PROTEINASPROTEINAS

Ing. Mg. María Teresa Pacheco

FACULTAD DE CIENCIA E INGENIERIA EN ALIMENTOS

Carrera de Ingeniería en Alimentos Quinto Semestre

• Las proteínas son sustancias básicas para la

vida: forman parte de nuestras células y se

obtienen de la dieta y del metabolismo interno del

cuerpo. • Las contienen las hormonas

(la insulina es una proteína), el sistema inmunitario (los

anticuerpos son proteínas ), el sistema genético (el

ADN, en realidad, es una proteína), etc.

PROTEINASPROTEINAS

POLIMEROS COMPLEJOSPOLIMEROS COMPLEJOS

HASTA 20 AMINOACIDOS

DISTINTOS

GRIEGO:

Proteois = primer orden

RIBOSOMAS

SINTESIS:

COMPOSICIÓN QUÍMICA:

Grupo prostético

De acuerdo a la modificación

m. carbohidratos

g. fosfato

Plegamento de la cadena polipeptídica

Cadenas polipeptídicas lineales enrolladas

Ej. tropomiosina, colágeno, queratina y elastinaactina y fibrina

De acuerdo a la forma

De acuerdo a la función

FUNCIONES:

aminoácidos:

Función transportadora

PROPIEDADES DE LAS PROTEÍNASPROPIEDADES DE LAS PROTEÍNAS

SolubilidadSolubilidad

Solvatación Solvatación de la de la

proteínaproteína

(pH)(pH)

Absorción de Absorción de aguaagua

Enlaces de hidrógeno

Gelificación

Atrapamiento de agua

ViscoelasticidaViscoelasticidadd

EmulsificaciónAdsorción y

formación de una película

en la interfase

Enlazando aceite libre

Absorción

Formación de Formación de EspumaEspuma

DESNATURALIZACIÓN DE PROTEÍNASDESNATURALIZACIÓN DE PROTEÍNAS

• Agentes desnaturalizantes:

1. Calor.2. Ácidos o Álcalis.3. Alcohol.4. Úrea (8M).5. Metales pesados

DESNATURALIZACIÓN PROTEICA

1. POR ADICIÓN DE ÁCIDOS O BASES:

•Proteína + HCl conc. o NaOH al 25% coágulo o precipitado.

•Ejemplo:

•Glucoamilasa (enzima) + 2,5 ml NaOH 1 M + calor 5 min. PH 4,5 desnaturalización.

DESNATURALIZACIÓN PROTEICA

2. POR EFECTO DEL CALOR:

•Proteína + Temperatura de 55 a 60ºC coágulo o precipitado.

•Ejemplo:

•Albúmina + calor a ebullición en baño de agua desnaturalización.

DESNATURALIZACIÓN PROTEICA

3. POR EFECTO DEL ALCOHOL:

•Proteína + etanol coágulo o precipitado.

•Ejemplo:

•5ml de Albúmina + 5 ml de etanol al 85% desnaturalización.

DESNATURALIZACIÓN PROTEICA

4. POR CONTACTO CON METALES PESADOS:

•Proteína + Au, Hg, Pb, Ag, Cu coágulo o precipitado.

•Ejemplo:

•5 ml de Albúmina + HgCl2 al 5% o Pb(NO3)2 al 5%. desnaturalización.

DESNATURALIZACIÓN PROTEICA

5. POR AGENTES QUÍMICOS:

•Ácidos, sales coágulo o precipitado.

•Ejemplos:

•3ml de sol. de Albúmina + 3ml de Reactivo de Esbach (ác. Pícrico + ác. Cítrico 1:1 en 100ml) desnaturalización. •2ml sol. Proteína + NaHCO3 + 1ml. dil. Saturada de Ác. Pícrico (amarillo) + calor Ác. Picrámico (rojo) Pág. 45.

• En el embarazo o en la lactancia aumentan las necesidades de proteínas, de determinadas vitaminas como el ácido fólico y la vitamina D, y de ciertos minerales como el hierro, calcio y magnesio. Por tanto, hay que aumentar su ingesta a través de la dieta (únicamente se deben tomar suplementos bajo prescripción médica).

Un síntoma muy habitual en las embarazadas es el estreñimiento. Este se corrige bebiendo agua en abundancia , aumentando el consumo de alimentos ricos en fibra (fruta, verduras, cereales

integrales, etc.) y haciendo ejercicio cada día.

NECESIDADES:

• En la dieta diaria la combinación con las proteínas de las lentejas o los garbanzos, especialmente ricas en lisina, hacen que el plato resultante aporte una cantidad de proteínas de gran calidad biológica, igual o superior a las que proporcionan la mayoría de productos de origen animal.

Otros ejemplos de esta complementación proteínica: cereales con leche o yogur, el arroz con leche, un

bocadillo de queso o una pizza casera.

• Para una persona adulta, la cantidad de proteínas necesaria puede oscilar entre: 40-60 g de proteínas al día.

• En caso de embarazo, de ejercicio físico intenso, de niños y adolescentes, entre otros, se puede necesitar algo más.

Que proteínas?

• Las proteínas están compuestas por 20 pequeñas moléculas llamadas aminoácidos, ocho de los cuales han de obtenerse de la dieta diaria, pues el cuerpo no los fabrica por sí mismo (por eso se llaman aminoácidos esenciales). Si faltara alguno, las proteínas no podrían formarse.

ESTRUCTURA DE LAS PROTEINAS:

AMINOACIDOAMINOACIDO

UNIDAD ESTRUCTURAL DE LAS PROTEINAS

COOH

H C NH2

REs una molécula orgánica con un grupo amino (-NH2) y un grupo

carboxílico (-COOH; ácido).

La síntesis de los polipéptidos es una suma secuencial de aminoácidos (estructura primaria), la cual tiene varias formas, que nos dan las siguientes estructuras.

ESTRUCTURA: ESTRUCTURA: Son las biomoléculas más versátiles y Son las biomoléculas más versátiles y diversasdiversas

ESTRUCTURA: ESTRUCTURA: Son las biomoléculas más versátiles y Son las biomoléculas más versátiles y diversasdiversas

Estructura PrimariaEstructura Primaria

Estructura SecundariaEstructura Secundaria

Estructura TerciariaEstructura TerciariaEstructura

CuaternariaEstructura

Cuaternaria

Es la secuencia lineal de aminoácidos en un polipéptid; sin ninguna referencia a como la molécula se arregla en un espacio tridimensional.

Estructura Primaria

Se representa como una secuencia de aminoácidos usando abreviaciones de tres letras: por ejemplo al-glu-asp.

Debido a que todos lo polipéptidos son sintetizados empezando por la terminación N del aminoácido, es común describir la estructura primaria con la terminación N en la izquierda y el carboxilo o terminación C en el lado derecho.

Estas cadenas pueden ser desde dos hasta cientos de aminoácidos.

Estructura Secundaria

Formación de puentes de hidrógeno entre los grupos

C=O y N-H

Plegamiento de una cadena

de polipéptidos

Estructura helicoidal llamada hélice Alfa.

Se refiere a arreglos regulares por los cuales los polipéptidos se doblan en formas más compactas, estabilizadas por puentes de hidrógeno.

(Para mayor claridad, no se muestran hidrógenos en el modelo de bola y palos).

Otro tipo de estructura secundaria, es la lámina plegada o beta (parecida a un acordeón), donde la cadena polipeptídica se une por puentes de hidrógeno entre el C=O y el N-H, agrupando regiones diferentes del polipéptido o parejas entre dos diferentes polipéptidos.

Estructura Terciaria

En la estructura terciaria existen varios tipos de enlaces:

*El puente de hidrógeno que une entre cadenas de aminoácidos, aparte de los existentes en la estructura secundaria.*Enlaces iónicos entre aminoácidos cargados positivamente y negativamente.*Uniones hidrofóbicas, donde el lado hidrofóbico de las cadenas, se asocian para remover agua.*Uniones covalentes de dos grupos -SH para formar puentes disulfuro -S-S. Estas uniones covalentes le dan fuerza extra a la estructura.

Algunas proteínas contienen múltiples cadenas de polipéptidos, dando como resultado la estructura cuaternaria.

Estructura Cuaternaria

Una de las proteínas más grandes, es la piruvato deshidrogenasa, que se localiza en las mitocondrias, contiene 72 cadenas polipeptídicas. Los polipéptidos individuales son subunidades de una gran proteína.

Las estructuras cuaternarias se unen por los mismos tipos de uniones químicas encontradas en la estructura terciaria, incluyendo una variedad de uniones débiles y de los puentes de disulfuro

• La fosfatasa alcalina es un ejemplo de una proteína con muchos niveles de estructura.

• Consiste de dos cadenas de polipéptidos que al plegarse, contiene regiones considerables de estructuras secundarias Alfa y Beta, así como también menos regiones plegadas sólidamente de espiral aleatoria.

Subunidad de fosfatasa alcalina

Las regiones de hélices Alfa, están representadas por listones enrollados turquesa, y las regiones Beta están representadas por los listones azul obscuro listones planos. Las regiones de espiral aleatoria (ninguna estructura regular) se muestran con las hebras más delgadas.

La molécula de fosfatasa alcalina, contiene dos cadenas polipeptídicas, cada con un sitio activo capaz de hidrolizar el fosfato. Este es un ejemplo de un homomultímero, donde ambas subunidades son idénticas.

Algunas proteínas como la seda, contienen únicamente estructura secundaria Beta; otros, como mioglobina, contienen únicamente hélices Alfa.

• No confundir el término "polipéptido" con el término "proteína“. Polipéptido refiere a la estructura de una cadena única. Cada polipéptido tiene un grupo amino libre (la terminación N y un grupo carboxilo (la terminación C).

• Proteína se refiere a la unión funcional total, creada cuando uno o más polipéptidos se pliegan y llegan a ser unidades funcionales. Algunas proteínas consisten en una cadena de polipéptidos plegada, pero muchas proteínas contienen múltiples polipéptidos y átomos inorgánicos como el zinc, el hierro y el magnesio.

• Dos aminoácidos se combinan en una reacción de condensación que libera agua formando un enlace peptídico. Estos dos "residuos" aminoacídicos forman un dipéptido.

• Si se une un tercer aminoácido se forma un tripéptido y así, sucesivamente, para formar un polipéptido.

• Esta reacción ocurre de manera natural en los ribosomas, tanto los que están libres en el citosol como los asociados al retículo endoplasmático.

• Todos los aminoácidos componentes de las proteínas son alfa-aminoácidos, lo que indica que el grupo amino está unido al carbono alfa, es decir al carbono contiguo al grupo carboxilo.

Aminoácidos - Generalidades

Existen cientos de cadenas R por lo que se conocen cientos de aminoácidos diferentes, pero sólo 20 forman parte de las proteínas y tienen codones específicos en el código genético.

La unión de varios aminoácidos da lugar a cadenas llamadas polipéptidos o simplemente péptidos, que se denominan proteínas cuando la cadena polipeptídica supera los 50 aminoácidos o la masa molecular total supera las 5.000 uma.

Estructura general de un aminoácido

La estructura general de un aminoácido se establece por la presencia de un carbono central alfa unido a un grupo carboxilo, un grupo amino, un hidrógeno y la cadena lateral:

Como dichos grupos funcionales poseen H en sus estructuras químicas, son grupos susceptibles a los cambios de pH; por eso, al pH de la célula prácticamente ningún aminoácido se encuentra de esa forma, sino que se encuentra ionizado.

• Los aminoácidos a pH bajo (ácido) se encuentran mayoritariamente en su forma catiónica (con carga positiva), y a pH alto (básico) se encuentran en su forma aniónica (con carga negativa).

• Sin embargo, existe un pH especifico para cada aminoácido, donde la carga positiva y la carga negativa son de la misma magnitud y el conjunto de la molécula es eléctricamente neutro. En este estado se dice que el aminoácido se encuentra en su forma de ion dipolar o zwitterión.

Clasificación

• Existen muchas formas de clasificar los aminoácidos; las tres formas que se presentan a continuación son las más comunes:

• Según las propiedades de su cadena• Según su obtención *Aminoácidos esenciales sólo para los niños. *Aminoácidos semiesenciales (Los necesitan infantes

prematuros y adultos con enfermedades específicas).

Según las propiedades de su cadena

Los aminoácidos se clasifican habitualmente según las propiedades de su cadena lateral:•Neutros polares, polares o hidrófilos : Serina (Ser, S), Treonina (Thr, T), Cisteína (Cys, C), Asparagina (Asn, N), Glutamina (Gln, Q) y Tirosina (Tyr, Y).•Neutros no polares, apolares o hidrófobos: Glicina (Gly, G), Alanina (Ala, A), Valina (Val, V), Leucina (Leu, L), Isoleucina (Ile, I), Metionina (Met, M), Prolina (Pro, P), Fenilalanina (Phe, F) y Triptófano (Trp, W).•Con carga negativa, o ácidos: Ácido aspártico (Asp, D) y Ácido glutámico (Glu, E).•Con carga positiva, o básicos: Lisina (Lys, K), Arginina (Arg, R) e Histidina (His, H).•Aromáticos: Fenilalanina (Phe, F), Tirosina (Tyr, Y) y Triptófano (Trp, W) (ya incluidos en los grupos neutros polares y neutros no polares).

Según su obtención

La carencia de a.a esenciales en la dieta limita el desarrollo del organismo, ya que no es posible reponer las células de los tejidos que mueren o crear tejidos nuevos, en el caso del crecimiento. Para el ser humano, los aminoácidos esenciales son:

1. Valina (Val)2. Leucina (Leu)3. Treonina (Thr)4. Lisina (Lys)5. Triptófano (Trp)6. Histidina (His) 7. Fenilalanina (Phe)8. Isoleucina (Ile)9. Arginina (Arg) 10. Metionina (Met)

Los aminoácidos que pueden ser sintetizados por el cuerpo se conocen como no esenciales y son:

1. Alanina (Ala)2. Prolina (Pro)3. Glicina (Gly)4. Serina (Ser)5. Cisteína (Cys)6. Asparagina (Asn)7. Glutamina (Gln)8. Tirosina (Tyr)9. Ácido aspártico (Asp)10. Ácido glutámico (Glu)

Los datos actuales en cuanto al número de aminoácidos y de enzimas ARNt sintasas se contradicen hasta el

momento, puesto que se ha comprobado que existen 22

aminoácidos distintos que intervienen en la composición de las cadenas

polipeptídicas y que las enzimas ARNt sintetasas no son siempre exclusivas

para cada aminoácido. El aminoácido número 21 es la Selenocisteína que aparece en eucariotas y procariotas y

el número 22 la Pirrolisina, que aparece sólo en arqueas o

arqueobacterias.

Aminoácidos modificados

• Las modificaciones postraducción de los 20 aminoácidos codificados genéticamente conducen a la formación de 100 o más derivados de los aminoácidos. Las modificaciones de los aminoácidos juegan con frecuencia un papel de gran importancia en la correcta funcionalidad de la proteína.

Ej. la traducción comienza con en codón "AUG" que es además de señal de inicio significa el aminoácido metionina, que casi siempre es eliminada por proteólisis.

• Algunos aminoácidos no proteicos actúan como neurotransmisores, vitaminas, etc. Por ejemplo, la beta-alanina, el ácido gamma-aminobutírico (GABA) o la biotina.

Tarea: Consultar las propiedades, funciones y la fuente alimenticia de cada uno de los aminoácidos esenciales. Ojo: evaluación.

ALGUNAS PROTEINAS IMPORTANTESALGUNAS PROTEINAS IMPORTANTES

Hemoglobina• Formada por 4 cadena proteicas (globinas: 2 y 2).• Cada cadena de globina tiene un grupo hemo.• Cada Fe+2 puede unirse a una molécula de O2 (unión débil,

reversible, no covalente)• Cada molécula de hemoglobina puede transportar hasta 4

moléculas de O2.

IMPORTANCIA EN EL ORGANISMO:

Transporte de O2 en la sangre

Transporte de O2:

Disuelto en plasma (2%)Unido a Hemoglobina (98%)

Sangre con CO2Sangre con O2

Hemoglobina

Análisis:

El análisis de electroforesis electroforesis de hemoglobina mide los tipos de hemoglobina que se encuentran en el torrente sanguíneo.

La hemoglobina, la proteína presente en los glóbulos rojos que transporta oxígeno, tiene varias formas moleculares, algunas normales y otras anormales. La hemoglobina normal transporta y libera oxígeno de manera eficiente, mientras que la anormal no.

El proceso de electroforesis aprovecha el hecho de que los tipos de hemoglobinas tienen diferentes cargas eléctricas. Durante la electroforesis, una corriente eléctrica pasa a través de la hemoglobina en la muestra de sangre de una persona, lo cual hace que los tipos de hemoglobina se separen en diferentes momentos y formen bandas. Al comparar la forma en la que se separan con la de una muestra de sangre normal, los médicos pueden ver los tipos y las cantidades de hemoglobina existentes en la muestra de sangre.

Algunos de los tipos más comunes de hemoglobina normal son los siguientes:

Hemoglobina F: el tipo normal que se encuentra en el feto y en el recién nacido. Es reemplazada por la hemoglobina A después del nacimiento.

Hemoglobina A: el tipo normal que se encuentra con más frecuencia en niños y adultos sanos.

Hemoglobinas S, C, D, E, M y cientos de tipos no muy comunes: los tipos de hemoglobina anormal.

• La mioglobina es una hemoproteína muscular, estructuralmente y funcionalmente muy parecida a la hemoglobina.

• Proteína relativamente pequeña constituida por una cadena polipeptídica de 153 residuos aminoacídicos que contiene un grupo hemo con un átomo de hierro, y cuya función es la de almacenar y transportar oxígeno.

• También se denomina miohemoglobina o hemoglobina muscular.

Mioglobina

• Las mayores concentraciones de mioglobina se encuentran en el músculo esquelético y en el músculo cardíaco, donde se requieren grandes cantidades de O2 para satisfacer la demanda energética de las contracciones.

• La mioglobina fue la primera proteína a la que se determinó su estructura tridimensional por cristalografía de rayos X en 1957. Es una proteína extremadamente compacta y globular, en la que la mayoría de los aminoácidos hidrofóbicos se encuentran en el interior y muchos de los residuos polares expuestos en la superficie.

• Alrededor del 78% de la estructura secundaria tiene una conformación de a-hélice.

• Existen ocho segmentos de a-hélice en la mioglobina, designados de la A a la H.

• Dentro de una cavidad hidrofóbica de la proteína se encuentra el grupo prostético hemo. Esta unidad no polipeptídica se encuentra unida de manera no covalente a la mioglobina y es esencial para la actividad biológica de unión de O2 de la proteína.

• En el centro de este anillo existe un hierro ferroso (Fe+2). En el caso del citocromo la oxidación y reducción del átomo de hierro son esenciales para la actividad biológica. Para la mioglobina y la hemoglobina la oxidación del Fe+2 destruye su actividad biológica.

• El movimiento en el anillo Hem produce un cambio conformacional de algunas regiones de la proteína, lo que favorece la liberación de oxígeno en las células deficientes de oxígeno, en donde éste se requiere para la generación de energía metabólica dependiente de ATP.

Afinidad de la hemoglobina y la mioglobina por el oxígeno

Mioglobina. Sistema de almacenaje de O2

Transporte de CO2

• 70 % en forma de bicarbonato (anhidrasa carbónica)

• 20 % unido a hemoglobina (carbamino-Hb)

• 10 % disuelto en plasma

Hb-O2

CO2

O2

Anhidrasa carbónica

Tejidos corporales Capilares sanguíneos

Transporte de CO2 en sangre

Hb

O2

Hb

Transporte de CO2 en sangre

O2Hb-O2

CO2

O2

Anhidrasa carbónica

Reacciones de carga y descarga

Oxihemoglobina(con O2)

Desoxihemoglobina(sin O2)

Reacción de descargaLos eritrocitos con oxihemoglobina descargan el O2 a los tejidos

Reacción de carga

Los eritrocitos con desoxihemoglobi

naa su paso por los

pulmones captan el O2

DesoxiHb +O2 OxiHb Pulmones

Tejidos

IMPORTANCIA EN ALIMENTOS

Tipos de mioglobina: