Proteínas, enzimas e aminoácidos (Graduação)

Prévia do material em texto

Universidade Estadual de Maringá
Depto de Química
Disciplina: Química e Tecnologia de Alimentos
Prof. Dr. Jesuí Vergílio Visentainer
Aminoácidos, Peptídeos e Proteínas
Enzimas
Tecnologia de Proteínas
Análises Químicas: Aspectos analíticos
�
Proteínas
*Melhor proteína para o Homem?
*Partes do corpo humano rico em proteínas (cabelo, unha, pele, sangue, orgãos).
*Importância na Alimentação:
Dieta aprotéica (problemas com o crescimento, desenvolvimento do cérebro)
*Proteína (mais cara) em relação aos carboidratos (farinhas) e gordura (banha porco, sebo etc.).
Em média: Animal ingestão de 3 a 5kg de proteína vegetal para converter 1kg de proteína animal.
*Fontes protéicas mais comuns:
Animal:
Carnes (animais terrestres: incluindo insetos e animais domésticos)
Carnes (animais marinhos)
Ovos
Leite e derivados
Vegetal:
Proteínas vegetais (fontes naturais ou isoladas) – Uma alternativa para minimizar a fome?
São proteínas completas nutricionalmente?
Fatores anti-nutricionais.
Soja (aceitação e rejeição): 
Soja integral; Leite de soja (vacas mecânicas); Queijo de soja (tofu);
Farinha de Soja Desengordurada (FSD); Proteína de Soja Texturizada (PTS - Carne de soja);
Concentrado proteíco de soja (~70% de proteína); 
Isolado proteíco de soja (~90% de proteína).
Classsificação das proteínas de acordo com a função biológica:
Classe						Exemplo
Enzimas					Urease; tripsina.
Proteínas Transportadoras			Hemoglobina, Albumina do soro.
Proteínas de Reserva				Gliadina (trigo); Ovoalbumina (ovo); Caseína (leite).
Proteínas Contráteis				Actina; Miosina
Proteínas Estruturais				Queratina; Colágeno; Elastina.
Proteínas de Defesa				Imunoglobulinas; Veneno de cobra, Ricina (mamona)
Proteínas Reguladoras			Insulina; Hormônio (Growth Hormone - GH)
�
AMINOÁCIDOS E PROTEÍNAS
AMINOÁCIDO - Ácido carboxílico aminado na posição ( .
AMINOÁCIDOS PROTÉICOS:
- Todos apresentam configuração L. Exceto glicina R =H;
- 20 aa no total;
Classificados de acordo com o comportamento do grupo R. 
AMINOÁCIDOS ESSENCIAIS PARA HUMANOS:
Metionina, Fenilalanina, Lisina, Valina, 
Treonina, Triptofano, Leucina, Isoleucina, Arginina (só para crianças), Histidina (alguns autores não consideram).
ESTRUTURA, SIMBOLOGIA E CLASSIFICAÇÃO DOS AMINOÁCIDOS
CLASSIFICAÇÃO:
Em relação ao grupamento R = Apolar, Polar, Básico e Ácido
	Ácido L-Aspártico
asp (ácido)
d
PI=2,77 
	
	Ácido L-glutâmico
glu (ácido)
e
PI=3,22
	
	L-Alanina
ala (apolar)
a
PI=6,00
	
	L-Arginina
arg (básico)
r
PI=11,15
	
	L-Aspargina
asn (polar)
n
PI=5,41
	
	L-Cisteina
cys (polar)
c
PI=5,02
	
	L-Fenilalanina
phe (apolar)
f
PI=5,48
Essencial
	
	Glicina
gly (apolar)
g
PI=5,97
	
	L-Glutamina
gln (polar)
q
PI=5,65
	
	L-Histidina
his (básico)
h
PI=7,47
 Essencial 
	
	L-Isoleucina
ile (apolar)
i
PI=5,94
Essencial
	
	L-Leucina
leu (apolar)
l
PI=5,98
Essencial
	
	L-Lisina
lys (básico)
k
PI=9,58
Essencial
	
	L-Metionina
met (apolar)
m
PI=5,74
Essencial
	
	L-Prolina
pro (apolar)
p
PI=6,30
	
	L-Serina
ser (polar)
s
PI=5,68
	
	L-Tirosina
tyr (polar)
y
PI=5,66
	
	L-Treonina
thr (polar)
t
PI=5,64
Essencial
	
	L-Triptofano
trp (apolar)
w
PI=5,89
Essencial
	
	L-Valina
val (apolar)
v
PI=5,96
Essencial
	
PEPTÍDEOS:
Ligação peptídica - União entre os aminoácidos
2 aa ( Dipeptídeo 
3 aa ( Tripeptídeo
vários ( Peptídeo (massa molecular até 10.000) EX: Insulina 30aa (estimula o uso de glicose pelas células); Bradicinina 9aa (antiflamatório); e outros com intensa atividade biológica.
Menor que 10aa (Oligopeptídeo)
Maior que 10aa (Polipeptídeo)
 
( PROTEÍNA CONSTITUÍDA DE RESÍDUOS DE AMINOÁCIDOS
AMINOÁCIDOS RAROS NAS PROTEÍNAS:
- 4-Hidróxi-prolina ( Abundante no colágeno:
Desmosina ( abundante na elastina.
AMINOÁCIDOS NÃO PROTÉICOS:
Ocorrem em forma livre ou combinada. *( - Alanina (constituinte da vitamina ácido pantotênico)
PROTEÍNAS
Polímeros constituídos de resíduos de aminoácidos.
FUNÇÕES:
- Estrutura dos tecidos: colágeno, elastina;
- Transporte: Hemoglobina;
- Defesa: Anticorpos ou imunoglobulinas;
- Metabolismo: Enzimas;
- Energia: 4,1 Cal/g.
CLASSIFICAÇÃO QUANTO ÀS ESTRUTURAS:
-Primária: 
Sequência de aminoácidos
((((((((((
lys...his...met...trp...met ou k...h...m...w...m
Secundária:
 Estrutura helicoidal específica, mantida por ligações de hidrogênio.
A cada 3,6 resíduos de aa forma-se uma ligação de hidrogênio:
�cadeia ((C = O::::::::::H - N(( cadeia
- Terciária:
 Estrutura compacta e enovelada, mantida por:
( Ligações dissulfídicas;
( Ligações de hidrogênio
( Forças de van der Waals:
 London - interações hidrofóbica - moléculas apolares (interação dipolo instantâneo – dipolo induzido);
 Keesom (interação dipolo permanente – dipolo permanente)
 Debye (interação dipolo permante – dipolo induzido)
 (
�
QUATERNÁRIA :
Mantém as sub-unidades estruturais unidas.
Duas ou mais cadeias polipeptídicas.
Proteína fibrosa					Proteína Globulares
NT CT		
NT CT		
NT CT		
NT CT		
DESNATURAÇÃO DE PROTEÍNAS
Definição:
 É qualquer mudança na forma natural da proteína, qualquer mudança na estrutura secundária, terciária ou quaternária, sem alteração da estrutura primária.
A desnaturação é um processo altamente cooperativo, isto é, quando se desnatura uma parte da proteína 
o restante da molécula desnatura-se com maior facilidade (busca o menor estado de energia livre para o sistema).
No processo de desnaturação geralmente ocorre um aumento da viscosidade e diminuição da solubilidade.
DESNATURAÇÃO PELO CALOR:
Aumenta as vibrações dos radicais R (movimentos rotacionais e translacionais).
Rompe forças de van der Waals e ligações de hidrogênio (ponte de H).
Pode romper interligações dissulfeto
Exemplo:
Formação da nata do leite
Permanente em cabelo 
Combinação de reagentes com calor.
Vantagens do Tratamento Térmico:
Inativação de enzimas;
Inativação de fatores anti-nutricionais;
Geralmente aumenta a digestibilidade;
Destruição de micro-organismos;
Alteração das propriedades funcionais (solubilidade, espumabilidade e emulsificação);
Pode ser reversível ou irreversível (depende da combinação tempo vs temperatura).
DESNATURAÇÃO DURANTE O CONGELAMENTO:
As estruturas das proteínas são aproximadas. Ocorre a formação de novas interações ou ligações.
Ocorre principalmente inter-troca entre grupos S-H com –S-S-.
Exemplo:
Queijo kori-tofu
Solução de proteína de soja
Congelamento lento
Forma matriz
Descongelamento
Queijo esponjoso
DESNATURAÇÃO COM DETERGENTES:
Em meio aquoso, os grupos hidrofóbicos estão voltados para o centro da matriz protéica e os hidrofílicos para fora.
O detergente compete com os grupos hidrofóbicos da proteína.
DESNATURAÇÃO COM ALCÁLIS
A desnaturação ocorre devido ao rompimento das interações eletrostáticas, desestabilizando a estrutura terciária.
			 +
---COO-~~~H3N---				----COO-	 +	 ---NH2
---COO-~~~HO-R				---COO-	 +	R-O-
		 +
---COO-~~~( H3N)2C---			--- COO-	 +	---C(NH2)
		 (grupo guanidínico)
Carga líquida negativa permite a interação com moléculas de água, aumentando a solubilidade.Proteína submetida a meio alcalino é solúvel neste meio, mas retornando ao pH neutro ou ácido moderado ela reduz a solubilidade.
Aspectos Favoráveis com o uso de alcális:
No processamento de alimentos peeling (pêssego, batata, manga etc.), extração de proteínas vegetais (ex. soja), destruição de substâncias tóxicas (aflatoxinas) e de inibidor de proteases (fator anti-tripsina).
Aspectos Desfavoráveis:
Destruição da estrutura do alimento.
Cachorros alimentados com caseína tratada severamente com alcális, eliminaram a proteína nas fezes sem alteração (hidrólise), devido a formação de D-aa, os quais não são reconhecidos pelas enzimas proteolíticas.
Ratos apresentaram lesões renais quando alimentados com proteína de soja severamente submetida a meio alcalino.
Se a concentração de alcális é usada ao mínimo e com menor temperatura possível para solubilizar, não são observados efeitos indesejáveis.
�
DESNATURAÇÃO COM ÁCIDOS
Ponto isoelétrico e pH
Neste sistema a molécula de aa é eletricamente neutra e não apresenta mobilidade se submetida a um campo elétrico. 
A composição primária dos aminoácidos reflete o ponto isoelétrico da proteína.
	
Glicina: pK1 = 2,34; pK2 = 9,6
Balanço de Carga
Exemplo: Alanina pK1 (-COOH) = 2,34 pK2 (-NH3) = 9,69
pH crescente
+NH3CHRCOOH	+NH3CHRCOOH				+NH3CHRCOO-
			+NH3CHRCOO-		+NH3CHRCOO-		NH2CHRCOO-		NH2CHRCOO-
+			+/+ -			+/-			+-/-			-
pH < 1 pK1 = 2,34		pHi			pK2 = 9,69		pH > 10
pHi = pK1 + pK2/2
EFEITO DE SAIS SOBRE NA INTERAÇÃO DAS PROTEÍNAS COM ÁGUA
Os sais cooperam ou competem para a interação. 
SALTING-IN:
Baixa ( ( de sais:
A quantidade de água que uma proteína retém, aumenta com o aumenta da concentração de sal até certo limite. Aumenta a quantidade de água de hidratação.
Aumenta a água de hidratação.
Ex. Globulinas: colocando um pouco de sal elas se dissolvem, em água pura não.
SALTING-OUT:
Elevada ( ( de sais:
Remove a água de hidratação, o sal compete com a proteína pela água. Reduz a água de hidratação das moléculas protéicas, reduzindo a solubilidade.
Exemplo: Fabricação do tofu
PROTEÍNA ............. (H2O)n + MgSO4 (Elevada ( ()
 (
 interação 
 (
PROTEÍNA (PRECIPITADA) + Mg++ (H2O)n + SO4-- (H2O)n 
�
PROTEÍNAS VEGETAIS
	 Fluxograma		Laboratório (controle de umidade, óleo)
		Operações de preparo para extração de óleo
EXTRATOR
Micela					Farelo com solvente
Filtração				Dessolventização
Destilação (separação óleo do solvente)		Tostagem (nem sempre)
Óleo bruto						Peletização (evita perdas da farinha – transporte)
*Degomagem						Ensacamento
*Neutralização				Farelo (Animal) 	Farinha (Humana)
*Branqueamento
					
*Desodorização
�
Produtos Protéicos e Funcionalidade
Farinha de Soja Integral 
				Grão Integral
	Hipocótilo (3%)		Cotiledone (89%)		Casca (8%)
		 Moagem
		Farinha de Soja Integral (presença de fatores anti-nutricionais)
		Cozimento (100oC/15min.)
		Farinha de Soja Cozida (Farinha panificável, confeitarias)
Proteína de Soja Texturizada (PTS):
Farinha de soja desengordurada (FSD) + Água
Extrusor – Combina calor, umidade e energia de cisalhamento. 
Rompe ligações e as interações são todas rompidas
Proteína 					Proteína 
(Não Mastigável)					(Mastigável)
�
�
Concentrado Protéico de Soja (comercialmente Proteína concentrada)
		Farinha de Soja Desengordurada (FSD)
		HCl pH = 4,5 (PI)
 Solúveis (descartado)		Proteína + Polissacarídeos
				NaOH pH= 7,0
				Atomização
			Concentrado Protéico de Soja (70% pt)
 
Isolado Protéico de Soja (comercialmente proteína isolada)
Farinha de Soja Desengordurada (FSD)
	pH 8 a 9 (agitação) 
 (Solubilização das proteínas, dissocia polifenóis, dispersão de fibras)
Insolúveis 						Solúveis 
(polissacarídeos, algumas proteínas)	(protéinas, polifenóis, minerais, açucares, fibras)
						pH 4,5 (Centrifugação)
			Solúveis				Insolúveis
	(açucares, minerais, ác. fítico)		Isolado Protéico de soja (90%pt)
Proteína Vegetais Hidrolizadas (PVH):
	Proteína (isolado protéico)
	Hidrólise Ácida
	Aminoácidos Acidificados
	Neutralização
	Aminoácidos livres ou dipeptídeos
(Certos aminoácidos ou dipeptídeos visam realçar o sabor e aroma – Carnes de peixe, aves, bovina)
Glutamato Monossódico
A firma japonesa AJINOMOTO possui o “Know-How” deste 1890.
Na+ -OOC-CH2-CH2-CH(NH2)COOH
PROCESSAMENTO:
 SOJA ( EXTRAÇÃO DE ÓLEO ( ÓLEO BRUTO 
 (
LIMITAÇÕES:
 FARELO DE SOJA ( LIPOXIGENASES ATUA NO GRUPO 1,4-CIS-CIS-PENTADIENO
 (
 OFF- FLAVORS ( Aldeídos, cetonas, álcoois etc)
INIBIDOR DE TRIPSINA (I.T.)
 É uma proteína com massa molecular = 21.500, composta por 194 resíduos de aa.
�
TRIPSINOGÊNIO – É uma enzima de reserva que quando hidrolisada libera 6aa finais e passa a ser a tripsina (enzima proteolítica).
COLECISTOQUININA – Hormônio presente na mucosa do intestino. Serve como mensageiro entre o pâcrea e o intestino. É sensível a peptídeos e aa livres. Na falta de peptideos ou aa livres envia a mensagem.
O pâncreas aumenta de volume devido a atividade intensa.
Além de não aproveitar a proteína da dieta está tirando aa endógenos para a formação do tripsinogênio.
HEMAGLUTININA - Aglutina glóbulos vermelhos do sangue.
 Adere na parede do intestino, evitando absorção de nutrientes.
FATORES ANTI-NUTRICIONAIS - INIBIDOR DE TRIPSINA E HEMAGLUTININA - São termo-sensíveis. Inativados a 1000C/15MIN.
Controle:
Controle químico usado na tostagem e em outros produtos de soja
Medida da atividade da urease 
Urease – A inativação da enzima (E.C. 3.5.1.3) é uma medida da eficiência do tratamento térmico.
Enzima resistente ao tratamento térmico em relação a outros fatores anti-nutricionais.
(H2N)2CO	+	H2O				CO2	+	NH3
NH3		+	H2O				+NH4	+	-OH
Tubo de ensaio (Farinha, Uréia, Tampão pH 7)
Se elevar o pH (urease ativa)		Se não alterar (Urease inativa) – tratamento térmico eficiente
Extrusão 
�PAGE �
�PAGE �23�
_925764459/ole-[42, 4D, C2, 74, 00, 00, 00, 00]
_1109080008.doc
PROTEÍNA TEXTURIZADA
90%pt
70%pt
PROTÉICO
 ISOLADO
 
 PROTÉICO
CONCENTRADO
 (FSD)
DESENGORDURADA 
 FARINHA DE SOJA 
 (mastigável)
 
(não mastigável)
 FARINHA
ANIMAL
RAÇÃO 
 CARNE DE SOJA
 (PTS)
PROTEÍNA TEXTURIZADA
BOMBONS
SORVETES
PIZZAS
 50% DE PROTEÍNA
 TOSTAGEM
 (FSD)
DESENGORDURADO
 FARELO DE SOJA 
_1109161333.doc
COOH
HOOC
CH
N
2
H
2N
H
H
C
2
)
2
H
C
(
COOH
COOH
2
NH
CH
2
)
2
(CH
4
)
2
(CH
+
H
3
)
2
H
C(
2
H
N
C
N
_925852006.doc
������������������������������������������������������������������
MECANISMO DE AÇÃO DO INIBIDOR DE TRIPSINA IN VIVO
6aa
DIETA
PROTEÍNA
(intestino)
 TRIPSINA
(mucosa)
FEZES
INATIVO 
INIB. TRIP.
....
TRIP 
COMPLEXO
 TRIPSINA
INIBIDOR DE
AMINOÁCIDOS
PEPTÍDEOS
COLECISTOQUININA
TRIPSINOGÊNIO
(enzima)
e não libera a enzima
Não produz produto 
(substrato)
COMPLEXO
INIB.TRIP.
....
 TRIP
 TRIPSINA
INIBIDOR DE
+ 
TRIPSINA 
_925718806/ole-[42, 4D, B2, 39, 00, 00, 00, 00]