Proteínas

Jéssica Lisana Ouriques Brasileiro Nkarthe Guerra Araújo

Thaisa Abrantes da Silva Souza

Universidade Federal da Paraíba Centro de Tecnologia

Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Alimentos

Química de Alimentos

Aminoácidos: os monômeros proteicos

• O que são monômeros? São as unidades fundamentais dos polímeros.

• Proteínas são polímeros. Seus monômeros são chamados de AMINOÁCIDOS.

• São unidades estruturais da PROTEÍNA. Quimicamente são todos os derivados de ácidos

carboxílicos nos quais o hidrogênio estaria substituído por um aminogrupo, em qualquer posição da cadeia carbônica

Aminoácidos: os monômeros proteicos

• Um aminoácido é uma molécula orgânica formada por átomos de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio;

• Alguns aminoácidos também podem conter enxofre.

• Os aminoácidos são divididos em quatro partes: o grupo amina (NH2), grupo ácido carboxílico (COOH), hidrogênio, carbono alfa (todos os diferentes grupos se ligam a ele) e um substituinte característico de cada aminoácido (radical).

Aminoácidos: os monômeros proteicos

Esquema da estrutura química básica de um aminoácido

Os aminoácidos diferem entre si pelos radicais R, os quais definem suas propriedades químicas e físicas e consequentemente das proteínas a que pertencem.

Aminoácidos: os monômeros proteicos

• Na natureza encontramos 20 tipos de aminoácidos, sendo que nem todos necessitam estar presentes numa cadeia proteica e alguns podem se repetir;

• Quanto à produção de aminoácidos no organismo, são classificados em:

Não essenciais ou naturais: são os aminoácidos produzidos pelo organismo.

Essenciais: são os aminoácidos que não são produzidos pelo organismo. Eles são obtidos unicamente pela dieta (alimentação).

Obs.: Precisamos de todos os aminoácidos para os processos de produção de proteínas .

Proteína • Proteína vem do grego protos = primeiro;

Ligação feita entre aminoácidos (aa) para formar peptídeos (2 a 5 aa), polipeptídeos (+5 aa) e proteínas (+50 aa).

Ligação Péptica

Aminoácido 2 Aminoácido 1

Duplo Peptídeo Água

Composição: • Contém sempre:

- elementos organógenos: C, H, O, N

- menor prorporção: S, P, I, Br

• Composição percentual:

- C: 50 à 55%

- H: 6 à 7%

- O: 19 à 24%

- N: 15 à 19%

- S: 0 à 2,5%

• São polímeros constituídos de alguns dos 20 aminoácidos interligados por ligações peptídicas; • Alto Peso molecular;

Estrutura das proteínas

• A estrutura primária é formada pela sequencia de aminoácidos das cadeias polipeptídicas;

• Essa sequência de aminoácidos é que determina a função de uma proteína.

Estrutura das proteínas

• A estrutura secundária descreve as formas regulares a partir de porções da cadeia principal da proteína.

• Esta estrutura é mantida por pontes de hidrogênio

formadas entre o grupamento amino (NH) de um aminoácido com o grupamento carboxílico (-C=O) do outro aminoácido.

• Existem dois tipos de estruturas secundárias: a-hélice e

b-pregueada. • A estrutura a-hélice ocorre na forma de espiral enquanto

que a estrutura b-pregueada ocorre na forma de pregas.

Estrutura das Proteínas

• A estrutura terciária é a disposição espacial (tridimensional) assumida pela estrutura secundária, resultante da cadeia peptídica como um todo;

• Esta estrutura resulta de ligações como pontes de dissulfeto ou pontes de enxofre, ligações hidrofóbicas entre os aminoácidos da cadeia polipeptídica, além das ligações de hidrogênio.

Estrutura das Proteínas

• A estrutura quaternária descreve a maneira pela qual todas as subunidades estão arranjadas.

Qual a importância das Proteínas?

• São fundamentais para qualquer ser vivo [e até vírus].

• Toda manifestação genética é dada por meio de proteínas.

• Grande parte dos processos orgânicos são mediados por proteínas [enzimas].

• Sem proteínas, não existiríamos e nenhum outro ser vivo existiria.

• Juntamente com os glicídeos e os lipídeos, as proteínas constituem a alimentação básica dos animais;

• Estão relacionadas praticamente a todas as funções fisiológicas;

Ocorrência

• Insulina – Pâncreas • Hemoglobina – Sangue

dos vertebrados • Caseína – Leite • Queratina – Chifres,

unhas e cascos de animais

• Hemocianina – Sangue dos invertebrados

• Pepsina – Suco gástrico

• Albumina – Ovo, leite e sangue

Funções das Proteínas

Catalítica Transportador

a Reserva

Contração Reguladora/h

ormonal Estrutural

Defesa/proteção

Genética

Propriedades ácido básicas das proteínas

• O comportamento de uma proteína em soluções ácidas ou básicas é determinado pelo número e natureza dos grupos ionizáveis nos radicai R dos resíduos de aminoácidos;

• As proteínas possuem pontos isoelétricos característicos

possuindo igual número de cargas positivas e negativas; • O pH isoelétrico depende dos valores de pK dos grupos

ionizáveis dos radicais R; • >7 mais aminoácidos básicos; • <7 mais aminoácidos ácidos;

Propriedades ácido básicas das proteínas

• O ponto isoelétrico de uma proteína irá depender da natureza do meio em que a proteína estiver dissolvida e

também da temperatura.

Proteína Ponto isoelétrico (pi)

Ovoalbumina 4,6

Β-lactoglobulina 5,2

Caseína 4,6

Mioglobina 7,0

Hemoglobina 6,8

Tabela 1: Valores de pontos isoelétricos de algumas proteínas a 25°C

(RIBEIRO & SERAVALLI 2007)

Propriedades funcionais das proteínas

• A funcionalidade das proteínas é definida pelas propriedades física e química que afetam o seu comportamento no alimento durante o processamento, o armazenamento e a preparação;

• As propriedades funcionais das proteínas alimentícias podem ser

classificadas em três grupos funcionais:

Propriedades de hidratação

• Formação de gel,solubilidade,viscosidade,adesividade

Interações proteínas-proteínas

• Coagulação,formação de estruturas como fibras e glúten.

Propriedades de Superfície

• Emulsificação,formação de espumas,formação de películas.

Alimento Funcionalidade

Bebidas Solubilidade em diversos valores de pH, estabilidade térmica, viscosidade.

Sopas, Molhos Viscosidade, emulsificação, retenção de água.

Produtos de panificação Formação de uma matriz e um filme com propriedades viscoelásticas, coesão,

desnaturação térmica, formação de gel, absorção de água, emulsificação,

aeração.

Derivados de leite( sorvetes, iorgutes) Emulsificação, retenção de gordura,viscosidade,aeração, formação

de gel, coagulação.

Substitutos de ovos Aeração, formação de gel

Produtos cárneos (embutidos, presuntos) Emulsificação, gelificação, coesão, absorção de água e gordura, retenção de

água.

Coberturas Coesão, adesão.

Produtos de confeitaria Dispersibilidade, emulsificação

(FENNEMA, 1986).

Tabela 2: Propriedades funcionais de proteínas requeridas em vários alimentos.

Solubilidade

• A distribuição de aminoácidos hidrofóbicos e hidrofílicos na superfície da proteína determina a solubilidade em diferentes solventes;

• A solubilidade das proteínas em meio aquoso é resultante de vários parâmetros como:

pH

Força iônica

Temperatura

• O ph de menor solubilidade é o pi da proteína.

• Salting in • Salting out

• Solubilidade tende a aumentar á medida que a temperatura se eleva até 40-50°C.

• Acima dessa temperatura a proteína sofre desnaturação e a solubilidade diminui.

Na indústria de bebidas, a interação de compostos fenólicos com proteínas ocasiona a formação do complexo insolúvel (proteína-tanino) e a consequente precipitação durante o resfriamento, que podem ser evitadas pela adição de papaína, que hidrolisa parcialmente a proteína.

Na fabricação de queijo, a precipitação da caseína é obtida pela adição de renina ao leite. A renina hidrolisa a ligação peptídica da k- caseína, resultando em dois macropeptídios: ácido e básico. A liberação do macropeptídeo hidrofílico (ácido) reduz as cargas da superfície e, consequentemente, aumenta as interações hidrofóbicas responsáveis pela coagulação.

Fixação de aroma

• As proteínas em si são inodoras. • Podem-se ligar a compostos de aroma e, dessa forma,

afetar as propriedades sensoriais dos alimentos.

Aspectos indesejáveis Ex. Sementes oleaginosas Odores indesejáveis (off- flavors) – resultado de aldeídos, cetonas e alcoois gerados pela oxidação de ácidos graxos insaturados Esses compostos ligam-se às proteínas e produzem odores indesejáveis característicos.

Fixação de aroma

Aspectos desejáveis

Carregadores ou modificadores de aroma em alimentos.

Ex. Produtos análogos da carne que contêm proteínas vegetais:

A imitação bem-sucedida de um aroma semelhante à carne é essencial para sua aceitação.

Formação de gel

• A gelatinização é frequentemente uma agregação de moléculas desnaturadas;

• A reação inicial do processo de gelatinização envolve o

enfraquecimento e quebra das pontes de hidrogênio e dissulfídicas desestabilizando a estrutura conformacional das proteínas;

• Posteriormente, ocorre a organização das moléculas de

proteína produzindo uma estrutura tridimensional capaz de imobilizar fisicamente grande parte do solvente.

Formação de gel

• A integridade física do gel é mantida pelo contrabalanceamento das forças de atração e repulsão entre as moléculas de proteína e destas com o solvente circundante;

• A temperatura, o pH e a força

iônica afetam a capacidade de gelatinização de uma proteína;

• A geleificação não é só utilizada

para formar géis sólidos viscoelásticos, mas também para melhorar a absorção da água, efeitos espessantes, fixação de partículas e estabilizar emulsões e espumas.

Emulsificação

• Emulsão é um sistema heterogêneo que consiste em um líquido imiscível, completamente difuso em outro na forma de gotículas com diâmetro superior a 0,1 micron.

• Maioria das emulsões alimentícias é do tipo óleo em água:

maionese, leite, creme e sopas.

Óleo em água (o/w)

Água em óleo (w/o)

Tipos de emulsão

Emulsificação

• Agente emulsificante é definido como qualquer substância capaz de ajudar a formação de uma mistura estável de duas substancias anteriormente imiscíveis, por exemplo, óleo e água;

• As proteínas podem atuar como emulsificantes iônicos

naturais; • As proteínas migram espontaneamente para a interface

da emulsão do tipo óleo/água; • A caseína do leite é a proteína mais utilizada como

emulsificante.

Formação e estabilização de espumas

• As espumas alimentícias podem ser definidas como uma dispersão de glóbulos de gás, geralmente o ar, separados por uma suspensão de proteínas que reduz a tensão superficial entre o ar e o líquido, facilitando a deformação do segundo e assim se formam filmes estruturais em volta das gotas de ar, prendendo-o e formando bolhas.

Distribuição uniforme e tamanho reduzido das bolhas de gás produzem um alimento suave e leve e com maior intensidade de aroma

Exemplos:

Espuma da cerveja – solução que contém bolhas de gás.

Sorvetes, bolos e merengues

A capacidade de uma proteína em formar espuma refere-se à expansão de volume da dispersão proteica com a incorporação de ar por batimento ou agitação

Coagulação

• A coagulação se produz pela desestabilização da solução coloidal de caseína que origina a aglomeração das micelas livres e a formação de um gel em que ficam presos com o restante dos componentes do leite;

• A coagulação pode ser ácida ou enzimática.

Alterações da Proteína no Processamento

de Alimentos

• Diversas reações degradativas durante o processamento e armazenamento podem ocorrer, acarretando alterações indesejáveis na proteína;

• As proteínas perdem sua funcionalidade e qualidade nutricional, bem como alterações desejáveis ou indesejáveis do flavor e aumento do riso de toxidez;

Alterações da Proteína no

Processamento de Alimentos

Mudanças relacionadas com o tipo e a intensidade

do tratamentos

Tratamentos moderados – afetam apenas a

conformação

Tratamentos muito intensos – podem alterar a

estrutura primária

Alterações da Proteína no

Processamento de Alimentos Figura 1: Alterações de cor, flavor, textura e valor nutritivo

Desnaturação Proteica • A desnaturação de uma proteína é qualquer modificação na sua

conformação(alteração das estruturas secundária, terciária ou quartanária) sem o rompimento das ligações peptídicas envolvidas na estrutura primária

Desnaturação

Alquilas

Soluções

Salinas Concent

radas

Solventes

Ácidos

Calor

Radiações

Efeitos Redução da Solubilidade

Mudança na capacidade de ligar água

Perda da atividade biológica

Aumento da suscetibilidade ao ataque por proteases

Aumento da viscosidade intrínseca

Dificuldade de cristalização

Aumento da reatividade química

Desnaturação Proteica

• Pode ser reversível ou irreversível;

• A sensibilidade de uma

proteína depende das ligações que estabilizam sua conformação, da intensidade e do tipo de agente desnaturante;

• Calor- Irreversível • Ureia- Reversível

Tratamentos térmicos

Podem ocorrer diversas reações degradativas durante o processamento e armazenamento, acarretando alterações indesejáveis na proteína:

• Desnaturação;

• Perdas de funcionamento e qualidade nutricional;

• Alterações desejáveis e indesejáveis do sabor;

• Aumento do risco de toxidez: formação de aminoácidos indesejáveis como lisinoalanina(LAL).

Tratamento alcalino

O tratamento alcalino é comum na indústria de alimentos:

• Remoção da casca de frutas e vegetais; • Solubilização e texturização de proteínas; • Produção de caseinato, gelatina e invólucro para

salsicha; • Remoção da carne residual do osso; • Destruição de enzimas e toxinas.

Tratamento térmico X Tratamento alcalino

provoca:

• Racemização (D-aminoácido) em todos os aminoácidos; • Destruição progressiva de vários aminoácidos(Cis,Arg,Ter e Ser); • Formação indesejável de novos aminoácidos: lisinoalanina(LAL),

lantionina, ortinoalanina; • A qualidade nutricional da proteína tratada com base diminui

devido: - Destruição de aminoácidos essenciais; - Á formação de aminoácido na forma D(racemização) e de ligações

isopeptídicas(cruzadas) entre os resíduos de aminoácidos impedindo o acesso de proteases o que diminui a digestibilidade.

Lisinoalanina (LAL)

• O efeito tóxico da LAL ocorre em razão de sua característica de complexação, removendo ou competindo com os metais das metaloenzimas provocando a inibição enzimática;

• Tem sido envolvida na nefrocitomegalia em ratos.

• O tratamento alcalino moderado com bicarbonato de sódio não provoca a formação de níveis relevantes de LAL.

Fatores que influem na formação da

lisinoalanina (LAL)

• Tipo de Proteína;

• Concentração e tipo do sal alcalino;

• Temperatura e tempo de exposição

Referências

• ANTUNES, A.E.C., MOTTA, E.M.P., ANTUNES, A.J. Perfil de textura e capacidade de retenção de água de géis ácidos de concentrado protéico de soro de leite. Cienc. Tec. Aliment., v. 23, p.183-189, 2003.

• ARAÚJO, J.M.A. Química de alimentos: teoria e prática. 3 ed. Viçosa, UFV, 2006.

• MODESTI, C.F., CORRÊA, A,D., OLIVEIRA, E. D., ABREU, C.M.P., SANTOS,C.D. Caracterização de concentrado protéico de folhas de mandioca obtido por precipitação com calor e ácido. Cienc. Tec. Aliment., v. 27,p.467-469, 2003