DESNATURALIZACIÓN DE PROTEÍNASLa estructura de la proteína es la consecuencia de algunas interacciones de atracción y repulsión de diferentes fuerzas intramoleculares y de la interacción de diversos grupos con el disolvente de su entorno, el agua (Dergal, 2006).

La estructura de la proteína es dependiente del ambiente

El estado nativo es termodinámicamente más estable pero cualquier cambio en el ambiente como modificaciones del pH, la fuerza iónica, la temperatura, la composición del disolvente, etc., forzará a la molécula a asumir una nueva estructura.

Adaptibilidad conformacional son cambios en la estructura que no alteran la arquitectura molecular de la proteína (Damodaran & Fennema, 2010).

Desnaturalización: son cambios que modifican las estructuras secundaria, terciaria y cuaternaria, sin escisión de los enlaces peptídicos del esqueleto, es decir que su estructura ha perdido su forma nativa y conlleva a un aumento de la entropía de las proteínas (Damodaran & Fennema, 2010).

Estos cambios no modifican la estructura primaria por lo que no implica una hidrolisis del enlace peptídico.

Desnaturalización de proteínas por cambio de temperatura

El calor es el agente más frecuentemente empleado para la conservación y procesado de los alimentos. Por el aumento de temperatura las proteínas pueden desnaturalizarse y por ende afectar las propiedades funcionales de los alimentos (Dergal, 2006).

La proteína del estado nativo al desnaturalizado, cuando se calienta en disolución por encima de una temperatura crítica. La temperatura de fusión (Tm) o temperatura de desnaturalización (Td) es el punto medio de la transición donde el cociente de concentración de los estados nativos y desnaturalizados vale 1(Damodaran & Fennema, 2010).

La desnaturalización ocurre por la desestabilidad de las interacciones no covalentes primordiales. Los enlaces de hidrógeno, las interacciones electrostáticas y las de van der Waals son de naturaleza exotérmica (impulsadas por la entalpía). Por tanto, se desestabilizan a temperaturas altas y ganan estabilidad a temperaturas bajas (Damodaran & Fennema, 2010).

Los puentes de hidrogeno peptídicos al estar en su mayoría en el interior de la estructura pueden permanecer estables en un amplio rango de temperatura.

Las interacciones hidrofóbicas son endotérmicas (impulsadas por la entropía). Se estabilizan a temperaturas elevadas y se desestabilizan a bajas temperaturas.

Cuando aumenta la temperatura, los cambios de estabilidad entre las interacciones hidrofóbicas y puentes de hidrógenos se contraponen; aunque la estabilidad de las

interacciones hidrofóbicas no puede aumentar infinitamente con el incremento de temperatura, y por encima de determinada temperatura se romperá las interacciones hidrofóbicas (Damodaran & Fennema, 2010).

La fuerza máxima de las interacciones hidrofóbicas se alcanza alrededor de 60-70°C.La temperatura a la cual la suma de las energías libres vale cero (es decir, K0 = 1) es la temperatura de desnaturalización de las proteínas.

Desnaturalización por cambios de pH

Las proteínas se pueden modificar en su estructura por cambios en el pH del ambiente natural o fisiológico de las mismas.Esto ocurre por cambios en la ionización de las cadenas laterales cargadas ya que afecta el número de los puentes salinos que estabilizan la estructura nativaEn una desnaturalización alcalina se neutraliza la carga positiva de las cadenas laterales de Lys, His y Arg. Y en una desnaturalización ácida se protoan las cargas de Asp, Glu. En ambos casos impiden la formación de una interacción electrostática (Dergal, 2006).

El tratamiento alcalino es el más utilizado para la obtención de aislados proteínicos vegetales. Se eleva la concentración de la proteína y requiere una solubilización alcalina a valores de pH cercanos a 10. De esta manera se modifica las estructuras de las proteínas para aumentar su potencial tecnológico y mejorar sus propiedades funcionales, aunque también se han encontrado moléculas que han sufrido hidrólisis. Además, en esos valores de pH los grupos ionizables que adquieren cargas negativas traen como consecuencia una expansión de las moléculas causada por repulsiones intramoleculares debido a sus caigas iguales (Dergal, 2006).

Desnaturalización de proteínas por urea y cloruro de guanidinio

Ambos compuestos son, por naturaleza, formadores de puentes de hidrógeno, y debido a que son solubles en agua y con un pequeño tamaño molecular pueden penetrar fácilmente en las moléculas de las proteínas (Dergal, 2006).

El punto medio de la transición de numerosas proteínas globulares, del estado nativo al desnaturalizado, se halla a concentraciones de urea 4-6 M y de GuHCI de 3-4 M, a la temperatura ambiente.

La desnaturalización de las proteínas por la urea y el cloruro de guanidinio parecen implicar dos mecanismos.

El primero supone la fijación preferencial de la urea y el cloruro de guanidinio a la proteína desnaturalizada.

La retirada de proteína desnaturalizada en forma de complejo proteína-agente desnaturalizante desplaza el equilibrio NHD hacia la derecha. Al aumentar la concentración de desnaturalizante, se produce una conversión continua de la proteína al

complejo proteína-agente desnaturalizante, lo que finalmente conduce a la desnaturalización total de la proteína. Como la fijación del desnaturalizante a la proteína desnaturalizada es muy débil, se necesita una concentración de desnaturalizante muy elevada para lograr la desnaturalización total (Damodaran & Fennema, 2010).

El segundo mecanismo implica la solubilización de los restos aminoacídicos hidrófobos en las disoluciones de urea y cloruro de guanidinio. Como la urea y el cloruro de guanidinio pueden formar puentes de hidrógeno, a concentraciones altas, estos solutos rompen la estructura del agua, basada en la formación de puentes de hidrógeno. La desestructuración del agua por el disolvente la transforma en mejor disolvente para los residuos apolares, lo que determina el desplegamiento y la solubilización de los restos apolares del interior de la molécula proteica (Damodaran & Fennema, 2010).

La desnaturalización inducida por la urea o el cloruro de guanidinio puede invertirse retirando el desnaturalizante.

Sin embargo, suele ser difícil renaturalizar por completo las proteínas desnaturalizadas por la urea. Esto se debe a que parte de la urea se convierte en cianato y amonio. El cianato reacciona con los grupos amina y altera la carga de la proteína.

Desnaturalización por detergentes

Los detergentes son usados para estudios en el laboratorio porque son capaces de desnaturalizar las proteínas debido a la capacidad de sus moléculas amfifílicas, como el dodecil sulfato de sodio (SDS) (CH3 (CH2)12OSO3

- Na+), que si se encuentra en concentraciones por debajo de la concentración micelar critica, sólo podrá penetrar a la molécula globular de proteína de manera superficial, mediante el acomodo de sus cadenas no polares hacia el interior de una molécula globular y las cabezas polares afectarán las interacciones electrostáticas del exterior.

Sin embargo, si el detergente sobrepasa la concentración micelar crítica en el sistema, las micelas logran inducir el desplegamiemo de la molécula porque logran estabilizar la forma desplegada del polipéptido mediante la formación de "micelas mezcladas" alrededor de las zonas hidrofóbicas que logran mantenerse "expuestas” al ambiente acuoso porque dichas micelas las estabilizan, a la manera en que interactúan también las proteínas con los lípidos (Dergal, 2006)(Melo, Ruiz, & Cuamatzi, 2007).

Desnaturalización por solventes orgánicos

En el procesamiento de alimentos se usan solventes orgánicos para solubilizar sustratos y desplazar el equilibrio de algunas reacciones enzimáticas al disminuir la concentración de agua del sistema.

Las proteínas disueltas en un sistema acuoso modifican su estructura tridimensional cuando se las trasladan a un sistema con solventes distintos. El cambio hacia una mayor o menor solubilización, dependerá del tipo de solvente al que se le traslade.

Hay dos mecanismos que explican este tipo de desnaturalización:

Unión directa del solvente orgánico a la molécula de la proteína El cambio en la constante dieléctrica del medio.

Al cambiar una proteína a un sistema con solventes orgánicos se logra un desdoblamiento o desplegamiento parcial por el rompimiento de las interacciones hidrofóbicas originales, que puede volver a plegarse mediante interacciones hidrofóbicas y puentes de H que se mantienen, pero en una estructura distinta de la nativa (Damodaran & Fennema, 2010).

El efecto de la constante dieléctrica sobre la solubilidad de las proteínas disueltas puede explicarse mediante la ley de Coulomb que indica la relación de la fuerza de atracción entre partículas.

Una molécula de proteína en un solvente acuoso logra disolverse mejor si tiene una distribución de las cargas más uniforme a lo largo y ancho de su superficie, y un menor momento dipolo. (Damodaran & Fennema, 2010).

Desnaturalización por sales de metales pesados

La definición de una sal indica que es un electrolito fuerte, se disocia con facilidad en agua y es soluble, y que no cambia notablemente el pH de sus soluciones.

Al agregar sales a una solución de proteínas se producen interacciones electrostáticas de las sales con los residuos de aminoácidos cargados que, en general, se considera que estabilizan el plegamiento original de la molécula cuando se encuentran en bajas concentraciones; en concentraciones más altas (> 1M} el segundo efecto sobresale, y depende de la naturaleza de la sal en cuestión, dado que según las series liotrópicas o caotrópicas de Hofmeister, sales como Na2SO4, y NaF mejoran la estabilidad estructural de las proteínas, mientras que sales como NaSCN y NaClO4 la debilitan.(Dergal, 2006)

El mecanismo que ejercen tiene que ver más con que los diferentes iones logran estructurar en mayor o en menor grado a las moléculas de agua a su alrededor, causando una interacción indirecta con la proteína. Por lo tanto, la conformación tridimensional de las proteínas y su estabilidad se ven notablemente influida no sólo por la concentración, sino por la clase de iones presentes y, de hecho, son los aniones los que tienen mayor influencia que los cationes (Dergal, 2006).

Referencias Bibliográficas

Damodaran, S., & Fennema, O. R. (2010). Fennema, química de los alimentos. Editorial Acribia, S.A. Retrieved from https://books.google.com.ec/books?id=1KkOcgAACAAJ

Dergal, S. B. (2006). Química de los alimentos. Pearson Educación. Retrieved from https://books.google.com.ec/books?id=b4lTAAAACAAJ

Melo, V., Ruiz, V. M., & Cuamatzi, O. (2007). Bioquímica de los procesos metabólicos. Reverté. Retrieved from https://books.google.com.ec/books?id=KHec9weY8Y0C