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Farmácia – UNIP
Nádia Fátima Gibrim
• Definição:
Polímeros de PM formados por aas ligados entresí por ligações peptídicas.
• Composição:Carbono, oxigênio, nitrogênio e hidrogênio.
• Fórmula estrutural do aminoácido:
PROTEÍNAS
Aminoácido: molécula orgânica formada por um grupo amino, um grupo carboxílico e uma cadeia lateral típica de cada aminoácido.
A conformação da proteína depende do meio em que ela está!
FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS
A Função de uma proteína está diretamente relacionada com sua arquitetura. Todas as funções vitais dependem da atividade de proteínas.
Principais atividades: -enzimas-co-enzimas -estrutura celular (membrana celular, citoesqueleto, citoplasma)
Alterações no meio natural da proteína, como mudança de pH, de concentração de sais e de temperatura, pode modificar a arquitetura da proteína inativando-a (desnaturação, PERMANECE APENAS A ESTRUTURA PRIMÁRIA)
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C
CH3
O
OHH2N N CH
HCOOH
H
CH2OH
H2O
CH
CH3
C N CH
CH2OH
COOHO
H2N
ALANINA SERINA
ALANILSERINA
Aminoácidos - seqüência (±100X)Essenciais:Lisina Leucina FenilalaninaValina Isoleucina MetioninaTreonina Triptofano Histidina
• 20 tipos de aminoácidos são
encontrados em proteínas
(codificados pelo RNA)
•Todos os 20 aminoácidos são do
tipo -aminoácidos (exceto prolina),
com uma estrutura comum.
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Relação aminoácidos, peptídeos e proteínas.
Ligação Peptídica
Aminoácido
1
Aminoácido
2
dipeptídeo
Até 50 aminoácidos peptídeo
Mais de 50 aminoácidos proteína
Propriedades Químicas
• Característica ácida (presença do grupo carboxila);
• Característica básica (presença do grupo amino);
• Interação intramolecular, originando um "sal interno":
• Solúveis em água;
• Insolúveis em solventes orgânicos
• PF e PE altos (características dos sais)
Propriedades Químicas
• Caráter anfótero - reagem tanto em ácidos quanto em bases, produzindo sais :
Ponto Isoelétrico
• É o pH no qual a molécula do aminoácido apresenta igual no de cargas positivas e negativas
• Encontra-se eletricamente neutro
• O cálculo do pI baseia-se nas formas de dissociação do aminoácido utilizando os pK anterior e posterior à forma isoelétrica do aminoácido.
Arquitetura das proteínasEstrutura Primária: definida pela seqüência de aminoácidos na cadeia polipeptídica
Estrutura Secundária: enrolamento da cadeia resultante da interação de determinados aminoácidos
Estrutura Terciária: segundo nível de enrolamento. Interação de diferentes partes da estrutura secundária da cadeia.
Estrutura Quaternária (algumas proteínas): terceiro nível de enrolamento. Interação entre partes diferentes da estrutura terciária da cadeia
Estrutura Primária
Ligação peptídica: grupo -carboxila e grupo -amino;
Grupos no radical R: NUNCA participam da ligaçãopeptídica;
Número de aminoácidos e ordem que se encontramcaracteriza uma enzima.
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Estrutura Secundária
-hélice: formada e estabilizada por pontes dehidrogênio nitrogênio e oxigênio;
Ponte de hidrogênio
• Ligação fraca grande número conferemestabilidade à estrutura.
Estrutura Secundária
Folha -pregueada
• Arranjo paralelo de 2 oumais segmentos decadeias peptídicas;
• Pontes de hidrogênio: une2 segmentos distintos dacadeia protéica.
Dobra
A -hélice e a folha são os tipos de estrutura secundária mais comum entre as proteínas, por que não dependem da composição e sequência de aminoácidos, sendo estabilizadas apenas por pontes de H dos átomos da ligação peptídica.
Entre os 20 aminoácidos, apenas a prolina não pode fazer nenhuma das duas estruturas, por formar uma ligação peptídica mais rígida em torno do C.
Existem outros tipos de estruturas secundárias conhecidas, como a dobra ou “alças” (domínios) de ligação a íons, como Ca2+ ou Zn2+.
tipo 1 tipo 2
hélice-dobra-hélice“Zinc-finger”
Estrutura Terciária Conformação tridimensional em solução;
Explica o dobramento da cadeia forma geral globular;
Ligações químicas: formadas entre grupos R dosaminoácidos;
Interações hidrofóbicas = dobramento da cadeiapolipeptídica.
A estrutura terciária descreve a forma tridimensional final de uma cadeia polipeptídica, resultando da associação de partes organizadas da molécula,
chamadas de “domínios” ou “motivos” protéicos.
Estrutura Quaternária Estrutura quartenária da hemoglobina: 4 cadeias
polipeptídicas.
Proteínas com estrutura quartenária são compostas de mais de uma cadeia polipeptídica, que podem estar associadas covalentemente (pontes
dissulfeto) ou não. 18
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.
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-C-)n na
proteína.
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Algumas definições importantes:
- Por serem conceitos didáticos, frequentemente é difícil distinguir em uma proteína os níveis secundário e terciário de organização estrutural.
- Para evitar tais ambiguidades utiliza-se o termo conformação proteica, que se refere aos aspectos da estrutura tridimensional de uma proteína acima de sua sequência de aminoácidos.
- Os termos conformação e configuração não são sinônimos. Configuração refere-se à estrutura tridimensional de uma molécula determinada
por ligações covalentes, como por exemplo, as formas L- e D- de um aminoácido.
Conformação refere-se à estrutura tridimensional de uma molécula decorrente da somatória de ligações fracas, não covalentes.
Conformação nativa de uma proteína refere-se à estrutura tridimensional em que a molécula apresenta suas propriedades biológicas naturais.
Desnaturação refere-se a alterações da conformação nativa de uma proteína, podendo resultar em perda parcial ou total, reversível ou irreversível, de sua atividade biológica.
FORÇAS NÃO COVALENTES
Pontes de H
-Aminoácidos polares
Ligações iônicas
- Aminoácidos carregados
Interações hidrofóbicas
-Aminoácidos apolares
Forças de Van der Waals
-Qualquer aminoácido
ProteínaProteína
NH
— CH2 — OH ... O — C — CH2 — CH2 —
2
ProteínaProteína
O—CH
Ponte de Hidrogênio
Interações hidrofóbicase Forças de van der Waals
2
CH—CH3
CH3 CH3
CH3 — CH — CH2 —
— CH — CH3 H3C — CH —
CH3CH3
++—CH2—CH2—NH3 O
C —CH2—CH2—Ligação Iônica
Quais são os tipos de forças que mantém a estrutura tridimensional de
uma proteína ?
O hormônio insulina é composto por duas subunidades, A e B, unidas por duas pontes
dissulfeto intercadeia. Além disso, a cadeia B possui uma ponte dissulfeto intracadeia
A
B
Além dos laços não covalentes, uma proteína
pode ter pontes dissulfeto formada a partir
de dois resíduos do aminoácido Cys (cisteína).
Pontes dissulfeto são
covalentes e só podem ser
rompidas por agentes
redutores, como
2-mercapto-etanol.
Solubilidade e disponibilidade
– Os aminoácidos básicos são mais polares
• Estão presentes em grande quantidade nas albuminas e globulinas
– Proteínas do trigo são insolúveis em água
– Todas as proteínas ficam disponíveis na forma de aminoácidos
– Proteína do ovo
• Uma das melhores proteínas
• Valor biológico de 100
• Utilizada como padrão de análise, Protein Efficiency Ratio (PER). “egg white” (clara)
Desnaturação
• DEFINIÇÃO: mudança na estrutura da proteína que não causa mudança na sequencia de aminoácidos
– A faixa de temperatura em que a coagulação e desnaturação da maioria das proteínas ocorre está entre 55 e 75C
– A caseína e as gelatinas são tão estáveis que não desnatura a esta temperatura
Desnaturação protéica– Mudança na estrutura da proteína. Não afeta as ligações
peptídicas
– Agentes causadores: Calor , pH, Sais e Efeitos de superfície.
– Usualmente irreversível.
– A desnaturação por calor é algumas vezes desejável.
• Proteínas da clara do ovo são desnaturadas por calor ouinterações superficiais quando formam espuma.
• Proteínas da carne são desnaturadas entre 57 e 75C, causando efeitos na textura, cor e sabor.
– A desnaturação pode levar à floculação de proteínas globularese à formação de gel.
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(1) Alteração na estrutura terciária
– Requer aquecimento brando;
– Sem efeito nutricional;
– Influencia as propriedades físicas (Ex. Solubilidade)
– Se a proteína for uma enzima pode haver perda da reatividade (inativação).
– Grande importância na indústria de alimentos.
Influência do calor em proteínasA suscetibilidade aos danos provocados pelo calor depende da estrutura da Ptn.
A presença de carboidratos aumenta a susceptibilidade das proteínas ao calor.
Influência do calor nas proteínas
– Proteínas globulares terão mudanças:
• Solubilidade
• Viscosidade
• Reatividade química
– As proteínas fibrilares perderão:
• Elasticidade
• Flexibilidade
• Tamanho das fibras
A albumina do ovo se torna insolúvel em água (mas torna-se melhor para o
consumo)
Muitas destas mudanças não alteram o valor nutricional dos alimentos.
Influência do calor nas proteínas
(2) Ciclo de reações de Maillard
– Causa danos às proteínas; muda sua funcionalidade.
– Ocorre entre uma grupo amino da lisina e um CHOS.
– Resultado: A solubilidade da proteína muda; a produção das melanoidinas causa mudança de cor e sabor.
– A perda do valor nutricional dos alimento é um preço a se pagar pela reação de Maillard. Mas ela é necessária ao desenvolvimento de cor e sabor dos alimentos.
– A reação ocorre durante: armazenamento e aquecimento.
– A velocidade da reação é baixa em temperatura ambiente.
A lisina é o aminoácido que inicia a reação de Maillard na proteína do trigo.
Influência do calor nas proteínas– Em atividade da água em torno de 0,4 a 0,7 e pH entre 8-
10 a velocidade do escurecimento é máxima.
– A velocidade da reação diminui consideravelmente se a atividade da água for aumentada.
• O leite é muito resistente a esse tipo de reação, mas o leite em pó não. Isso é indesejável.
• Controle da reação: abaixamento do pH, diminuição ou aumento de aw, diminiução da temperatura.
• A 180C a velocidade é moderada/alta.
• Acima de 220 C começa a degradação.
– Utilizar açúcares não redutores.
Influência do calor nas proteínas
(4) Dano por aquecimento na superf´cie de alimentos tostados:
– O tostamento resulta da racemização de resíduos de aa nas proteínas.
– Aquecimento por longo tempo (decomposição dos aa).
– Temperaturas de 180 – 300 C.
• Ocorre em café torado, carne, alguns biscoitos
– Essa reação é responsável pelo desenvolvimento de cores e aromas característicos.
Influência de condições alcalinas
• Proteínas são muitos exposta a pH elevado:
– Causa mudanças estruturais;
– Vantagens: aumento da solubilidade, destruição de toxinas; melhora no sabor/textura.
– Desvantagens:
• Particularmente em altas temperaturas: racemização e “cross-links”.
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Solubilidade
Propriedade físico-química fundamental das proteínas;
Depende de:
– peso molecular e conformação das moléculas;
– Densidade e distribuição das cargas elétricas que por sua vez é influenciada pelo pH;
– Natureza e concentração de íons ou força iônica;
– Temperatura.
Solubilidade
• A solubilidade é influenciada pelo maior ou menor afinidade das moléculas de proteínas pelo solvente, que para alimentos é a ÁGUA.
• A solubilidade das proteínas é particularmente importante em alimentos.
Hidratação e capacidade de retenção de água (CRA)
Envolve uma interação entre a proteína ou alimento protéico com a água;
> ou < afinidade da proteína com a água também se relaciona com outras propriedades funcionais como textura, viscosidade, geleificação e emulsificação.
A atração hidrofílica relaciona-se com:Grau de hidratação (conteúdo de água/g de proteína);
Habilidade do produto reter água do ambiente (esponjamento);
Quantidade de água que permanece na proteína ou alimento protéico após exposição a um excesso de água;
Aplicação de uma força de centrifugação ou pressão (capacidade de retenção de água)
Hidratação e capacidade de retenção de água (CRA).
Determinadas propriedades são importantes em certostipos de produtos alimentícios.
Ex: a solubilidade das proteínas e a capacidade de retençãode água são muito importantes nas carnes pois dessapropriedade dependem os atributos de textura, suculência emaciez dos produtos.
Hidratação e capacidade de retenção de água (CRA):
A desnaturação de proteínas, seja pelo calor, pelo frio oupor efeito do pH altera, igualmente, os espaçosinterfibrilares provocando uma diminuição no CRA pelotecido muscular.
A temperatura também exerce influência negativa: podeprovocar o encurtamento das fibras musculares,diminuindo, novamente os espaços interfibrilares e acapacidade de retenção de água
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Emulsificação
É uma mistura de dois líquidos imiscíveis, um dos quais é disperso na forma de glóbulos no outro líquido.
Dois tipos:Quando a água é contínua (externa) e o óleo ou gordura a fase interna (descontínua) = emulsão de óleo em água;
Quando a água é a fase interna e o óleo a fase externa = emulsão de água em óleo.
O que torna uma emulsão estável é a presença de um agente emulsificante - ↓ a tensão superficial existente entre duas fases e permite a formação de emulsão com um nível mais baixo de energia.
Emulsificação
Principal característica de um emulsificante é a de possuir namesma molécula partes hidrofílicas e hidrofóbicas.
Emulsificantes mais polares são mais úteis na formação eestabilidade de emulsões do tipo óleo em água; os menospolares são mais aplicáveis em emulsões de água e óleo (ex.emulsões cárneas como as salsichas).
É um sistema de dispersão grosseira de um sólido (gordura) em umlíquido que constitui a fase contínua, no qual as proteínas da carneatuam como emulsificante;
Aqui a fase contínua não é simplesmente a água e sim um sistemacoloidal complexo cujas propriedades são determinadas pormacromoléculas de proteínas, além de sais e outras substânciasdissociadas na fase aquosa.
Emulsificação
Dois aspectos interessam em uma emulsificação:
A capacidade de emulsificação (a quantidade de lipídios que asproteínas são capazes de emulsificar);
Estabilidade da emulsão – mede a capacidade que tem asproteínas de manter a mistura em uma força homogênea –quando submetida à ação de uma força ou calor.
Fatores que afetam a formação e estabilidade de umaemulsão:
Temperatura, tamanho da partícula de gordura, pH, quantidade etipo de proteína e viscosidade da emulsão.
Quanto maior a viscosidade maior mais estável se apresenta aemulsão.
Emulsificação:
A temperatura, quanto mais alta, diminui a viscosidade do óleo fazendo com que aumente a área superficial e facilite a coalencência das partículas de lipídio.
A temperatura ideal para manutenção da emulsão parece estar em torno de 20oC.
Capacidade de emulsificação e estabilidade de emulsões
Consiste na medida da capacidade que tem uma solução de proteína ou uma suspensão de alimento protéico de formar uma mistura homogênea e estável com óleo ou gordura líquida.
A capacidade máxima de emulsificação da proteína é determinada no ponto em que se verifica o colapso ou quebra da emulsão (saturação).
Pode ser verificada quando:
Visualmente, pela separação de fases;
Por um som deferente produzido como conseqüência da separação das fases;
Pela queda de condutividade lida por um amperímetro.
Formação de espuma e estabilidade da espuma:
A capacidade de uma proteína formar espuma refere-se à expansão de volume da dispersão protéica com a incorporação de ar por batimento, agitação ou aeração.
Depende:
Da natureza da proteína;
Da presença de sais e de outros aditivos utilizados no processamento dos alimentos.
A estabilidade de espuma diz respeito à retenção do volume máximo de espuma formada em função do tempo de repouso sendo geralmente medida pela liberação de fluido da espuma.
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O procedimento mais comum para análise deproteína é através da determinação de um elementoou um grupo pertencente à proteína.
A conversão para conteúdo de proteína é feitoatravés de um fator.
Os elementos analisados geralmente são carbono ounitrogênio, e os grupos são aminoácidos e ligaçõespeptídicas.
• Digestão mais fácil do que para o nitrogênio;
• Menores erros no resultado por causa da maiorquantidade em relação ao nitrogênio;
• Fator de correção mais constante que para onitrogênio;
• Maior dificuldade em separar os carbonospertencentes à proteína dos carbonos de outroscomponentes.
E a determinação mais utilizada;
Considera que as proteínas têm 16% de nitrogênio em média (vai depender do tipo de proteína);
Fator geral na transformação de nitrogênio para proteína é de 6,25.
% N x FC = % de proteína.
Ocorrem erros quando o conteúdo em N de um alimento é muito diferente de 16%. Existem fatores de conversão específicos para cada alimento:
• Determina N orgânico total, isto é, o Nprotéico e não protéico orgânico.
• Porém, na maioria dos alimentos, o N nãoprotéico representa muito pouco no total.
• A razão entre o nitrogênio medido e aproteína estimada depende do tipo deamostra e de outros fatores.
• Consiste na transformação do N das substânciasnitrogenadas, por ebulição com ácido sulfúricoconcentrado (d> 1,84) e catalisadores, em sulfato deamônio.
• O sulfato de amônio é tratado com hidróxido desódio em excesso, liberando a amônia sob forma dehidróxido de amônio, destilado e recolhido em ácidobórico.
• O N é determinado por titulação com ác. clorídricovalorado, ao vermelho de metila - pH 4,2 - 6,3).
Destilador de proteínas
Digestor de
proteína
Digestor de
proteína
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REAGENTES
Ácido sulfúrico - H2SO4
Sulfato de potássio anidro - K2SO4
Sulfato de cobre anidro - CuSO4
Dióxido de titânio - TiO2
Hidróxido de sódio (NaOH), solução a 50% em água;
Indicador de Andersen (50ml de sol. de vermelho de metila - 0,1g em 75 ml
de álcool + e 25ml de sol. de azul de metileno - 0,1g em 80 ml de álcool)
HCl 0,02N.
EQUIPAMENTOS
Bloco digestor para tubos, com termostato, até 450°C
Aparelho para digestão semi-micro Kjeldahl.
• Falhas: Superestima os valores de N, interpretados como N protéico.
Conversão de N em Proteína:
• Kjeldahl utilizou albumina de carne bovina (carne moída)
100g de carne = 16g de N;
Fator de conversão de N:
gN = 100 = 6,2516
• Kjeldahl interpretou o fator 6,25 como sendo o fator de
conversão para todas as proteínas alimentares:
N x 6,25 = Ptn da amostra
Alimento Fator de conversão
Leite e produtos lácteos 6,38
Trigo e derivados 5,70
Gelatina 5,55
Ovos 6,68
Arroz 5,95
Soja 5,71
Cevada, aveia, centeio 5,83
Nozes 5,46.
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