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•20/06/2016 •1 Proteínas Paulo Henrique Machado de Sousa Universidade Federal do Ceará Instituto de Cultura e Arte Bacharelado em Gastronomia Química Culinária •Referências: Plant proteins in relation to human protein and amino acid nutrition. VR Young and PL Pellet. http://www.ajcn.org/cgi/content/abstract/59/5/1203S Figura: http://img504.imageshack.us/img504/8682/protenaqc3.jpg DEFINIÇÃO Proteína (do grego proteios, primeiro) é uma macromolécula de alto peso molecular, complexidade e diversidade cujo monómeros são α- aminoácidos. As proteínas são parte constituinte dos tecidos biológicos e muitas delas funcionam como enzimas. composição 50-55% carbono 6-8% hidrogênio 20-23% oxigênio 15-18% nitrogênio 0,2-0,3% enxofre Fósforo DEFINIÇÃO Exercem diversas funções biológicas: - contráteis (actina e miosina); - estruturais do corpo (colágeno, queratina); - biocatalizadores (enzimas); - hormonais (insulina, hormônio da tireóide); - transferência (hemoglobina e transferrina); - reserva (ovoalbumina, caseína); - proteção (anticorpos, veneno, antibióticos); Responsáveis por doenças de origem alimentar: - Botulismo (toxina botulínica); - Encefalopaias espongiformes (prions): vaca louca. •Somos seres protéicos: a vida está intimamente ligada às proteínas. FONTES? Alimentos fontes de proteínas: DEFINIÇÃO - Animal: carnes, aves, peixes, ovos, leite e derivados; - Vegetal: leguminosas (soja, feijão), grãos e oleaginosas •Somos seres protéicos: a vida está intimamente ligada às proteínas. Junção de aminoácidos: proteína - ligação peptídica ( grupo carboxílico + grupo amino); - Dois aminoácidos: dipeptídeo; - Três aminoácidos: tripeptídeo; - Proteína: 400 ou mais aminoácidos (seqüência predeterminada geneticamente). •20/06/2016 •2 Proteínas podem ser definidas como polímeros compostos de n unidades monoméricas, os aminoácidos, ligados entre si por ligações peptídicas A ligação peptídica ocorre entre o grupo a-carboxila de um aminoácido e o grupo a-amino de outro aminoácido. Até 100 aminoácidos (10 kDa) peptídeo Mais de 100 aminoácidos proteína aminoácido COO C — H R H3N — + a Fórmula geral de um a aminoácido: os grupos amino e carboxila estão no carbono a. R – a cadeia lateral R diferencia os aminoácidos entre si (monômero) Proteína (polímero) um dipeptídeo Aminoácido 1 Aminoácido 2 + Fonte de luz Filtro polarizador 1. Um plano de luz é selecionado 2. Solução de substância opticamente ativa causa rotação do plano da luz polarizada 3. Plano da luz que emerge da solução foi desviado para a esquerda ou para a direita pela substância em solução 4. Observador gira a escala até coincidir com a luz emergente, para determinar o desvio Isomeria óptica Substâncias ópticamente ativas (possuem C quirais) interagem com a luz polarizada, girando o plano da luz para esquerda (levógiros) ou para a direita (dextrógiros) Essa propriedade foi inicialmente descoberta para ácidos orgânicos e açúcares, com vários C quirais. L-a-aminoácido Proteínas naturais possuem somente L-aminoácidos D-Aminoácidos ocorrem em peptídeos antibióticos Levógiro: indicado por ( - ) giro da luz para esquerda Dextrógiro: indicado por ( + ) giro da luz para direita COO C — H R H3N — + a Um polarímetro - + Fonte de luz Filtro polarizador 1. Um plano de luz é selecionado 2. Solução de substância opticamente ativa causa rotação do plano da luz polarizada 3. Plano da luz que emerge da solução foi desviado para a esquerda ou para a direita pela substância em solução 4. Observador gira a escala até coincidir com a luz emergente, para determinar o desvio Isomeria óptica Substâncias ópticamente ativas (possuem C quirais) interagem com a luz polarizada, girando o plano da luz para esquerda (levógiros) ou para a direita (dextrógiros) Essa propriedade foi inicialmente descoberta para ácidos orgânicos e açúcares, com vários C quirais. L-a-aminoácido Proteínas naturais possuem somente L-aminoácidos D-Aminoácidos ocorrem em peptídeos antibióticos Levógiro: indicado por ( - ) giro da luz para esquerda Dextrógiro: indicado por ( + ) giro da luz para direita COO C — H R H3N — + a Um polarímetro - Fundamentais para a vida Ocorrência dos aminoácidos (aa) Carbono quiral AMINOÁCIDOS Mais freqüente 21 aa livres Asparagina ácido aspártico Glutamina ácido glutâmico Hidroxiprolina hidroxilisina - freqüência Glicina R=H D-aminoácido D-fenilalanina, D-leucina L-aminoácido compostos naturais, hidrólise ácida COOH │ H — C — NH2 │ R COOH │ NH2 — C — H │ R D-AMINOÁCIDO L-AMINOÁCIDO Aminoácidos proteicos são L- a - aminoácidos Para entender a complexidade estrutural de uma proteína é necessário primeiro compreender as propriedades de seus aminoácidos constituintes. Existem 2 isômeros ópticos do Ca: formas L e D • são enantiômeros (imagens especulares) um do outro • não são interconversíveis sem quebra de laços covalentes L- e D-isômeros de gliceraldeído (um açucar) e do aminoácido alanina O Carbono a é assimétrico, ou seja, tem 4 ligantes diferentes Essa propriedade define o Ca como um centro quiral e confere propriedades ópticas às moléculas. COO C — H R H3N — + a Difícil classificar variedade de estrutura Classificação 1. Aminoácido nos quais R é não polar ou hidrofóbico Aminoácido alifático e aromático. São hidrofóbicos 2. Aminoácido nos quais R é polar capacidade de formar pontes de hidrogênio 3. Aminoácido nos quais R é carregado positivamente aminoácidos denominados básicos 4. Aminoácido nos quais R é carregado negativamente aminoácidos denominados ácidos CLASSIFICAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS • Alifático, aromático e heterocíclicos • Neutros, ácidos e básicos • Polaridade dos R •20/06/2016 •3 R NOME ABREVIATURA R NOME ABREVIATURA não polar Alanina Ala positivo Arginina Arg Fenilalanina Fen Glicina Gli Isoleucina Ileu hidroxilisina Hilis Leucina Leu Metionina Met Prolina Pro Histidina His Triptofano Tri valina val polar Tirosina Tir Lisina Lis Asparagina Asn Cisteína Cish Glutamina Gln negativo Ácido aspártico Asp Hidroxiprolina Hipro Serina Ser Ácido glutâmico Glu treonina tre aminoácidos encontrados em fontes especiais AMINOÁCIDO FONTE Citrulina Suco de melancia, fígado Sulfóxido de S-metilcisteína Algumas plantas superiores Aliina Algumas plantas superiores β-alanina Constituinte ácido pantotênico Canavanina Farinha de soja Dihidroxifeni-lalanina(DOPA) Broto de alguns tipos de feijões 3-hidroxiprolina colágeno 3-lodotirosina Glândula tiróide Necessidades Nutricionais (variam com idade e condições fisiológicas) Não-essenciais São mais simples de serem sintetizados, pelos próprios mamíferos. Não precisam estar na alimentação Glutamato, Alanina, Aspartato e Glutamina Essenciais Síntese inadequada para satisfazer as necessidades metabólicas Leucina, Isoleucina, Valina, Triptofano, Fenilalanina, Metionina, Treonina, Lisina e Histidina Ausência ou a ingestão inadequada Condicionalmente essenciais São essências em condições clínicas Prolina, Serina, Arginina, Tirosina, Cisteína, Taurina e Glicina Perda de peso, sintomas clínicos e crescimento inadequado sólidos incolores, cristalinos, que fundem com decomposição a altas temperaturas (sublimam) Podem ter sabor doce, amargo ou não terem sabor São solúveis em água insolúveis em solventes orgânicos (↓ polaridade) solúveis em soluções diluídas de ácidos e bases O grau de solubilidade depende da cadeia lateral Os aminoácidos como íons dipolares aminoácidos em solução aquosa moléculas neutras Propriedade física, baixa constante de acidez e basicidade íon dipolar Aminoácidos são compostos anfóteros Propriedades físicas dos aminoácidos NH2 │ R — C — COOH │ H NH3 + │ R — C — COO- │ H Meio alcalino Meio ácido NH3 + │ R — C — COO- │ H + OH- + H2O NH2 │ R — C — COO- │ H NH3 + │ R — C — COO- │ H + H3O + NH3 + │ R — C — COOH │ H + H2O Ponto isoelétrico pH no qual não haverá migração de cargas do aminoácido para a solução Cada aminoácido possui um ponto isoelétrico específico Solubilidade É relativamente elevada em água e reduzida em solventes orgânicos Ponto de fusão É bastante elevado sendo normalmente acompanhado de decomposição da estrutura química original •20/06/2016 •4 Intermédio entre aminoácido e proteína Ligação peptídica Classificação dos peptídios Nº de aminoácidos Peptídeo Dipeptídio Tripeptídio Tetrapeptídio Oligopéptido < 10 polipeptídio > 10 Proteína > 50 H2O Propriedades Cadeias retas Solúveis em água Não coagulam pelo calor Não precipitam em solução saturada de sulfato de amônio São anfóteros Reações químicas São as mesmas sofridas pelos aminoácidos Os peptídios naturais hidrólise parcial da proteína Anserina e carnosina (Histidina) estrutura mais complexa que os peptídios Aminoácidos DNA transaminação PROTEÍNAS Essenciais — devem estar presentes Não-essenciais — esqueleto carbono, grupo amino Para entender a estrutura 3D das proteínas, vamos “dissecá-la” em níveis organizacionais para facilitar o estudo: . 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-Ca-)n na proteína. Para entender a estrutura 3D das proteínas, vamos “dissecá-la” em níveis organizacionais para facilitar o estudo: 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. Parte II Proteínas: propriedades 1°classificação (grupos) 2°classificação (estrutura) CLASSIFICAÇÃO PROTEICA • Proteína simples • Proteína conjugada • Proteína derivada • Globular • fibrosa •20/06/2016 •5 Proteína simples Hidrólise total aminoácidos Solubilidade • Albumina – solúvel em água, sol. Fraca ácida ou alcalina,coagulam com o calor. Ovalbumina • Globulina – praticamente insolúveis em água, solúvel em sol.de sais neutros. Miosina • Glutelina – insolúveis em água e solvente neutros, solúveis em sol. Diluída de ácidos e bases. Glutelina • Prolaminas – insolúveis em água e etanol absoluto, solúvel em etanol 50-80%. Gliadina (trigo) • Protamina – solúveis em água e amônia.esperma de peixes • Histonas – solúveis em água e sol. Diluídas de ácidos e bases • Escleroproteínas – proteínas insolúveis das células e tecidos. Queratina e colágeno Proteínas conjugadas Cadeia de aminoácidos ligada a um radical diferente (grupo prostético). Hidrolise branda separa as frações da molécula Grupo prostético: • Glicoproteínas: o grupo é um carboidrato(polissacarídeos de estrutura simples ou várias unidades de oligossacarídeos). mucina ( saliva ) • Cromoproteínas: o grupo é um pigmento.carotenóide • Fosfoproteinas: o grupo é o ácido fosfórico. vitelina • Nucleoproteínas: o grupo é um ácido nucléico • Lipoproteína: o grupo é um lipídio. Colesterol • Metalproteína: o grupo é um metal pesado Proteína derivada Obtidos por degradação de proteínas simples ou conjugadas pela ação de calor, ácidos ou bases Classificação de acordo com o peso molecular: • Proteínas derivadas primárias Formadas a partir de processos brandos de decomposição que causam mudanças nas suas propriedades Pode haver formação de proteanas e metalproteinas • Proteínas derivadas secundárias Quebra formação de uma mistura complexa de moléculas Composição(aminoácidos)diferente propriedades diferente Classificados Proteases, peptonas e peptídeos Proteína globular Apresentam as moléculas enroladas como novelos solúvel em água mais importante (reações químicas – meio aquoso) enzimas, anticorpos, hemoglobina, clorofila e proteínas estruturais. Proteína fibrosa apresentam moléculas distendidas e filamentosas (fios) São insolúveis em água. Colágeno e fibrina FUNÇÃO DAS PROTEÍNAS Estrutural ou plástica tecidos rigidez, consistência e elasticidade proteínas miofibrilares (actina, miosina), colágeno (cartilagens) Catalisadores biológicos (enzimas) aceleram reações bioquímicas Toda enzima é considerada proteína lípases Hormônios função específica sobre algum órgão ou estrutura do organismo Insulina, glicagônio Proteína de transporte transportadores de nutrientes, gases hemoglobina e hemocianina Defesa proteínas sintetizadas pelo organismo para neutralizar os antígenos Nutricional – pode ser exercida por qualquer proteína, enquanto não apresentar propriedades tóxicas (alergias) Valor nutritivo Digestibilidade Composição ou presença de aminoácidos essenciais •20/06/2016 •6 Maioria tem sabor adocicado Sólidos, incolores e coloidais anfóteros A solubilidade depende do número de grupos hidrofílicos e hidrofóbicos Caráter anfótero sol. de proteínas tem excelentes ação tamponante pI a solubilidade em água, a viscosidade atingem o mínimo Concentração salina Afeta a hidratação e a capacidade de retenção de água das proteínas ↓[ ] salina ↑ solubilidade salting-in ↑[ ] salina ↓solubilidade salting-out PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS DAS PROTEÍNAS Desnaturação Modificação da estrutura rompimento das ligações estruturais (não há o rompimento de estruturas secundárias) Agentes físicos (calor, irradiação ultra-violeta,ultra-som) químicos (alterações de pH, uréia, solventes orgânicos, detergentes e pH) Propriedades nutricionais são melhoradas com a desnaturação Modificações: Maior suscetibilidade à hidrólise Mudança na capacidade de ligar água Diminuição da solubilidade (aumento da exposição de resíduos hidrofóbicos) Redução ou inibição da atividade enzimática Impossibilidade de cristalização Aumento da viscosidade Aumento da reatividade química Desnaturação Nem sempre é indesejável Exemplos: - Mudança de cor e textura de ovos durante a fritura - Colágeno desnatura (feito do couro do gado) - Digestibilidade de proteínas. Geleificação Absorver 1g de água por cada 5g de proteína Elevado grau de assimetria e estrutura tridimensional (pontes de H2) Géis de interesse gelatina e o proveniente da renina Gelatina: O uso é o básico que estamos acostumados, além de ser usada para as espumas Hidrolise protéica Ácidos, álcalis e enzimas Hidrolise ácida é a mais comum Hidrólise alcalina causa racemização, diminuindo o valor nutritivo ≠ hidrólise ácida e alcalina modificação dos grupos funcionais Hidrólise completa enzimas proteolíticas Proteína da Carne Proteínas do Músculo (40%) Classificam (solubilidade e origem) sarcoplasmáticas, miofibrilares e do tecido conectivo Proteínas sarcoplásmicas Mioglobina – respiração do tecido e coloração vermelha Proteínas miofibrilares Formam os miofilamentos, espessos e delgados Miosina, actina, proteína C, proteína M, troponina, tropomiosina Proteínas do tecido conectivo Parte mais insolúvel e menos digerível da carne Gelatina →solúvel em água quente e forma gel por resfriamento Proteína Animal •20/06/2016 •7 Proteína do Leite Caseína Fosfoproteína sal de cálcio coloidal Representa 80% do total de proteínas do leite Junto com a gordura dão a cor branca do leite Coagula pela ação da renina, por ácidos, mas não pelo calor Proteínas do soro 20% do total de proteínas do leite • Lactoalbumina Solúvel em água, coagula com o calor • Lactoglobulina Espécie Proteína (%) Gordura (%) Lactose (%) Humana 1,4 4,0 6,8 Cabra 3,9 5,0 4,2 Búfala 5,2 9,2 4,3 Veada 10,3 21,1 2,5 Baleia 12,0 22,3 1,8 vaca 3,3 3,8 4,9 Composição do leite de várias espécies de mamíferos Proteína do ovo Alto valor nutritivo contem todos os aminoácidos essenciais Altamente digerível Não deve ser consumido cru proteína anti-nutricional Composição Proteína da clara mistura de proteínas ovalbumina(50%) Proteína da gema Proteína(1/3) e lipídios(2/3) Lipovitelina, fosfovitina e livitina Clara 65% Gema 35% Proteína do ovo Posso comer ovo cru? Avedina (anti-nutriente) - Compromete a absorção biotina (fundamental para os processos de produção de energia). - Compromete o funcionamento regular do organismo - prejudicaria o desempenho (nos esportes e fora deles) do indivíduo. - Ocorrência de Salmonela Salmonelose: dor de cabeça, cólicas intestinais, diarréia, febre e vômitos; Microorganismo resistente ao congelamento, mas é destruído quando aquecido nas preparações culinárias. Proteína do pescado Elevado valor nutritivo ↑miofibrilares proteínas ↓sarcoplasmáticas, estroma Proteínas são menos estáveis que as da carne Temperatura corpórea Sangue frio (bacalhau) miosina é mais instável Sangue quente (atum) miosina é mais estável Conteúdo de proteínas em diversas espécies de marisco ESPECIE PROTEÍNA (%) Crustáceos Caranguejo 20,5 Lagosta 20,0 Moluscos Ostra 13,0 Mexilhão 11,0 Proteína Vegetal Proteínas de hortaliças e legumes, cereais e sementes Proteínas de hortaliças e legumes Não são fontes importantes Cereais 6-20 % de proteínas gérmen (albuminas e globulinas) ↓digestibilidade Endosperma função estrutural e reserva Proteína do trigo • 80-85 % gliadina e glutenina • Glúten: substância elástica e aderente, insolúvel na água • Em assados, o glúten é o responsável pela permanência dos gases da fermentação no interior da massa, fazendo com que ocorra um aumento em seu volume. Depois do cozimento, a coagulação do glúten é responsável pela não desinflação do bolo ou pão. •20/06/2016 •8 Proteína do glúten + água - temp. ambiente amassada massa viscoelástica Composição característica do glúten ↑capacidade de absorção e pouca solubilidade pontes de hidrogênio e poucos A.A. ionizavéis ≠ diversos tipos de farinha proporção distinta das proteínas do glúten: gluteninas e gliadinas Gluteninas elasticidade e coesão à massa Gliadinas fluidez, extensibilidade e expansão Formação de massa protéica Formação de massa protéica Proteína do Milho Albuminas, globulina, prolamina (zeína) e glutenina Proteínas do germe são mais nutritivas que a do endosperma Utilização da Zeína na industria alimentícia revestimentos Proteína do Arroz Iguala-se às proteínas da aveia e centeio Proteínas de sementes Algumas plantas produzem sementes que supera 15% de proteína Função estrutural formam parte da parede celular e membranas Proteína da Soja Excelente teor protéico (40%) Proteínas tóxicas Tratamento preliminar Glúten nos cereais – O glúten pode ser encontrado nos seguintes cereais: trigo, cevada, aveia, triticale e centeio. – Não possuem glúten: – Arroz de todas as variedades – Milho – Quinoa – Soja – Sementes de Amaranto – Sementes de Girassol Doença celíaca Patologia autoimune que afeta o intestino delgado de adultos e crianças geneticamente predispostos, precipitada pela ingestão de alimentos que contêm glúten. Causa atrofia das vilosidades da mucosa do intestino delgado, causando prejuízo na absorção dos nutrientes, vitaminas, sais minerais e água. Sintomas: diarréia, dificuldades no desenvolvimento (em crianças) e fadiga, embora possam estar ausentes. Proteína do feijão 20-35% de proteína cultivar e do cultivo Maior interesse lecitina e os inibidores de enzimas digestivas Valor nutritivo↓ quantidade e biodisponibilidade dos aminoácidos Proteína do amendoim 30% de proteínas (araquina e conaraquina) Deficiente em aminoácidos sulfurados (cisteína e metionina) Fatores anti-nutricionais inibidores de proteases •20/06/2016 •9 Dúvidas e questionamentos?
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