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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO CENTRO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS FARMACÊUTICAS DISCIPLINA: BIOQUÍMICA DOS ALIMENTOS PROTEÍNAS EM ALIMENTOS DESNATURAÇÃO Profa. Dra. Magda Rhayanny Assunção Ferreira Recife, 2017 2 Proteínas Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira Função... Nutricional Organoléptica Textura Conservação Bacteriana Biológicas catalisador, imunologia, energia, regulador 3 Proteínas Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira • Proteína de alto valor biológico: – Aminoácidos em teores necessários a manutenção da vida e crescimento dos novos tecidos. • Proteína de baixo valor biológico: – Não tem os aminoácidos em teores adequados. – Frutas e hortaliças. • Proteínas parcialmente completas: – Apresenta um ou mais aminoácidos limitante. – Cereais (deficientes em lisina, triptofano e treonina); – Leguminosa (deficiente em metionina). Valor... 4 Proteínas Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira % proteína Classificação Alimento 30-44 Incompleta Soja 20-25 Incompleta Feijão 6-10 Incompleta Arroz 8-11 Incompleta Milho 8-15 Incompleta Trigo 3,5 Completa Leite de vaca 12 Completa Ovo de galinha 15-25 Completa Carne de vaca 18-20 Completa Carne de galinha 20-35 Incompleta Amendoin 20-24 Completa Crustáceos e peixes 5 Proteínas Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira Em alimentos... • Proteínas da carne: • Miosina; actina; colágeno; tripsina • Proteínas do leite: • Caseína; lactoalbumina; lactoglobulina • Proteína do ovo: • Clara - (ovalbumina (50%); canalbumina; glicoproteina; avidina/biotina). • Gema - (lipovitelina, fosfovitina, livitina) • Proteínas do trigo: • prolamina (gliadina); glutelina (glutenina). 6 Proteínas Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira Resultado líquido de várias interações atrativas e repulsivas que produzem forças intramoleculares variadas, bem como da interação de vários grupos proteicos com a água como solvente circundante. Produto do ambiente da proteína. Estrutura nativa de uma proteína 7 Proteínas Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira • Mais estável com a energia livre mais baixa possível. Estrutura nativa de uma proteína 8 Proteínas Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira • Mudança no ambiente: – pH – força iônica – Temperatura – composição de solvente • Nova estrutura de equilíbrio Estrutura nativa de uma proteína 9 Proteínas Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira Forças que contribuem para estrutura nativa: 1. Interações intramoleculares intrínsecas: interações de van der Waals, pontes dissulfeto. 2. Interações intramoleculares afetadas por solvente circundante: pontes de hidrogênio, interações eletrostáticas e hidrofóbicas. Estabilidade da estrutura 10 Proteínas Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira Mudanças sutis ↓ “Adaptabilidade conformacional” Estabilidade da estrutura Mudanças importantes na estrutura sem clivagem na cadeia peptídica principal ↓ “Desnaturação proteica” Qual estrutura é alterada? 11 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira Mudança da conformação da proteína pelo rompimento das ligações que estabilizam a molécula, usando um agente desnaturante, tornando-as menos solúveis e mais reativas e alterando algumas propriedades funcionais. “Qualquer modificação na conformação (estrutura secundária, terciária ou quartenária) sem rompimento das ligações peptídicas envolvidas na estrutura primária”. Definição 12 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira Estrutura bem definida sob condições fisiológicas Estrutura mal definida sob condições não-fisiológicas 13 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira • Manutenção das estruturas: – Interações fracas; – Calor, ácidos, sais ou álcool – quebra! • Estrutura nativa de uma proteína: – Entidade bem definida; – Coordenadas estruturais para cada um dos átomos da molécula; – Estrutura desnaturada. 14 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira 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. Mudança Conformacional Propriedades 15 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira • Mudança na capacidade de ligar água; • Proteínas biologicamente ativas: perdem atividade; • Proteínas alimentares: – Redução de solubilidade – Perda de propriedades funcionais Aspectos negativos 16 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira • Processamento de alimentos – Desnaturação parcial de proteínas na interface ar-água e óleo-água: melhora propriedades emulsificantes e de formação de espuma. – Desnaturação térmica: melhora digestibilidade de proteínas de leguminosas porque inativa inibidores de tripsina. – Proteínas parcialmente desnaturadas são mais digeríveis que as naturais. – Em bebidas proteicas: necessidade de ↑ solubilidade e dispersibilidade, evita floculação e precipitação. Aspectos positivos 17 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira • Depende das ligações que estabilizam sua conformação; • Intensidade e tipo de agente desnaturante. – Desnaturação pelo calor: irreversível – Desnaturação por ureia: comumente reversível Reversível ou irreversível 18 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira • Físicos: – Temperatura, pressão hidrostática, cisalhamento • Químicos: – Alterações de pH, solventes orgânicos, aditivos, solutos, detergentes Agentes de desnaturação 19 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira Temperatura • Mais utilizado - processamento e preservação; • Graus variados de desnaturação durante o processamento. – Propriedades funcionais. Agentes de desnaturação - Físicos 20 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira Calor • Não muda a carga das proteínas: – Cargas ficam mais na superfície (ligação com a água). • Rompe as ligações de hidrogênio e eletrostáticas: – Estabilidade; – Ligações hidrofóbicas são estabilizadoras (endotérmicas). Agentes de desnaturação - Físicos 21 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira Calor • Velocidade de desnaturação – depende da temperatura. – Temperaturas: • 50 e 100 °C – vibrações com rompimento de ligações – irreversível • -10 e -40 °C – irreversível • Exceto: – Enzima (galactosidase) – conserva a atividade à T = -40 °C – Glicinina - proteína de armazenamento da soja. Agentes de desnaturação - Físicos 22 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira Calor • Água facilita a desnaturação térmica das proteínas. • Efeito da hidratação - termoestabilidade - dinâmica da proteína. • No estado seco - estrutura estática - mobilidade restrita. Agentes de desnaturação - Físicos 23 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira Calor Agentes de desnaturação - Físicos ↑ água ↑ mobilidade e flexibilidade da cadeia expansão da proteína hidratação e penetração parcial da água nas cavidades de superfície estrutura mais dinâmica 24 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira Calor • Aquecimento promove maior acesso de água as pontes salinas e às pontes de hidrogênio peptídicas. • Sais e açúcares afetam a termoestabilidade das proteínas em soluções aquosas. Agentes de desnaturação - Físicos 25 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira Pressão hidrostática • Desnaturação induzida pela pressão - 25 °C; • Proteínas: flexíveis e compressíveis; – Proteínas globulares – espaços vazios no interior da proteína; – Proteínas fibrosas - desprovidas de espaços vazios, mais estáveis a alta pressão. Agentes de desnaturação - Físicos 26 Desnaturação Profa. Dra.Magda R. A. Ferreira Pressão hidrostática • Processo reversível; • A maior parte das enzimas, em soluções diluídas, recupera sua atividade (↓ a pressão atmosférica); • ↑ pressões: desnaturação; • Remoção da pressão: as subunidades reassociam-se e a restauração completa da atividade enzimática ocorre depois de várias horas. Agentes de desnaturação - Físicos 27 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira Pressão hidrostática • Ferramentas no processamento de alimentos: – Inativação microbiana: ↑ pressões danificam membrana celulares - dissociação de organelas de micro-organismos - destruição. – Geleificação (clara do ovo, proteína de soja): • Os géis são mais macios do que os induzidos termicamente. • Exposição do músculo da carne a pressão - fragmentação parcial das miofibrilas - útil no amaciamento da carne e na geleificação das proteínas da carne. Agentes de desnaturação - Físicos 28 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira 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. Agentes de desnaturação - Físicos 29 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira Cisalhamento • Cisalhamento mecânico – Agitação, amassamento, batimento etc. Agentes de desnaturação - Físicos 30 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira Cisalhamento • Muitas proteínas desnaturam e precipitam - agitadas – Incorporação de bolhas de ar e da adsorção de moléculas de proteínas na interface ar-líquido. • Operações do processamento de alimentos envolvem ↑ pressão, cisalhamento e ↑ temperaturas. – Extrusão, mistura sob alta velocidade e homogeneização. Agentes de desnaturação - Físicos 31 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira • Rompimento ou formação de ligações covalentes; • Irreversível; • Reações mais usuais: – Oxidação que agem sobre os grupos –SH e S-S Agentes de desnaturação - Químicos 32 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira pH • São mais estáveis a desnaturação em seus pts isoelétricos; • Valores de pH extremos: – Quando se afasta do PI: ↑ densidade de cargas (+/-) = ↑ repulsão = ↑desdobramento • Energia repulsiva eletrostática líquida é pequena – proteína é estável em pH neutro. Agentes de desnaturação - Químicos 33 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira Solventes orgânicos • Força iônica: – Alteram a constante dielétrica e as forças eletrostáticas (estabilização das proteínas) • Substâncias que rompem interações hidrofóbicas: – Solventes apolares penetram nas regiões hidrofóbicas - rompimento – Desnaturação. Agentes de desnaturação - Químicos 34 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira Aditivos de baixo peso molecular • Solutos de baixo PM afetam a estabilidade proteica em sol. aquosas: – Ureia, detergentes, açúcares e sais neutros; – Rompem as ligações por ponte de hidrogênio. • Mecanismo universal: – Interações preferenciais com a fase aquosa e a superfície proteica; – Lig. Fraca à superfície, mas... ↑ a hidratação. Agentes de desnaturação - Químicos 35 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira Aditivos de baixo peso molecular • Ureia e detergentes desestabilizam a conformação da proteína: – Ligam-se à superfície da proteína, causando desidratação; – ↑ a concentração do aditivo na região sem água. – Interação com a superfície da proteína - Desdobramento - as superfícies não polares inseridas = ↑ exposição à interação favorável. Agentes de desnaturação - Químicos 36 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira Aditivos de baixo peso molecular • Açúcares, Sais neutros (sulfato, fosfato e sais de fluoreto de sódio): estabilizam as proteínas. • Ligam-se fracamente a proteína, mas aumentam hidratação; – A concentração próxima a proteína é mais baixa que na solução como um todo. Agentes de desnaturação - Químicos 37 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira Aditivos de baixo peso molecular • O mecanismo? – Capacidade relativa de se ligar às proteínas e alterar suas propriedades de hidratação. • Sais que estabilizam proteínas – ↑ a hidratação proteica, ligando-se fracamente a ela. • Sais que desestabilizam proteínas – ↓ a hidratação proteica e ligam-se fortemente a proteína. Agentes de desnaturação - Químicos 38 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira • Reduz solubilidade (↑ exposição de resíduos hidrofóbicos); • ↑ da reatividade química; • Mudança na capacidade de se ligar com a água; • Frequentemente: – INDESEJÁVEL; – Perda da solubilidade e de algumas propriedades funcionais. Efeitos 39 Desnaturação Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira • Perda da atividade biológica (enzimática ou imunológica); • ↑ da susceptibilidade ao ataque por proteases (exposição das ligações peptídicas); • ↑ da viscosidade (redução da solubilidade). Efeitos PROTEÍNAS EM ALIMENTOS DESNATURAÇÃO magda.ferreira00@gmail.com 40 Profa. Dra. Magda R. A. Ferreira
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