INSTITUTO TECNOLOGICO DE TEPIC
Ing. Bioquímica Unidad 3
“Alteraciones o mejora de las propiedades funcionales f uncionales de las protenas! Alumnos:
Edna Eli"a#et$ Samanie%o P&re" Carlos Al#erto 'amre" Castro (u%o Orlando )illela Palomera (eri#erto Carrillo Camac$o *essica +erenice +erenice ,artne" ,artne" -eli" -eli"
Índice Introducción ----------------------------------------------------------------------------------------- 2
Efectos de las variaciones del entorno químico ------------------------------------------- 3 Deshidratación ------------------------------------------------------------------------------------- 3 Tratamiento con disolventes apolares ------------------------------------------------------- 4 Tratamiento mecánico --------------------------------------------------------------------------- 4 Tratamientos térmicos --------------------------------------------------------------------------- 4 odificaciones de!idas a la acción de las en"imas ------------------------------------- # Tratamientos en"imáticos de las proteínas alimenticias proteólisis ----------------- $ odificaciones químicas específicas -------------------------------------------------------- %% odificaciones de las cadenas laterales de las proteínas ---------------------------- %2 &ormación de uniones covalentes ----------------------------------------------------------- %3 'onclusión ----------------------------------------------------------------------------------------- %3 (i!lio)rafía ----------------------------------------------------------------------------------------- %4
Introducción
*as proteínas utili"adas normalmente como in)redientes alimenticios sufren durante su preparación + empleo distintos tratamientos físicos + químicos, Durante su etracción + purificación se trata de no alterar sus propiedades estructurales + funcionales, *os tratamientos moderados. sean de naturale"a química o física. solo ori)inan modificaciones de la conformación. mientras que los tratamientos térmicos ener)éticos o el empleo de compuestos químicos fuertemente reactivos. inciden so!re la conformación e incluso act/an so!re la estructura primaria de la proteína, Efectos de las variaciones del entorno químico *a precipitación de una proteína a su p0 isoeléctrico o por alar)amiento son métodos sencillos + eficaces para separarlas + purificarlas, Estos procesos conducen a una a)re)ación reversi!le a la proteína + frecuentemente sin un desdo!lamiento irreversi!le o fundamental, La eliminación parcial del agua de las soluciones proteicas conducen a un aumento de la concentración de todos los constitu+entes no acuosos. lo que resulta en un aumento de las interacciones proteína-proteína. proteína-)l/cido + proteína-sal + estas interacciones pueden alterar acusadamente las propiedades funcionales a la proteína, Los pH ácidos y alcalinos favorecen el que las proteínas fi1en aniones + cationes respectivamente, Esto puede afectar a las propiedades funcionales + en particular a la solu!ilidad, *os iones 'a re!a1an la solu!ilidad de numerosas proteínas de p0 neutro o alcalino, A pH débilmente alcalinos. como los de la preparación de proteinatos. las repulsiones electrostáticas entre )rupos car!oilos ioni"ados conducen a una disociación de las proteínas oli)omericas, p0 apropiados. la presencia de iones polivalentes o de determinados polielectrolitos aumenta la formación de puentes iónicos entre moléculas proteicas, Es pro!a!le que la me1or retención de a)ua que se consi)ue en la sala"ón de la carne aadida polifosfatos se de!a. en parte. a la disociación de las proteínas + 5complicación6 del calcio, El 7a'l tam!ién aumenta la retención de a)ua tam!ién aumenta la retención de a)ua por solu!ili"acion parcial de las proteínas miofi!rilares. lo que todavía me1ora a/n más el efecto de los polifosfatos, 8ueden utili"arse para 5reticular6 + precipitar las cadenas polipeptidicas otros polielectrolitos, si mismo. moléculas car)adas ne)ativamente. tales como la car!oimetil-celulosa. al)inatos. ácido poliacrilico o los polifosfatos se fi1an. con un p0 dé!ilmente acido. a las proteínas car)adas positivamente, De esta manera pueden precipitarse + 5reticularse 6las proteínas de lactosuero + del plasma,
unque la ma+oría de los polielectrolitos se separan rápidamente de los constitu+entes proteicos. al)unos quedan fi1os a las proteínas en cantidades aprecia!les + si esto ocurre así. ha+ peli)ro d alterar la solu!ilidad + propiedades funcionales de la proteína, Deshidratación *a eliminación casi total del a)ua provoca una a)re)ación importante 9interacciones proteína-proteina:. especialmente si se utili"an temperaturas lo !astante elevadas como para conse)uir la ener)ía necesaria para eliminar el a)ua, Esto motiva una pérdida importante de solu!ilidad + actividad superficial, *as condiciones de secado influ+en en el tamao + porosidad. tanto interna como superficial. de las partículas de los polvos; tam!ién afecta a sus propiedades de mo1a!ilidad. a!sorción de a)ua. dispersión +
n !uen triturado en seco de las harinas o de los concentrados proteicos da polvos que tienen )randes de partículas mu+ pequeas, Esto me1ora la a!sorción de a)ua. así como de la solu!ilidad proteica. a!sorción de materias )rasas + de las propiedades espumantes, De esta forma un triturado li)ero puede permitir preparar. por tur!o separación. fracciones que ten)an un elevado contenido en
proteínas 9las partículas ricas en proteínas o en almidón se separan por la diferencia de densidad + de tamao:, *as fuer"as de corte intensa. aplicada a las suspensiones o soluciones proteicas. como la homo)enei"ación de la leche. provocan una fra)mentación de los a)re)ados proteicos 9micelas: en su!unidades, 'on este tratamiento se me1ora la capacidad emulsionante de las proteínas, *a desnaturali"ación parcial de las proteínas puede esta!ili"ar las espumas. pero el !atido ecesivo de al)unas proteínas tal como la clara de huevo disminu+e a causa de la a)re)ación de proteína. la capacidad espumante + la esta!ilidad, *as fuer"as mecánicas 1ue)an un papel importante en los procedimientos de teturacion de las proteínas. tales como la formación de pastas + fi!ras, *as alteraciones de proteínas asi como las fuer"as de corte motivan la alineación de moléculas. el cam!io de puentes disulfuro + la formación de redes proteicas,
Tratamientos térmicos *os tratamientos térmicos de las proteínas. pueden motivar modificaciones estructurales. la hidrolisis de enlaces peptídicos. modificaciones de las cadenas laterales de aminoácidos e incluso una condensación con otras moléculas. se)/n sea la intensidad + duración del tratamiento térmico. la actividad del a)ua. p0. contenido en sales. naturale"a + concentraciones de otras moléculas reactivas, *a amplitud + consecuencias de la desnaturali"ación térmica de las proteínas dependen mucho de la naturale"a de la proteína condiciones del medio, *as propiedades de las proteínas no ordenadas. tales como los caseinatos manoméricos. resultan poco afectadas. incluso con un calentamiento enér)ico, 6/ 4/ 3/ 2/ Serie 5
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&i),% ? influencia del calentamiento so!re la capacidad de retención del a)ua del musculo de vaca,
'uando los tratamientos térmicos se aplican a un p0 isolelectrico sur)e una fuerte a)re)ación de la proteína, Esto se utili"a para separar purificar cuantitativamente las proteínas del lactosuero líquido. la san)re o el plasma, 8or otro lado el contenido en a)ua en una solución de proteínas afecta profundamente a la entalpia + desnaturali"ación, =i la temperatura de desnaturali"ación es minima 9#4@ ': para un contenido de a)ua del 3A-BAC pero aumenta fuertemente cuando la proteína se deshidrata 9%22@ ' con 3C de a)ua:, *a entalpia de desnaturali"ación decrece sensi!lemente cuando el contenido en a)ua es inferior a 3AC,
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&i),2 ? Influencia del contenido en a)ua so!re la temperatura de desnaturali"ación + so!re la entalpia de desnaturali"ación de la mio)lo!ina del
cachalote, *a transición de conformación fue se)uida por microcalorimetría diferencial,
*as temperaturas inferiores al punto de con)elación tam!ién pueden provocar desnaturali"ación de las proteínas + alterar las propiedades funcionales, E1emplos son el endurecimiento + descenso de retención de a)ua de la actomiosina del pescado. la precipitación de las micelas de la caseína en la leche, *a hidrolisis limitada de los enlaces peptídicos. que se produce cuando las proteínas ve)etales se calientan a %AA ' durante %A a %B horas en 0'l % a 3. multiplicada por 3 el nitró)eno no proteico + puede me1orar mucho la solu!ilidad. por esta causa aumentan las propiedades superficiales de in)redientes tales como las proteínas del )luten, 8ara finali"ar los tratamientos térmicos enér)icos a p0 alcalino. pueden producir una desulfuración de la cisteína o cistina. así como la formación de residuos de lisoalanina. lantionina + aminoácidos D. no utili"a!les nutricionalmente,
MODIFICACIONES DEBIDAS A LA ACCION DE ENZIMAS •
odificaciones 5in vivo6 de las proteínas
=e pueden producir 5in vivo6 más de %3B tipos de modificaciones en"imáticas de las proteínas. después de la síntesis de cadenas polipeptídicas al nivel ri!osoma, En su ma+oría. estas modificaciones se refieren a cadenas laterales de aminoácidos con ecepción de la )licina + de los aminoácidos apolares, *as proteólisis 5in vivo6. tienen un papel fundamental en las funciones !ioló)icas de numerosas proteínas, 8ara transformar los "imó)enos en"imáticos inactivos en en"imas tales como la tripsina. quimotripsina. car!oipeptidasas. elastasa + fosfolipasa se necesita una proteólisis especifica limitada, sí mismo implica una etapa donde ocurre una transferencia de proteínas secretoras. desde el ri!osoma a través de las mem!ranas intracelulares, >n e1emplo es la caseína. las proteínas de lactosuero + la ovoal!/mina que tienen un pequeo se)mento hidrófo!o próimo a sus aminoácidos 7-terminales; este se)mento fi1a un receptor de mem!rana que facilita la transferencia + después se elimina de las proteínas por proteólisis,
Tratamientos enzimticos de !as "rote#nas a!imenticias "roteó!isis
8ara conse)uir un me1or conocimiento de las propiedades físico-químicas. de las proteínas alimenticias. se utili"an al)unas modificaciones en"imáticas de las cadenas laterales de aminoácidos, sí. la desfosforili"acion de las caseínas por la fosfatasa alcalina. a+udo a conocer la función de los )rupos fosfatos en la fi1ación del calcio + en la sensi!ilidad de las caseínas al calcio,
*a disminución del tamao molecular por proteólisis. resulta claramente desfavora!le para las propiedades )elificantes + visco elásticas de las proteínas, =in em!ar)o. una proteólisis limitada de las proteínas del )luten puede aumentar la epansión de la masa durante la fa!ricación de pan + me1orar la tetura al comer un alimento que se le apliquen estos parámetros a sus componentes, En los procesos anteriores de formación de plasteina 9#.%4:. la primera etapa implica una proteólisis de una suspensión de proteína al BC por la pepsina o la papaína a un p0 neutro para o!tener péptidos de %A,AAA a 2A,AAA daltons, *a se)unda etapa implica una concentración de hidroli"ados hasta un contenido en proteínas del 3A al 4AC. la adición de la misma o de otras proteasas + el a1uste del p0,
Esto
permite
a)rupar los
transpeptidación del si)uiente tipo
péptidos
en
plateinas
por raciones
de
*os esteres de ácidos )rasos o de aminoácidos tam!ién pueden reaccionar con )rupos alfa-aminados. como lo hace el intermediario acilado del en"ima, 9#.F: 'omo se indicó anteriormente. la primera etapa puede aprovecharse para me1orar la solu!ilidad de las proteínas desnaturali"adas por el calor + tam!ién puede a+udar a reducir + eliminar impure"as 9defectos de sa!or. olor. color etc,:, *a se)unda etapa se utili"ó para unir por covalencia péptidos ricos en a"ufre a los hidroli"ados
proteicos
de so1a
9resaltemos que
tam!ién
es posi!le
un
incorporación directa de distintos aminoácidos esenciales utili"ando esteres de aminoácidos:, 0aciendo reaccionar proteínas succiniladas + esteres apolares alcalini"ados de leucina en presencia de papaína. se lo)ró o!tener moléculas anfipolares que poseían ecelentes propiedades emulsificantes + espumantes 923:, Tam!ién puede utili"arse la formación de plasteina para modificar los péptidos amar)os resultantes de la primera etapa de proteólisis, En la actualidad. este procedimiento de formación de plasteina es aun pro!a!lemente demasiado costoso para utili"arlo en la industria alimenticia, *a trans)lutaminasa. que se estudió anteriormente. tam!ién puede utili"arse para fi1ar aminoácidos so!re cadenas polipeptidicas o para crear uniones covalentes entre cadenas 9%%-%3. %B. %F:, *a trans)lutaminasa 9E' 2, 3, %3: catali"a una reacción de calcio que depende de transferir )rupos acilo en los cuales los )rupos car!oamida de los residuos de )lutamina son los donantes del acilo, *os )rupos amino, 8rimarios de diversos compuestos pueden actuar como aceptores del acilo. con formación consecutiva de )ama-amidas mono sustituidas de residuos de ácido )lutámico
=i se aade al medio de reacción una amina 9G-702: apropiada. por e1emplo un aminoácido. el )rupo G se fi1a de manera covalente so!re los residuos de )lutamina de la proteína, Tam!ién puede formarse su!stratos por la reacción de los )rupos e-aminados de residuos de lisina + entonces ha+ formación de puentes covalentes intra o intermoleculares de tipo e-9)ama-)lutamil:-lisina 9enlaces isopeptidicos: la tras)lutaminasa puede purificarse a partir de la san)re o del hí)ado de al)unos mamíferos, =e considera que la reacción que aca!a de descri!irse puede utili"arse para me1orar la tetura de soluciones o dispersiones de diversas proteínas,
Modi$icaciones %u#micas es"ec#$icas *a estructura primaria de las proteínas puede modificarse químicamente para me1orar sus propiedades funcionales 92. 4. H. $. %4. %#.2%:, Esta propiedad se utili"ó. con éito para estudiar las relaciones estructura-función en las proteínas 9funciones en"imáticas + otras funciones !ioló)icas. así con sus propiedades físico-químicas + funcionales:, =in em!ar)o. ha+ que resaltar que las modificaciones químicas hechas so!re proteínas alimenticias o forra1es. pueden producir serios inconvenientes e incluso lle)ar a la alteración del valor nutricional. de forma parecida a la o!serva durante los tratamientos térmicos enér)icos 9ver párrafo %,4: de!ido a la formación de
derivados de aminoácidos qué pueden ser tóicos + la contaminación por reactivos químicos que tam!ién pueden ser tóicos,
Modi$icaciones de !as cadenas !atera!es de !as "rote#nas *a alteración de los residuos de aminoácidos puede sur)ir por calentamiento a p0 ácidos o alcalinos,
Figura 7. Principales posibilidades de modificación química de las proteínas alimenticias. 8arece que los efectos !enéficos proceden de modificaciones de conformación de!idas a una disminución de los enlaces hidro)eno + aun aumento de las
repulsiones electrostáticas, *os tratamientos alcalinos producen. cuando ocurren. la conversión de al)unos residuos de cisteína en dehidroalamina, *as principales clases de reacciones utili"adas para la modificación química de las cadenas laterales de aminoácidos son la acilación. alquilación. oidación + reducción, >na cadena lateral determinada. puede reaccionar de diversas formas con los reactivos. del mismo modo que determinado reactivo puede reaccionar con varios tipos de cadenas laterales, l)unos reactivos tienen que estar disueltos. antes de aadirlos a la solución acuosa de proteína en pequeas cantidades de disolventes or)ánicos, 8ara otros se necesita utili"ar reactivos + condiciones del medio suaves. porque en caso contrario las modificaciones de la conformación proteica + las propiedades funcionales pueden so!repasar lo deseado, 7o todas las cadenas laterales de un tipo determinado manifiestan. necesariamente. la misma reactividad frente a un reactivo. porque esto está en función de los aminoácidos próimos en la proteína + de la conformación de la cadena proteica, En )eneral. la modificación de los )rupos laterales de una proteína motiva. una modificación de la polaridad + en al)unos casos. de la car)a neta, 'uando estas modificaciones son considera!les. la proteína puede enrollarse. desple)arse o a)re)arse con otras moléculas de proteína, Tam!ién puede modificarse el comportamiento de la proteína frente al a)ua u otros constitu+entes como los lípidos, *as propiedades funcionales tam!ién dependen de la amplitud de la modificación química, *a fi1ación covalente de polioles aumenta la polaridad de la proteína. asi como su solu!ilidad + resistencia a la precipitación térmica. porque se dificulta o disminu+e la a)re)ación hidrófo!a. que sur)e a causa del desdo!lamiento térmico, *as proteínas se pueden hacer más hidrófo!as introduciendo )rupos apolares laterales mediante acilación o una alquilación reductora de los )rupos ϵ -aminados. tiol o hidroilo, El a)ente acilante puede ser un anhídrido intermolecular de un ácido monocar!oilico, *as propiedades emulsionantes de las proteínas me1oran siempre por acetilación. a causa del hecho de que. pro!a!lemente. la molécula lle)a a hacerse mu+ anfipolar,
Formación de uniones co&a!entes 'uando las cadenas laterales de proteínas se transforman en )rupos mu+ reactivos. pueden reaccionar rápidamente para dar uniones intra o intermoleculares, =e pueden utili"ar reactivos !ifuncionales tales como los aldehídos malonico + )lutarico. el formaldehido polimeri"ado. para volver a unir
entre si los )rupos ϵ -aminados de los residuos de lisina, 'orrientemente esta reacción !a1a la solu!ilidad + di)esta!lidad de la proteína, *a reticulación de las proteínas tiene varias aplicaciones no alimenticias. tales como la transformación de las pieles de animales en cuero. la formación de toinas atenuadas para producir vacunas + la preparación de trasplantes quir/r)icos !ioló)icamente compati!les, *as proteínas destinadas a los rumiantes tam!ién pueden reticularse para limitar su de)radación en la pan"a, *a formación de uniones disulfuro puede introducirse por oidación moderada de los )rupos tiol. en presencia de aire. !romatos o en"imas oidantes, Esta reacción se utili"a corrientemente en la industria de panadería para me1orar las propiedades viscoelasticas de las proteínas de )luten,
Conc!usión 8odemos decir que eisten muchas alteraciones o me1ora de las propiedades funcionales. entre las alteraciones que eisten ca!e destacar que no todas son pensadas para un !ien en el or)anismo. ha+ desventa1as so!re el hecho de alterar estas proteínas. pero por otro lado tam!ién eisten venta1as, *a me1ora de las propiedades funcionales es otro caso similar. tiene venta1as + desventa1as, e1orar al)o se define como la acción de perfeccionar al)o. haciéndolo pasar de un !uen estado a otro me1or. sin em!ar)o al hacer esto se de!e tomar en cuenta que no afectes ptras propiedades de las proteínas, 'omo se ve. la modificación química de las proteínas es un camino prometedor para la me1ora de las propiedades funcionales, =in em!ar)o. las consecuencias nutricionales + toicoló)icas de estas modificaciones químicas plantean cuestiones de re)lamentación que pueden impedir una rápida )enerali"ación,
Bi'!io(ra$#a • • •
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