 oumais segmentos decadeias peptídicas;

• Pontes de hidrogênio: une2 segmentos distintos dacadeia protéica.

Dobra

A -hélice e a folha são os tipos de estrutura secundária mais comum entre as proteínas, por que não dependem da composição e sequência de aminoácidos, sendo estabilizadas apenas por pontes de H dos átomos da ligação peptídica.

Entre os 20 aminoácidos, apenas a prolina não pode fazer nenhuma das duas estruturas, por formar uma ligação peptídica mais rígida em torno do C.

Existem outros tipos de estruturas secundárias conhecidas, como a dobra ou “alças” (domínios) de ligação a íons, como Ca2+ ou Zn2+.

tipo 1 tipo 2

hélice-dobra-hélice“Zinc-finger”

Estrutura Terciária Conformação tridimensional em solução;

Explica o dobramento da cadeia forma geral globular;

Ligações químicas: formadas entre grupos R dosaminoácidos;

Interações hidrofóbicas = dobramento da cadeiapolipeptídica.

A estrutura terciária descreve a forma tridimensional final de uma cadeia polipeptídica, resultando da associação de partes organizadas da molécula,

chamadas de “domínios” ou “motivos” protéicos.

Estrutura Quaternária Estrutura quartenária da hemoglobina: 4 cadeias

polipeptídicas.

Proteínas com estrutura quartenária são compostas de mais de uma cadeia polipeptídica, que podem estar associadas covalentemente (pontes

dissulfeto) ou não. 18

Estrutura quaternária:

• Associação de mais de

uma cadeia polipeptídica

• No modelo, um tetrâmero

composto de 4 cadeias

polipeptídicas

x 4

Estrutura terciária:

• Enovelamento de uma

cadeia polipeptídica como

um todo.

• Ocorrem ligações entre os

átomos dos radicais R de

todos os aminoácidos da

molécula

Estrutura secundária:

• Enovelamento de partes da

cadeia polipeptídica

• Formada somente pelos

átomos da ligação peptídica,

através de pontes de H.

• Ex: alfa-hélices e folhas

beta.

Estrutura primária: é a sequência

dos aminoácidos na cadeia

polipeptídica; mantida por ligações

peptídicas

aminoácido

É o esqueleto covalente (fio do

colar), formado pela seqüência

dos átomos (-N-C-C-)n na

proteína.

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Algumas definições importantes:

- Por serem conceitos didáticos, frequentemente é difícil distinguir em uma proteína os níveis secundário e terciário de organização estrutural.

- Para evitar tais ambiguidades utiliza-se o termo conformação proteica, que se refere aos aspectos da estrutura tridimensional de uma proteína acima de sua sequência de aminoácidos.

- Os termos conformação e configuração não são sinônimos. Configuração refere-se à estrutura tridimensional de uma molécula determinada

por ligações covalentes, como por exemplo, as formas L- e D- de um aminoácido.

Conformação refere-se à estrutura tridimensional de uma molécula decorrente da somatória de ligações fracas, não covalentes.

Conformação nativa de uma proteína refere-se à estrutura tridimensional em que a molécula apresenta suas propriedades biológicas naturais.

Desnaturação refere-se a alterações da conformação nativa de uma proteína, podendo resultar em perda parcial ou total, reversível ou irreversível, de sua atividade biológica.

FORÇAS NÃO COVALENTES

Pontes de H

-Aminoácidos polares

Ligações iônicas

- Aminoácidos carregados

Interações hidrofóbicas

-Aminoácidos apolares

Forças de Van der Waals

-Qualquer aminoácido

ProteínaProteína

NH

— CH2 — OH ... O — C — CH2 — CH2 —

2

ProteínaProteína

O—CH

Ponte de Hidrogênio

Interações hidrofóbicase Forças de van der Waals

2

CH—CH3

CH3 CH3

CH3 — CH — CH2 —

— CH — CH3 H3C — CH —

CH3CH3

++—CH2—CH2—NH3 O

C —CH2—CH2—Ligação Iônica

Quais são os tipos de forças que mantém a estrutura tridimensional de

uma proteína ?

O hormônio insulina é composto por duas subunidades, A e B, unidas por duas pontes

dissulfeto intercadeia. Além disso, a cadeia B possui uma ponte dissulfeto intracadeia

A

B

Além dos laços não covalentes, uma proteína

pode ter pontes dissulfeto formada a partir

de dois resíduos do aminoácido Cys (cisteína).

Pontes dissulfeto são

covalentes e só podem ser

rompidas por agentes

redutores, como

2-mercapto-etanol.

Solubilidade e disponibilidade

– Os aminoácidos básicos são mais polares

• Estão presentes em grande quantidade nas albuminas e globulinas

– Proteínas do trigo são insolúveis em água

– Todas as proteínas ficam disponíveis na forma de aminoácidos

– Proteína do ovo

• Uma das melhores proteínas

• Valor biológico de 100

• Utilizada como padrão de análise, Protein Efficiency Ratio (PER). “egg white” (clara)

Desnaturação

• DEFINIÇÃO: mudança na estrutura da proteína que não causa mudança na sequencia de aminoácidos

– A faixa de temperatura em que a coagulação e desnaturação da maioria das proteínas ocorre está entre 55 e 75C

– A caseína e as gelatinas são tão estáveis que não desnatura a esta temperatura

Desnaturação protéica– Mudança na estrutura da proteína. Não afeta as ligações

peptídicas

– Agentes causadores: Calor , pH, Sais e Efeitos de superfície.

– Usualmente irreversível.

– A desnaturação por calor é algumas vezes desejável.

• Proteínas da clara do ovo são desnaturadas por calor ouinterações superficiais quando formam espuma.

• Proteínas da carne são desnaturadas entre 57 e 75C, causando efeitos na textura, cor e sabor.

– A desnaturação pode levar à floculação de proteínas globularese à formação de gel.

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(1) Alteração na estrutura terciária

– Requer aquecimento brando;

– Sem efeito nutricional;

– Influencia as propriedades físicas (Ex. Solubilidade)

– Se a proteína for uma enzima pode haver perda da reatividade (inativação).

– Grande importância na indústria de alimentos.

Influência do calor em proteínasA suscetibilidade aos danos provocados pelo calor depende da estrutura da Ptn.

A presença de carboidratos aumenta a susceptibilidade das proteínas ao calor.

Influência do calor nas proteínas

– Proteínas globulares terão mudanças:

• Solubilidade

• Viscosidade

• Reatividade química

– As proteínas fibrilares perderão:

• Elasticidade

• Flexibilidade

• Tamanho das fibras

A albumina do ovo se torna insolúvel em água (mas torna-se melhor para o

consumo)

Muitas destas mudanças não alteram o valor nutricional dos alimentos.

Influência do calor nas proteínas

(2) Ciclo de reações de Maillard

– Causa danos às proteínas; muda sua funcionalidade.

– Ocorre entre uma grupo amino da lisina e um CHOS.

– Resultado: A solubilidade da proteína muda; a produção das melanoidinas causa mudança de cor e sabor.

– A perda do valor nutricional dos alimento é um preço a se pagar pela reação de Maillard. Mas ela é necessária ao desenvolvimento de cor e sabor dos alimentos.

– A reação ocorre durante: armazenamento e aquecimento.

– A velocidade da reação é baixa em temperatura ambiente.

A lisina é o aminoácido que inicia a reação de Maillard na proteína do trigo.

Influência do calor nas proteínas– Em atividade da água em torno de 0,4 a 0,7 e pH entre 8-

10 a velocidade do escurecimento é máxima.

– A velocidade da reação diminui consideravelmente se a atividade da água for aumentada.

• O leite é muito resistente a esse tipo de reação, mas o leite em pó não. Isso é indesejável.

• Controle da reação: abaixamento do pH, diminuição ou aumento de aw, diminiução da temperatura.

• A 180C a velocidade é moderada/alta.

• Acima de 220 C começa a degradação.

– Utilizar açúcares não redutores.

Influência do calor nas proteínas

(4) Dano por aquecimento na superf´cie de alimentos tostados:

– O tostamento resulta da racemização de resíduos de aa nas proteínas.

– Aquecimento por longo tempo (decomposição dos aa).

– Temperaturas de 180 – 300 C.

• Ocorre em café torado, carne, alguns biscoitos

– Essa reação é responsável pelo desenvolvimento de cores e aromas característicos.

Influência de condições alcalinas

• Proteínas são muitos exposta a pH elevado:

– Causa mudanças estruturais;

– Vantagens: aumento da solubilidade, destruição de toxinas; melhora no sabor/textura.

– Desvantagens:

• Particularmente em altas temperaturas: racemização e “cross-links”.

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Solubilidade

Propriedade físico-química fundamental das proteínas;

Depende de:

– peso molecular e conformação das moléculas;

– Densidade e distribuição das cargas elétricas que por sua vez é influenciada pelo pH;

– Natureza e concentração de íons ou força iônica;

– Temperatura.

Solubilidade

• A solubilidade é influenciada pelo maior ou menor afinidade das moléculas de proteínas pelo solvente, que para alimentos é a ÁGUA.

• A solubilidade das proteínas é particularmente importante em alimentos.

Hidratação e capacidade de retenção de água (CRA)

Envolve uma interação entre a proteína ou alimento protéico com a água;

> ou < afinidade da proteína com a água também se relaciona com outras propriedades funcionais como textura, viscosidade, geleificação e emulsificação.

A atração hidrofílica relaciona-se com:Grau de hidratação (conteúdo de água/g de proteína);

Habilidade do produto reter água do ambiente (esponjamento);

Quantidade de água que permanece na proteína ou alimento protéico após exposição a um excesso de água;

Aplicação de uma força de centrifugação ou pressão (capacidade de retenção de água)

Hidratação e capacidade de retenção de água (CRA).

Determinadas propriedades são importantes em certostipos de produtos alimentícios.

Ex: a solubilidade das proteínas e a capacidade de retençãode água são muito importantes nas carnes pois dessapropriedade dependem os atributos de textura, suculência emaciez dos produtos.

Hidratação e capacidade de retenção de água (CRA):

A desnaturação de proteínas, seja pelo calor, pelo frio oupor efeito do pH altera, igualmente, os espaçosinterfibrilares provocando uma diminuição no CRA pelotecido muscular.

A temperatura também exerce influência negativa: podeprovocar o encurtamento das fibras musculares,diminuindo, novamente os espaços interfibrilares e acapacidade de retenção de água

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Emulsificação

É uma mistura de dois líquidos imiscíveis, um dos quais é disperso na forma de glóbulos no outro líquido.

Dois tipos:Quando a água é contínua (externa) e o óleo ou gordura a fase interna (descontínua) = emulsão de óleo em água;

Quando a água é a fase interna e o óleo a fase externa = emulsão de água em óleo.

O que torna uma emulsão estável é a presença de um agente emulsificante - ↓ a tensão superficial existente entre duas fases e permite a formação de emulsão com um nível mais baixo de energia.

Emulsificação

Principal característica de um emulsificante é a de possuir namesma molécula partes hidrofílicas e hidrofóbicas.

Emulsificantes mais polares são mais úteis na formação eestabilidade de emulsões do tipo óleo em água; os menospolares são mais aplicáveis em emulsões de água e óleo (ex.emulsões cárneas como as salsichas).

É um sistema de dispersão grosseira de um sólido (gordura) em umlíquido que constitui a fase contínua, no qual as proteínas da carneatuam como emulsificante;

Aqui a fase contínua não é simplesmente a água e sim um sistemacoloidal complexo cujas propriedades são determinadas pormacromoléculas de proteínas, além de sais e outras substânciasdissociadas na fase aquosa.

Emulsificação

Dois aspectos interessam em uma emulsificação:

A capacidade de emulsificação (a quantidade de lipídios que asproteínas são capazes de emulsificar);

Estabilidade da emulsão – mede a capacidade que tem asproteínas de manter a mistura em uma força homogênea –quando submetida à ação de uma força ou calor.

Fatores que afetam a formação e estabilidade de umaemulsão:

Temperatura, tamanho da partícula de gordura, pH, quantidade etipo de proteína e viscosidade da emulsão.

Quanto maior a viscosidade maior mais estável se apresenta aemulsão.

Emulsificação:

A temperatura, quanto mais alta, diminui a viscosidade do óleo fazendo com que aumente a área superficial e facilite a coalencência das partículas de lipídio.

A temperatura ideal para manutenção da emulsão parece estar em torno de 20oC.

Capacidade de emulsificação e estabilidade de emulsões

Consiste na medida da capacidade que tem uma solução de proteína ou uma suspensão de alimento protéico de formar uma mistura homogênea e estável com óleo ou gordura líquida.

A capacidade máxima de emulsificação da proteína é determinada no ponto em que se verifica o colapso ou quebra da emulsão (saturação).

Pode ser verificada quando:

Visualmente, pela separação de fases;

Por um som deferente produzido como conseqüência da separação das fases;

Pela queda de condutividade lida por um amperímetro.

Formação de espuma e estabilidade da espuma:

A capacidade de uma proteína formar espuma refere-se à expansão de volume da dispersão protéica com a incorporação de ar por batimento, agitação ou aeração.

Depende:

Da natureza da proteína;

Da presença de sais e de outros aditivos utilizados no processamento dos alimentos.

A estabilidade de espuma diz respeito à retenção do volume máximo de espuma formada em função do tempo de repouso sendo geralmente medida pela liberação de fluido da espuma.

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O procedimento mais comum para análise deproteína é através da determinação de um elementoou um grupo pertencente à proteína.

A conversão para conteúdo de proteína é feitoatravés de um fator.

Os elementos analisados geralmente são carbono ounitrogênio, e os grupos são aminoácidos e ligaçõespeptídicas.

• Digestão mais fácil do que para o nitrogênio;

• Menores erros no resultado por causa da maiorquantidade em relação ao nitrogênio;

• Fator de correção mais constante que para onitrogênio;

• Maior dificuldade em separar os carbonospertencentes à proteína dos carbonos de outroscomponentes.

E a determinação mais utilizada;

Considera que as proteínas têm 16% de nitrogênio em média (vai depender do tipo de proteína);

Fator geral na transformação de nitrogênio para proteína é de 6,25.

% N x FC = % de proteína.

Ocorrem erros quando o conteúdo em N de um alimento é muito diferente de 16%. Existem fatores de conversão específicos para cada alimento:

• Determina N orgânico total, isto é, o Nprotéico e não protéico orgânico.

• Porém, na maioria dos alimentos, o N nãoprotéico representa muito pouco no total.

• A razão entre o nitrogênio medido e aproteína estimada depende do tipo deamostra e de outros fatores.

• Consiste na transformação do N das substânciasnitrogenadas, por ebulição com ácido sulfúricoconcentrado (d> 1,84) e catalisadores, em sulfato deamônio.

• O sulfato de amônio é tratado com hidróxido desódio em excesso, liberando a amônia sob forma dehidróxido de amônio, destilado e recolhido em ácidobórico.

• O N é determinado por titulação com ác. clorídricovalorado, ao vermelho de metila - pH 4,2 - 6,3).

Destilador de proteínas

Digestor de

proteína

Digestor de

proteína

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REAGENTES

Ácido sulfúrico - H2SO4

Sulfato de potássio anidro - K2SO4

Sulfato de cobre anidro - CuSO4

Dióxido de titânio - TiO2

Hidróxido de sódio (NaOH), solução a 50% em água;

Indicador de Andersen (50ml de sol. de vermelho de metila - 0,1g em 75 ml

de álcool + e 25ml de sol. de azul de metileno - 0,1g em 80 ml de álcool)

HCl 0,02N.

EQUIPAMENTOS

Bloco digestor para tubos, com termostato, até 450°C

Aparelho para digestão semi-micro Kjeldahl.

• Falhas: Superestima os valores de N, interpretados como N protéico.

Conversão de N em Proteína:

• Kjeldahl utilizou albumina de carne bovina (carne moída)

100g de carne = 16g de N;

Fator de conversão de N:

gN = 100 = 6,2516

• Kjeldahl interpretou o fator 6,25 como sendo o fator de

conversão para todas as proteínas alimentares:

N x 6,25 = Ptn da amostra

Alimento Fator de conversão

Leite e produtos lácteos 6,38

Trigo e derivados 5,70

Gelatina 5,55

Ovos 6,68

Arroz 5,95

Soja 5,71

Cevada, aveia, centeio 5,83

Nozes 5,46.