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Estácio Bahia Curso: Nutrição Disciplina: Composição dos alimentos Docente: Cleber Leal Sousa Semestre 2019.1 Aula: Proteínas São fundamentais para qualquer ser vivo [e até vírus]. Toda manifestação genética é dada por meio de proteínas. Grande parte dos processos orgânicos são mediados por proteínas [enzimas]. Sem proteínas, não existiríamos e nenhum outro ser vivo existiria. Im a g e m : A u to r d e s c o n h e c id o / V ir u s i n fl u e n z a / U n it e d S ta te s P u b lic D o m a in Im a g e m : P D B D a ta b a s e / M o d e lo m o le c u la r d a e n z im a H e lic o b a c te r P y lo ri U re a s e / D is p o n ib ili z a d o p o r: J a c o b o lu s / P u b lic D o m a in Proteínas. Qual a importância das proteínas? Aminoácidos: os monômeros proteicos O que são monômeros? São as unidades fundamentais dos polímeros. Proteínas são polímeros. Seus monômeros são chamados de AMINOÁCIDOS. Proteínas Um aminoácido é uma molécula orgânica formada por átomos de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. Os aminoácidos são divididos em quatro partes: 1. o grupo amina (NH2), 2. grupo ácido carboxílico (COOH), hidrogênio, 3. carbono alfa (todos os diferentes grupos se ligam a ele) 4. um substituinte característico de cada aminoácido (radical). Aminoácidos: os monômeros proteicos Proteínas Esquema da estrutura química básica de um aminoácido Imagem: YassineMrabet / Estrutura geral de um aminoácido, em 12 de agosto de 2007 / Public Domain Proteínas Proteínas Glicina Gly, Gli Alanina Ala Leucina Leu Valina Val Isoleucina Ile Prolina Pro Fenilalanina Phe ou Fen Serina Ser Treonina Thr, The Cisteina Cys, Cis Tirosina Tyr, Tir Asparagina Asn Glutamina Gln Aspartato ou Ácido aspártico Asp Glutamato ou Ácido glutâmico Glu Arginina Arg Lisina Lys, Lis Histidina His Triptofano Trp, Tri Metionina Met Aminoácidos essenciais Aminoácidos não essenciais ou naturais Proteínas Quanto à produção de aminoácidos no organismo, são classificados em: Não essenciais ou naturais: são os aminoácidos produzidos pelo organismo. Essenciais: são os aminoácidos que não são produzidos pelo organismo. Eles são obtidos unicamente pela dieta (alimentação). Obs.: Precisamos de todos os aminoácidos para os processos de produção de proteínas . Aminoácidos: os monômeros proteicos Proteínas Ligação peptídica Ligação feita entre aminoácidos (aa) para formar peptídeos (2 a 5 aa), polipeptídeos (+5 aa) e proteínas (+50 aa). grupo carboxilo de uma molécula reage com o grupo amina de outra molécula, libertando uma molécula de água (H2O). Ligação Péptica Aminoácido 2 Aminoácido 1 Duplo Peptídeo Água Proteínas Estrutura primária Estrutura secundária Estrutura terciária Estrutura quaternária Resíduos de aminoácidos -hélice Cadeia polipeptídic a Subunidades montadas Proteínas Estruturas das proteínas Estrutura Primária Dada pela sequência de aminoácidos e ligações peptídicas da molécula. Forma um arranjo linear, semelhante a um “colar de contas”. Imagem: National Human Genome Research Institute / A estrutura primária da proteína é uma cadeia de aminoácidos / Source: http://www.genome.gov/Pages/Hyperion//DIR/VIP/Glossary/Illustration/amino_acid.shtml / Public Domain (2) Proteínas Estrutura Secundária É dada pelo arranjo espacial de aminoácidos próximos entre si na sequência primária da proteína. Ocorre graças à possibilidade de rotação das ligações entre os carbonos alfa dos aminoácidos e os seus grupos amina e carboxila. Estruturas das proteínas Im a g e m : N a ti o n a l In s ti tu te s o f H e a lt h / P ro te ín a A lf a -h é lic e / D is p o n ib ili z a d o p o r: G 3 p ro / P u b lic D o m a in Im a g e m : V o s s m a n / T ri p la H é lic e d o C o lá g e n o / G N U F re e D o c u m e n ta ti o n L ic e n s e (2) Proteínas Estrutura Terciária • Resulta do enrolamento da hélice, sendo estabilizada por pontes de hidrogênio e pontes dissulfeto. É literalmente um dobramento da proteína, adquirindo uma estrutura tridimensional. Estruturas das proteínas Im a g e m : R o c k p o c k e t / E s tr u tu ra t e rc iá ri a d e u m a p ro te ín a , e m 2 6 d e s e te m b ro d e 2 0 0 9 / P u b lic D o m a in Proteínas Estruturas das proteínas Estrutura quartenária • Algumas proteínas podem ter duas ou mais cadeias polipeptídicas em estrutura tridimensional. Imagem: Parutakupiu / Desenhando representando a estrutura quaternária de uma proteína, em 3 de fevereiro de 2007 / Creative Commons Attribution- Share Alike 2.5 Generic Proteínas Funções das proteínas Sem as proteínas, a vida na Terra não brotaria. Elas desempenham diversas funções nos mais variados ambientes vivos. 1) Catalítica: acelera as reações. Ex.: amilase (hidrolisa o amido). 2) Transportadora: transporta diversos componentes. Ex.: Lipoproteínas (transportam colesterol) e hemoglobina (transporta O2) pelo sangue. Proteínas Funções das proteínas 4) Reserva: guardam e contêm aminoácidos essenciais para o desenvolvimento dos animais. Ex.: caseína (leite de vaca) e albumina (ovos de aves). 5) Contração: promovem os movimentos de estruturas celulares, músculos. Ex.: actina e miosina. 6) Reguladora/ hormonal: atuam como mensageiras químicas. Ex.: insulina (“guarda a glicose”), adrenalina. Proteínas Funções das proteínas 7) Estrutural: participam na composição de várias estruturas do organismo, sustentando e promovendo rigidez. Ex.: colágeno, elastina. 8) Defesa e proteção: promovem a defesa do organismo contra microrganismos e substâncias estranhas. Ex.: imunoglobulinas (anticorpos). 9) Genética: atuam se envolvendo com os ácidos nucleicos para dar conformação. Ex.: nucleoproteínas. Proteínas AMINOÁCIDOS Características Gerais São as unidades fundamentais das proteínas. Todas as proteínas são formadas a partir da ligação em seqüência de apenas 20 AA. Existem, além destes 20 AA principais, alguns aminoácidos especiais, que só aparecem em alguns tipos de proteínas. AMINOÁCIDOS Características Estruturais AMINOÁCIDOS – Lehninger(2018) PROTEÍNAS – Peso(animais) MÚSCULO SANGUE PELE 80%desidr 70%seco 90% PROTEÍNAS Existem muitas espécies diferentes de proteínas, cada uma especializada para uma função biológica diversa. A maior parte da informação genética é expressa pelas proteínas. Todas contêm carbono, hidrogênio, nitrogênioe oxigênio, e quase todas contêm enxofre. Algumas proteínas contêm elementos adicionais, particularmente fósforo, ferro, zinco e cobre. PROTEÍNAS • Independentemente de sua função ou espécie de origem, são construídas a partir de um conjunto básico de vinte aminoácidos. • Desta forma, as proteínas tem como base de sua estrutura os polipeptídios formados de ligações peptídicas entre os grupos amino (- NH2) de um aminoácido e carboxílico (- COOH) de outro, ambos ligados ao carbono alfa de cada um dos aminoácidos. PROTEÍNAS Classificação Quanto a Composição: Proteínas Simples - Por hidrólise liberam apenas aminoácidos. Proteínas Conjugadas - Por hidrólise liberam aminoácidos mais um radical não peptídico, denominado grupo prostético. Ex: metaloproteínas, hemeproteínas, lipoproteínas, glicoproteínas, etc. PROTEÍNAS Classificação • Quanto ao Número de Cadeias Polipeptídicas: Proteínas Monoméricas - Formadas por apenas uma cadeia polipeptídica. Proteínas Oligoméricas - Formadas por mais de uma cadeia polipeptídica; São as proteínas de estrutura e função mais complexas. PROTEÍNAS Classificação Quanto à Forma: • Proteínas Fibrosas - A maioria insolúveis nos solventes aquosos com pesos moleculares muito elevados. São formadas geralmente por longas moléculas +/- retilíneas e paralelas ao eixo da fibra (proteínas de estrutura-colágeno do conjuntivo, as queratinas dos cabelos, a fibrina do soro sanguíneo ou a miosina dos músculos). • Proteínas Globulares - Estrutura espacial mais complexa, são +/- esféricas. São geralmente solúveis nos solventes aquosos com pesos moleculares entre 10.000 e vários milhões(enzimas, transportadores como a hemoglobina, etc.) PROTEÍNAS Classificação • Globulares Fibrosas PROTEÍNAS Classificação • De acordo com seu modo de interação com a membrana: proteínas integrais - interagem diretamente com a membrana; proteínas periféricas - associam-se às membranas ligando-se à superfície delas; proteínas ligadas a lipídeos Funções das Proteínas • Estrutural e Contrátil: • participam como matéria-prima na construção de estruturas celulares e histológicas, ex. o colágeno- encontrada nos ossos, tendões, cartilagens e na pele; a queratina-encontrada na pele, unhas e cabelo, possui propriedades impermeabilizantes que dificultam a perda de água pelos animais; a albumina- presente em abundância no plasma sangüíneo; as proteínas miofibrilares “actina e miosina” (músculo). Funções das Proteínas Função Enzimática – As enzimas são proteínas especiais com função catalítica, ou seja, aceleram ou retardam reações bioquímicas que ocorrem nas células. Assim como os anticorpos, apresentam especificidade em relação à reação ou substância em que atuam. Isso se deve ao fato de cada enzima possuir em sua estrutura um ou mais pontos que se encaixam perfeitamente na substância ou reação que sofrerá sua ação Funções das Proteínas Função Hormonal – Muitos hormônios são, na verdade, proteínas especializadas na função de estimular ou inibir a atividade de determinados órgãos, sendo portando reguladores do metabolismo, ex. o hormônio pancreático insulina que, lançado no sangue, contribui para a manutenção da taxa de glicemia. Transporte – Muitas proteínas são transportadoras de nutrientes e metabólitos entre fluidos e tecidos; de uma forma geral, transportam ativamente substâncias. A hemoglobina é uma proteína que transporta oxigênio dos alvéolos para os tecidos e gás carbônico dos tecidos para os pulmões. Funções das Proteínas Função de Defesa – Em nosso sistema imunológico, existem células especializadas na identificação de proteínas presentes nos organismos invasores, que serão consideradas "estranhas". Estas proteínas invasoras denominam-se antígenos e promovem a produção de proteínas de defesa, nos plasmócitos, denominadas anticorpos que combinam-se quimicamente aos antígenos com o objetivo de neutralizá-los (há especificidade entre antígeno e anticorpo, ou seja, um anticorpo só neutralizará o antígeno que estimulou a sua formação). Funções das Proteínas Função Nutritiva – Qualquer proteína exerce esta função, enquanto não for tóxica. Todos os alimentos ricos em proteína, como as carnes em geral, são fontes naturais de aminoácidos indispensáveis aos seres vivos para a produção de outras proteínas. Função Reguladora – Esta função é desempenhada por um grupo especial de proteínas denominadas vitaminas. As células dos vegetais clorofilados e certos micro- organismos, como bactérias, têm a capacidade de produzirem vitaminas. Nos animais se dá através do processo de nutrição. Cada vitamina tem um papel biológico próprio, por isso não pode ser substituída por outra. Funções das Proteínas Reserva Sementes de plantas armazenam proteínas para a germinação, ex. albumina do ovo e a caseína do leite. Coagulação sanguínea vários são os fatores da coagulação que possuem natureza proteica, como por exemplo: fibrinogênio, globulina anti-hemofílica Propriedades das Proteínas Solubilidade • A solubilidade depende do número e do arranjo de cargas na molécula, que por sua vez depende da composição em aminoácidos. Partes não proteicas da molécula, como lipídeos, carboidratos, fosfatos, etc., também afetam a solubilidade. • A solubilidade da proteína pode ser modificada por fatores como: *pH * Força iônica * Constante dielétrica do solvente * Temperatura. PARTE II 26/02/19 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. As proteínas perdem a sua conformação e, consequentemente, a sua funcionalidade. A desnaturação pode ser: reversível ou irreversível. Proteína nativa Proteína desnaturada É a alteração da estrutura da proteína sem ruptura das ligações peptídicas Desnaturação de proteínas por alteração do pH do meio Solubilidade das proteínas A solubilidade das proteínas é determinada principalmente pela estrutura primária, que, em última instância determina a estrutura espacial das proteínas. Fatores que alteram a solubilidade: pH Concentração de sais: “salting in” e “salting out” Enzimas aplicadas na indústria de alimentos Enzimas Componentes da Reação Enzimática E + S E S P + E Substrato se liga ao SÍTIO ATIVO da enzima Energia de ativação Diferença entre os níveis de energia do estado basal e do estado de transição Caminho da Reação Energia de ativação sem enzima S P Energia de ativação com enzima Diferença entre a energia livre de S e P Modelo do encaixe induzido Uma enzima complementar ao estado de transição da reação ajudará a desestabilizar o bastão, resultando em catálise da reação. As interações entre substrato e enzima fornecem a energia que compensa o aumento de energia livre necessária para dobrar o bastão. Catalisam a degradaçãode carboidratos: hidrólise das ligações glicosídicas entre monossacarídeos formadores de oligo ou polissacarídeos. CARBOIDRASES Clivagem da ligação glicosídica: especificidade Configuração do substrato: D- sacarídeos, α ou β anômeros Tamanho da molécula ou susbstrato Padrões de endo- e exo- atividade Amido: amilose e amilopectina Gelatinização do amido para ataque das enzimas Hidrolisam ligações α-1,4 e/ou α-1,6 presentes no amido, glicogênio e sacarídeos derivados. Amilases Similar à amilopectina, porém mais densamente ramificado: cada ramo 8- 12 resíduos Fígado: 7% do peso úmido 0,01 M (glicose livre = 0,4M) GLICOGÊNIO Polímero de -D-glicose ramificado Fígado e músculos esqueléticos Enzimas que agem sobre o amido e glicogênio Endoenzimas Enzima Ligação preferencial para hidrólise Substrato preferencial Produto α- amilase α- 1,4 Amido Dextrinas e maltose isoamilase α-1,6 Amilopectina Amilose (dextrinas lineares) isomaltase α-1,6 Dextrinas-limite Maltose, maltotriose ciclomaltodextrinase α- 1,4 Ciclodextrinas e dextrinas lineares Maltose e maltotriose Pululunase α-1,6 Pululana e amilopectina Maltotriose e dextrinas lineares Enzimas que agem sobre o amido e glicogênio Exoenzimas Enzima Ligação preferencial para hidrólise Substrato preferencial Produto β- amilase α- 1,4 Amido β-maltoses, dextrinas glicoamilase α- 1,4 e α-1,6 Amido β-glicoses α-glicosidase α-1,4 Diversos α-glicoses Ciclomaltodextrina -glucano- transferase α- 1,4 Amido Ciclodextrinas α-amilases (EC 3.2.1.1) Hidrolisam ligações α- 1,4 existentes na amilose e amilopectina de forma aleatória, na porção central das moléculas. Produtos: mistura de oligossacarídeos de diferentes pesos moleculares – dextrina ou maltodextrina. Tempo maiores de reação: glicose e maltose (amilose) e dextrinas α-limite contendo ligações α-1,6 (amilopectina) Maltodextrina é uma mistura de carboidratos provenientes da conversão enzimática do amido do milho, sendo de fácil dissolução em água, tornando-se assim, uma excelente fonte de carboidratos . α-amilases Tipo pH ótimo Temperatura ótima Mamíferos 7,0 40o C Cereais 5,0 40o C Bacillus subtilis 5,0-7,0 60-85o C Bacillus licheniformis 5,0-7,0 60-85o C Aspergillus oryzae 5,0 50o C Aspergillus niger 5,0 50o C Termorresis- tentes Vantagens do uso de enzimas termorresistentes O uso de altas temperaturas de reação reduz consideravelmente o risco de contaminação microbiana do meio reacional; O amido da maior parte das fontes gelatiniza em temperaturas superiores a 50o C. Evita-se a necessidade de gelatinização prévia do amido e subsquente resfriamento do meio reacional. β-amilases (EC 3.2.1.1) • Hidrolisam ligações α- 1,4 existentes na amilose e amilopectina a partir da extremidade não-redutora. • Produtos: 90% maltose, 10% glicose e maltotriose (amilose) e 50 % maltose e o restante de dextrinas limite (amilopectina). • Ocorre inversão da configuração do carbono C1 de α para β. • Produzidas principalmente por vegetais: soja é considerada boa fonte pois tem reduzida produção de α-amilases. • Bacillus polimeria é produtor de beta amilases. • Enzimas vegetais: pH 5,0 a 6,0, tpt 30o C. • Não são enzimas termoestáveis, perdem atividade a 70o C por 30 minutos. Glicoamilase ou amiloglicosidase Exoenzimas que removem unidades de glicose a partir da extremidade não-redutora de amilose e amilopectina. Clivam ligações α-1,4; α-1,3 e α-1,6. Teoricamente, convertem amido em glicose. Prática: requerem a presença de alfa-amilases. Quando a concentração de glicose é muito alta: catalisam a formação de isomaltoses (dissacarídeo Glc (α-1,6)Glc). Produzidas por microrganismos: Aspergillus e Rhizopus – pH 4,0 e tpt 50 a 60o C. Enzimas desramificantes Possuem mais afinidade pela ligação α-1,6. Isoamilase: age em dextrinas de tamanho médio (não age na amilopectina nativa, nem hidrolisa isomaltose). Produzida por vegetais (feijões) e bactérias (Flavobacterium). Pululunase: tipo especial de isoamilase, degrada a pululana (polímero de maltotrioses ligadas por ligações alfa 1,6). Produzida por bactérias (Aerobacter e Klebsiella). Aplicação industrial 1. Bebidas alcoólicas: Leveduras alcoólicas não são capazes de degradar o amido pois não produzem amilases. O amido deve ser sacarificado: hidrólise do amido a glicose e maltose e maltodextrina – esses açúcares são fermentáveis pelas leveduras. Europa e países andinos: uso de malte (amilases vegetais) para produção de cerveja, uísque etc. Oriente e América do Sul: uso de amilases fúngicas para produção de saquê e tiquira. Índios da Amazônia: uso de amilases animais (da saliva humana) para produção do caxiri (bebida à base de mandioca). Preparação do malte Malte é o grão de cevada submetido a um processo de germinação controlada para desenvolver enzimas e modificar o amido. Sementes descacadas e selecionadas Submersas em água por 2 a 3 dias Câmara de germinação (tpt 15o C) Germinação (fitohormônios - giberelinas) Alta concentração de enzimas (1000 x) Secagem e moagem dos gãos Estes grãos são adicionados aos cereais que serão sacarificados para fermentação Aplicação industrial 2. Panificação A massa do pão também é fermentada por leveduras. O importante é a geração de CO2 para a massa crescer. A adição de açúcares na massa pode apresentar o problema de grande disponibilidade de substrato e acelerada produção de CO2, fazendo com que massa não consiga absorver o gás liberado, que escapa. Adição de enzimas à massa: nas proporções corretas as enzimas liberam glicose, maltose e dextrinas de forma lenta e gradual durante os períodos de mistura e descanso da massa. As leveduras fermentam na taxa ideal. Pequenas quantidades de glicose livre auxiliam na formação da cor do pão (reação de Maillard). Aumento da vida de prateleira do pão: reduz endurecimento causado pela retrogradação do amido. α-amilases de A. oryzae + β-amilase farinha trigo: bons resultados de volume. São entretanto termolábeis: atingem apenas o amido que foi danificado durante a obtenção da farinha. Pouca manutenção do frescor ao longo da vida de prateleira. α-amilases termorresistentes: origem bacteriana, resistem a tpt do forno e entram em contato com o amido gelatinizado. Aumentam a vida de prateleira, mas apresenta risco de superdosagem. Alternativa: mistura de amilases resistentes bacterianas e amilases termolábeis de origem fúngica. Aparência e Ingredientes: Pó branco a levemente amarelo. Farinha de trigo enriquecida com ferro e ácido fólico, flocos debatata, açúcar, fécula de batata, gordura vegetal, gema de ovo, leite em pó modificado, sal, condimento preparado sabor batata, enzima hemicelulase, emulsificante estearoil-2-lactil lactato de cálcio, MELHORADORES DE FARINHA ALFA AMILASE e ácido ascórbico.
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