UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA
ENGENHARIA DE ALIMENTOS
DISCIPLINA DE QUÍMICA DE ALIMENTOS
PROTEÍNAS
Profa. Valéria Terra Crexi
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 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
pH, 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
orgânicos, solutos orgânicos
pH,
solventes
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
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.
ligações
(endotérmicas)
hidrofóbicas
são
estabilizadas
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
Nem sempre quanto menor a temperatura maior a estabilidade
Exceto:
enzima (galactosidase) – conserva sua atividade a
temperatura de – 400C
Glicinina - proteína de armazenamento da soja
Agrega-se e precipita-se quando armazenada a 20C,
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
250C . (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 aos aminoácidos
essenciais, a cor natural e ao sabor, assim como não
causa o desenvolvimento de produtos tóxicos.
Desvantagem: custo.
Cisalhamento
Cisalhamento mecânico
agitação, amassamento, batimento etc.
causa a desnaturação de proteínas
Cisalhamento
Muitas proteínas
quando agitadas
desnaturam-se
e
precipitam-se
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
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
pH- desnaturam em valores extremos (maiores que 10 e menores
que 3)
Influência do pH 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 > 1M, 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
solubilidade- desenrolamento das cadeias );
da
Desnaturação de proteínas
Efeitos da desnaturação:
Aumento da reatividade química (aumento de
grupos reativos).