UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA ENGENHARIA DE ALIMENTOS DISCIPLINA

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA ENGENHARIA DE ALIMENTOS DISCIPLINA DE QUÍMICA DE ALIMENTOS PROTEÍNAS Profa. Valéria Terra Crexi

Desnaturação Estrutura nativa de uma proteína: atrativas e repulsivas que emanam forças intramoleculares variadas, bem como da interação de vários grupos proteicos com a água como solvente circundante. - Também depende do ambiente da proteína

Desnaturação Estado nativo: É o mais estável com a energia livre mais baixa possível Mudança no ambiente p. H, força iônica, temperatura, composição de solvente. * Forçará a molécula a assumir uma nova estrutura de equilíbrio

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 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).

Desnaturação de proteínas 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 p. H, solventes orgânicos, solutos orgânicos

Agentes físicos Calor O calor é o agente desnaturante mais utilizado no processamento e na preservação de alimentos. 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 proteica.

Agentes físicos Calor não muda a carga das proteínas (cargas ficam mais na superfície – ligação com a água). Rompe as ligações de hidrogênio e ligações eletrostáticas que estabilizam a sua conformação causando também o desenrolamento da cadeia. es (endotérmicas) Velocidade de desnaturação – depende da temperatura Temperaturas: 50 e 1000 C – vibrações com rompimento de ligações – Desnaturação é irreversível

Temperaturas: -100 C e – 400 C – Desnaturação é irreversível Nem sempre quanto menor a temperatura maior a estabilidade Exceto: enzima (galactosidase) – conserva sua atividade a temperatura de – 400 C Glicinina - proteína de armazenamento da soja Agrega-se e precipita-se quando armazenada a 20 C, tornando-se então solúvel quando retorna a temperatura ambiente

Calor Água facilita a desnaturação térmica das proteínas. O efeito da hidratação sobre a termoestabilidade é fundamentalmente relacionado à dinâmica da proteína.

Calor 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 A expansão da proteína aumenta a mobilidade e a flexibilidade da cadeia, sendo que as moléculas assumem uma estrutura mais dinâmica.

Aquecimento promove maior acesso de água as pontes salinas e às pontes de hidrogênio peptidicas do que seria possível no estados seco. Sais e açúcares afetam a termoestabilidade das proteínas em soluções aquosas.

Pressão hidrostática Desnaturação induzida pela pressão pode ocorrer a 250 C. (relação temperatura X pressão) A desnaturação de proteínas induzida pela pressão ocorre porque as proteínas são flexíveis e compressíveis. Proteínas globulares – espaços vazios no interior da proteína Proteínas fibrosas- em sua maioria o desprovidas de espaços vazios, são mais estáveis a alta pressão

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 inativação microbiana As altas pressões danificam as membrana celulares, causando a dissociação de organelas de microrganismos, ocorrendo a destruição dos microrganismos

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 aminoácidos essenciais, a cor natural e ao sabor, assim como não causa o desenvolvimento de produtos tóxicos. Desvantagem: custo.

Cisalhamento mecânico agitação, amassamento, batimento etc. causa a desnaturação de proteínas

Cisalhamento Muitas proteínas desnaturam-se e precipitam-se quando agitadas ocorre devido a incorporação de bolhas de ar e da adsorção de moléculas de proteínas na interface ar-líquido.

Cisalhamento Várias operações do processamento de alimentos envolvem alta pressão, cisalhamento e altas temperaturas. Extrusão, mistura sob alta velocidade e homogeneização.

Agentes Químicos Envolve o rompimento ou formação de ligações covalentes e é geralmente irreversível; Reações mais usuais são as de oxidação que agem sobre os grupos –SH e S-S

Agentes Químicos p. H As proteínas são mais estáveis a desnaturação em seus pontos isoelétricos Energia repulsiva eletrostática líquida é pequena – proteína é estável em p. H neutro Em valores de p. H extremos: - forte repulsão eletrostática intramolecular resulta em expansão e desdobramento p. H- desnaturam em valores extremos (maiores que 10 e menores que 3)

Influência do p. H na solubilidade Alta carga liquida em valores extremos= desnaturação expansão e desdobramento da molécula de proteína

Solventes Orgânicos Força iônica – alteram a constante dielétrica e portanto, as forças eletrostática que contribuem para estabilização das proteínas Substâncias que rompem interações hidrofóbicas Solventes apolares penetram nas regiões hidrofóbicas, rompendo estas interações – Desnaturação.

Aditivos de baixo peso molecular Solutos de baixo peso molecular afetam a estabilidade proteica em soluções aquosas: uréia, detergentes, açúcares e sais neutros - Rompem as ligações por ponte de hidrogênio # Efeitos estabilizadores e desestabilizadores de aditivos está relacionado a suas interações preferenciais com a fase aquosa e a superfície proteica.

Aditivos de baixo peso molecular uréia e detergentes desestabilizam a conformação da proteína • Estes ligam-se à superfície da proteína, causando desidratação da proteína. Aumenta a concentração do aditivo nesta região sem água. • A interação destes aditivos com a superfície da proteína promove o desdobramento , de modo que as superfícies não polares inseridas estejam mais expostas à interação favorável com o aditivo.

Aditivos de baixo peso molecular Açúcares Sais neutros (sulfato, fosfato e sais de fluoreto de sódio) denominados COSMOTRÓPICOS, estabilizam as proteínas Aditivos ligam-se muito fracamente a proteína, mas aumentam sua hidratação. Sua concentração próxima a proteína é mais baixa que na solução como um todo. Gradiente de concentração = gradiente de pressão osmótica ao redor da molécula , suficiente o bastante para elevar a temperatura de desnaturação térmica

Aditivos de baixo peso molecular Sais neutros (brometo, iodeto, perclorato e tiocianato), denominados CAOTRÓPICOS, desestabilizam a estrutura proteica. Concentrações > 1 M, sais têm efeitos iônicos específicos que influenciam a estabilidade estrutural das proteínas. Estes sais diminuem a hidratação proteica e ligam-se fortemente as proteínas. Salting out: maior atração entre as moléculas proteicas e formação de precipitados

Aditivos de baixo peso molecular Concentrações < 1 Sais estabilizam a proteína aumentando a hidratação proteica, ligando-se fracamente a proteínas Salting in: baixa concentração salina – aumenta a solubilidade

Aditivos de baixo peso molecular O mecanismo dos efeitos dos sais sobre a estabilidade estrutural das proteínas está relacionado a sua capacidade relativa de se ligar às proteínas e alterar suas propriedades de hidratação. Sais que estabilizam proteínas – aumentam a hidratação proteica, ligando-se fracamente a ela. Sais que desestabilizam proteínas – diminuem a hidratação proteica e ligam-se fortemente a proteina.

Desnaturação de proteínas Efeitos da desnaturação: Redução da solubilidade (aumento da exposição de resíduos hidrofóbicos); Mudança na capacidade de se ligar com a água;

Desnaturação de proteínas Efeitos da desnaturação: Perda da atividade biológica (enzimática ou imunológica); Aumento da suscetibilidade ao ataque por proteases (exposição das ligações peptídicas) ; Aumento da viscosidade (redução da solubilidade - desenrolamento das cadeias );

Desnaturação de proteínas Efeitos da desnaturação: Aumento da reatividade química (aumento de grupos reativos).