1

Fuentes de proteína

• Animal

• Vegetal

– Cereales

– Leguminosas

– Hojas (espinaca y

alfalfa)

• Microorganismos

– unicelular

Proteínas

• Fuente de nitrógeno orgánico

– Regeneración y síntesis de tejidos– Enzimas– Anticuerpos – Hormonas– Membranas (transporte)

Proteínas

• Productos de alta calidad– Nutricional– Propiedades sensoriales

• Textura, geles, viscosidad, fibras, color

• Susceptibles a modificación física, química y enzimática durante proceso y almacén

α-L-AminoácidosUnidades estructurales de proteínas

amino

carboxilo

Cadena lateral

α

Lisina

Cadena lateral R

Enantiomeros

2

Clasificación de aminoácidos

• Afinidad por el agua:Hidrofóbicos Hidrofílicos

• Naturaleza del grupo R– alifáticos– aromáticos– hidroxilados– básicos– ácidos– azufrados

3

Aminoácidos esencialesniños 0-6 meses adultos (mg/día/kg)

– Histidina 28 0

– Isoleucina 70 10

– Leucina 161 14

– Lisina 103 12

– Metionina 58 13

– Treonina 87 7

– Fenilalanina 125 14

– Triptófano 17 3.5

– Valina 93 10

– Totales 742 83.5

-

+

0

Carga neta

catiónica doble ión aniónica

4

Proteína

Polipéptidos Iónes

metálicos

Moléculas

orgánicas

90% trazas

Estructura de proteínas

Primaria Secundaria Terciaria Cuaternaria

Residuos hélice cadena subunidades

de polipeptídica ensambladas

aminoácidos

Estructura primaria

• secuencia de restos de aminoácidos• Unidos por enlaces covalentes

peptídicos• geometría trans• Orden génetico

Secuencia de aminoácidos

DNAATGCATGCTAAAGTGCCATAATAGCTACGATTTCACGGTATT

mRNA

AUGCAUCGUAAAGUGCCAUAA

Proteína

Met-His-Arg-Lys-Val-Pro-----

5

Enlace peptídico

Enlace peptídico

Enlace peptídico

40% carácter de doble enlace

Distancias en el enlace peptídico

Geometría plana

Configuración trans

N- terminal

Amino terminal

C- terminal

Carbonilo terminal

Extremos de la cadena polopeptídicaGrupos ionizables

6

Estructura secundaria

• Disposición espacial adoptada por la cadena

polipeptídica a lo largo de su eje

– Hélice

– Hoja plegada

– Giros β

– azar

Hélice α

-NH-CO-

Restos de aa por vuelta 3.6 3 4.4

Hélice γ (5.2 restos de aminoácidos)

Hélice α hélice 310 hélice π

derecha

Helice

Estabilizada por interacciones

Iónicas y puentes hidrogeno

7

Hoja plegada ββββ

Giros β

Afinidad de los aminoácidos a divesas conformaciones secundarias

8

Estructura terciariaOrganización tridimensional de una cadena

polipetídica, formada por regiones con estructuras

secundarias:– Esféricas o Globulares

• Estructura compacta similar a una esfera, • zonas hidrofóbicas plegadas en el centro• Solubles en agua, sols. Salinas diluidas, ácidos y bases

débiles– Tubulares o Fibrilares

• Insolubles en agua• Unidas por un gran número de enlaces • Forman tejidos (piel, músculo, tendones, etc)

Proteína globulardominios

Estructura cuaternaria

• Asociación de dos o más unidades proteicas o cadenas polipeptídicas

• Mediante interacciones no covalentes

9

Interacciones que estabilizan estructura de proteínas

• Covalentes– Peptídicos– disulfuro

• Electrostática– Iónicos– Dipolo-dipolo– Ión-dipolo

• van der Waals inducción de momentos dipolares en grupos apolares

• Puentes de hidrógeno (carbonil-amida, amida-hidroxilo, hidroxilo-carbonilo)

• hidrofóbicas

Interacciones covalentes

-Cα HC- N

O Cα−

-S S-

Peptídico

disulfuro

Interacciones electrostáticas

H3N_ +

HOCH2_

C_O

O-

_ C-O -

O_ CH2OH

_ CH2OHδ+δ-

Iónica

Dipolo-dipolo

Ión - dipolo

10

Puentes de hidrógeno

_ N-H

_ OH

_ N-H

O=C_

O=C_

H O_

Carbonil-amida

Amida-hidroxil

Hidroxil-carbonil

Interacciones proteína-agua

La conformación de proteínas depende de la interacción con el solvente.

• Agua estructural:� atrapada dentro de cavidades� unida fuertemente a cadenas laterales

• Agua de la monocapa o interfacial• Agua libre solvatación

Interacciónes proteína-agua

Ión – dipolo

Dipolo- dipolo

Puente de hidrógeno

δ-

_ C-O -

O_ CH2-O-H

_ C=O

_ N-Hδ-

δ+

δ- δ+

δ+

δ-δ+

δ+δ-

Clasificación de proteínas• Forma:

– Globulares– fibrilares

• Composición:– Homoproteínas– Heteroproteínas o conjugadas

• Solubilidad:• Función biológica:

– Estructurales– Anticuerpos– Transporte– Enzimas– hormonas

Proteínas conjugadas

Ferritina

Alcohol deshidrogenasa

Calmodulina

Dinitrogenasa

plastocianina

Hierro

Cinc

Calcio

Molibdeno

cobre

metaloproteínas

Succinato deshidrogenasaFlavin nucleotidosflavoproteínas

HemoglobinaGrupo hemohemoproteínas

CaseinaGrupos fosfatoFosfoproteínas

InmonuglobulinaCarbohidratosGlucoproteínas

β-lipoproteínaLípidosLipoproteínas

EjemploGrupo protéticoClase

Mioglobina

Cadena polipeptídica

Grupo hemo

11

Clasificación de proteínas por solubilidad• Albuminas

• Solubles en agua, coagulan por calor

• Globulinas• Insolubles en agua• Solubles en soluciones salinas diluidas

• Histonas• Elevado contenido re residuos básicos• Solubles en ácidos

• Glutelinas• Solubles en ácidos (pH 2) y bases fuertes (pH 12)

• Prolaminas• Solubles en etanol al 50-80%

• Escleroproteínas• insolubles

Desnaturalización

Pérdida o cambios en la estructura secundaria y terciaria

Proteína nativaProteína desnaturalizada

Susceptibilidad de la proteína a la desnaturalización

Facilidad del agente para romper interacciones que estabilizan estructura

intensidad

tipo de proteína

Efectos de la desnaturalización

Reducción de la solubilidadreducción en la capacidad para fijar aguapérdida de actividad biológicaaumento de la susceptibilidad al ataque de proteasasaumento en la viscosidad intrínsecaincapacidad para cristalizar

Interacciones proteína-proteína

Dipolos

permanentes o

inducidos

1-9Van der Waals

Soluciones salinas

pH´s extremos

COO-

NH3+

2-342-84Electrostáticas

Detergentes

Disolventes orgánicos

alifáticas

aromáticos

3-54-12Hidrofóbicas

Urea

Guanidina

detergentes

-NH

C=O

-OH

2-38-40Puente

hidrógeno

Reductores

Mercaptoetanol

Ditiotreitol

Cistina-S-S1-2330-380covalente

Disolventes que

perturban

gruposDistancia

(°A)

E

kJ/mol

Tipo

Desnaturalización

nativo

desnaturalizadoEn

erg

ía l

ibre Barrera de activación

12

Desnaturalización: Fenómeno en etapas

PN X1 X2 PD

Proteína microestados proteínanativa desnaturalizada

k3k2k1

Energía de activación es elevada por ruptura de:

•enlaces disulfuro, •interacciones no covalentes de baja energía

Factores de desnaturalización

Agentes físicoscalorcongelacióntratamientos mecánicospresión hidrostáticaradiacióninterfases

Factores de desnaturalización

Agentes químicosácidos y álcalismetalesdisolventes orgánicossoluciones salinas concentradas

Calor

�Q10= 600

�depende de:

naturaleza de proteína

pH, fuerza iónica

Temperaturaso

lubi

l idad

Efectos del tratamiento térmico 60-85°C

ruptura de purntes de hidrógeno

Exposición grupos hidrofóbicos

Apertura de la cadena polipeptídica

precipitación

ruptura de enlaces disulfuro

liberación de sulfuro de hidrógeno

deshidratación

Efectos del tratamiento térmico 80 a 100°C

reacción de Maillard

racemización de aa

desaminación de glutamina y asparagina

formación de nuevos enlaces covalentes o intramoleculares

oxidación

13

Efectos del tratamiento térmico 100 a 150°C

Caramelización

síntesis de enlaces iso-péptídicos

síntesis de lisinoalanina

Desulfuración

cisteínacistinametionina

sulfurosdisulfurosmercaptanoscompuestos volátiles

Congelación

Formación de agregados y precipitación

disociación de oligómeros

reorganización de sub-unidades

Interfasesa. difusión hacia la interfaseb. ruptura de enlaces agua-

proteínac. aperturad. grupos hidrofóbos expuestos

hacia la fase no acuosae. orientación de grupos

hidrofílicos hacia las fase acuosa

Interfases

PN m(H2O) + (H2O)* P*m + n(H2O)

I. Adsorción:

P*m + n(H2O) PD

II Desnaturalización

P* = proteína hidratada y activada

Ácidos y álcalis

�pH´s extremos�incremento de repulsiones electrostáticas

entre grupos ionizados dentro de la

molécula

�desplegamiento

14

pH vs pI

pH

Carga neta

+

0

-

pH = pI

Influencia del pH sobre

Hidratación

20

40

60

80

100

120

140

0 5 10 15

pH

CR

A

pH>pI carga negativa

pH=pI igual numero de cargas positivas y negativas

pH< pI carga positiva

-

+

Serie de Hofmeister

(PO4)3->(SO4)

2-> Cl-> Br -> NO3-> ClO4

-> SCN-

(NH4)+ > K+ > Na+ >Mg 2+ > Ca 2+

Promuevenprecipitación

Metales

• Transición (Cu, Fe, Hg, Ag)

�reaccionan fácilmente con proteínas

�forman complejos estables con grupos - tiol

• alcalino-terreos (Ca, Mg)

poco reactivos

Disolventes orgánicos

• Reducen la constante diélectrica del medio

• Modifican interacciones electrostáticas que

estabilizan la estructura de proteínas

• Penetran en regiones hidrofóbas

Sales

Urea y sales de guanidina (4-8M)

rompen puentes de H

disminuyen interacciones hidrofóbicas

incrementan solubilidad de residuos hidrófobos

provoca grados variables de desnaturalización

15

Urea y mercaptoetanol

Agentes de superficieDodecilsulfato de sodio (SDS)

actúa como intermediario de regiones hidrófoba e hidrofílicas

Aniónicos

incrementan la carga neta negativa

y las fuerzas de repulsión internas

producen desplegamiento de la estructura nativa

Efecto de altas presiones

• Cambios en las distancias:

– interatómicas

– interacciones intra- e intermoléculares

• enlaces iónicos por electrostricción

• interacciones hidrofóbicas

Ruptura / pH , fuerza iónica, °C

De 100 a 200MPa

• Disociación de estructuras oligoméricas

• parcial desnaturalización de las estructuras monoméricas

• agregación proteica