Proteine: denaturazione e modifiche strutturali, E-campus Università

Proteine e Denaturazione

e CAMPUS UNIVERSITÀ Psicologia Proteine 3 Le proteine possono essere soggette a molti altri cambiamenti, spesso inclusi sotto il nome generico di denaturazione. La denaturazione può avere particolare importanza sotto il profilo sia nutrizionale che tecnologico.

Definizione di Denaturazione Proteica

DENATURAZIONE Si definisce tale ogni modifica della struttura secondaria, terziaria e/o quaternaria delle proteine, che non implichi la rottura dei legami peptidici, in cui cioè rimanga integra la struttura primaria.

La perdita della struttura primaria è invece molto più difficile: In questo caso sono responsabili o degli enzimi peptidici o un processo di idrolisi acida/basica ad hoc.

Fattori che Determinano la Denaturazione

La denaturazione può essere determinata da vari fattori: PH, temperatura, forza ionica, stress meccanico, pressione osmotica. Per cui molti processi tecnologici come la cottura, il congelamento, l'essiccazione, l'irraggiamento portano alla denaturazione. E' fondamentale conoscere i principi generali della denaturazione e le caratteristiche specifiche delle principali proteine alimentari in modo da poterla regolare ed indirizzare a proprio piacimento, al fine di ottenere determinate caratteristiche nel prodotto voluto 1 C 2007 - 2016 Università degli Studi eCampus - Via Isimbardi 10 - 22060 Novedrate (Co)- C.F. 9002752130 - Tel: 031.79421 - Fax: 031.7942501 - Mail: info@uniecampus.ite CAMPUS UNIVERSITÀ Psicologia

Stato e Irreversibilità della Denaturazione

La proteina, in seguito a denaturazione, passa da uno stato organizzato ad uno più disordinato. La denaturazione è un processo che comporta numerose condizioni intermedie tra la proteina allo stato nativo e quella totalmente denaturata. In genere, la denaturazione è un processo irreversibile

Cambiamenti Fisici, Chimici e Biologici

Con la denaturazione si verificano cambiamenti delle caratteristiche fisiche, chimiche e biologiche delle proteine, quali:

1. Diminuzione della solubilità dovuta al cambiamento di conformazione ed esposizione dei gruppi idrofobici normalmente racchiusi all'interno della proteina;
2. Aggregazione e coagulazione, con formazione di micelle che raggiungono dimensioni tali da rimanere in soluzione oppure precipitare;
3. Perdita dell'attività biologica (ormoni, enzimi, anticorpi, ecc.);
4. Variazione delle proprietà ottiche, elettrochimiche e della capacità di idratazione (che in genere aumenta);
5. Incremento della sensibilità agli enzimi proteolitici per l'esposizione dei legami peptidici: le proteine alimentari, in seguito a trattamenti termici moderati, diventano più digeribile 2 C 2007 - 2016 Università degli Studi eCampus - Via Isimbardi 10 - 22060 Novedrate (Co)- C.F. 9002752130 - Tel: 031.79421 - Fax: 031.7942501 - Mail: info@uniecampus.ite CAMPUS UNIVERSITÀ Psicologia

Biodisponibilità delle Proteine

6. La biodisponibilità dipende della digeribilità della proteina ovvero dalla facilità con cui vengono idrolizzati i legami peptidici rendendo assimilabili i peptidi e gli amino acidi che la compongono. Le proteine animali, anche quelle dei derivati, sono più facilmente denaturabili e digeribili rispetto a quelle vegetali. La biodisponibilità dipende molto dalla suscettibilità alla denaturazione e anche al livello di modificazioni post tradizionali e alle derivatizzazioni indotte dai processi termici. La biodisponibilità delle proteine vegetali, che sono in genere molto resistenti alla denaturazione , migliora molto con i processi. Invece, in prodotti in cui un'estesa Reazione di Maillard provoca una reticolazione delle proteine la biodisponibilità delle proteine coinvolte (non solo degli amminoacidi direttamente coinvolti nella reazione) diminuisce.

Modifiche delle Proteine e degli Amminoacidi Dovute al Calore

Modificazioni degli Alimenti

Modificazioni degli alimenti Le modifiche dovute all'azione delle alte temperature riguardano:

1. La denaturazione delle proteine
2. La modificazione delle catene laterali degli amminoacidi
3. L'interazione delle proteine con altri composti, in particolare con i glucidi (Reazione di Maillard)
4. Le trasformazioni in cottura 3 C 2007 - 2016 Università degli Studi eCampus - Via Isimbardi 10 - 22060 Novedrate (Co)- C.F. 9002752130 - Tel: 031.79421 - Fax: 031.7942501 - Mail: info@uniecampus.ite CAMPUS UNIVERSITÀ Psicologia

Effetti del Calore sulla Forma Nativa delle Proteine

Il calore rompe i legami che stabilizzano la forma nativa delle proteine. La scissione dei ponti disolfurici S-S può essere seguita dalla liberazione di solfuro di idrogeno H2S che conferisce, ad esempio, il tipico odore al latte bollito. Pochissime proteine sopportano temperature superiori ai 60℃ per un tempo prolungato, anche se diversi fattori contribuiscono a far aumentare o diminuire la sensibilità al calore:

1. Natura stessa delle proteine
2. Concentrazione
3. Presenza di ioni
4. pH
5. aw

Modifica della Catena Laterale degli Amminoacidi

Modifica della catena laterale degli amminoacidi Il calore (> 100°℃) è in grado di provocare alterazioni chimiche delle catene laterali degli amminoacidi che, talvolta, equivalgono ad una vera e propria distruzione. Le principali modifiche consistono:

1. Desulfurazione dei residui di cisteina e cistina, con liberazione di solfuro di idrogeno (H2S), che conferisce la classica puzza d'uovo;
2. Deammidazione di glutammina ed asparagina con risultante formazione di NH4+. L'ammonio prodotto è un ottimo reagente per la reazione di Maillard . 4 C 2007 - 2016 Università degli Studi eCampus - Via Isimbardi 10 - 22060 Novedrate (Co)- C.F. 9002752130 - Tel: 031.79421 - Fax: 031.7942501 - Mail: info@uniecampus.ite CAMPUS UNIVERSITÀ Psicologia
3. Disidratazione, per ß-eliminazione, con formazione della deidro-alanina (DHA). Si ha a spese della fosfoserina e della cisteina (in questo caso con liberazione di H2S). La presenza di alcali favorisce la degradazione. Deidro- alanina
4. La molecola di DHA è labile e permette la formazione di ponti covalenti. La reazione spontanea con un residuo di lisina determina la formazione della lisinoalanina (LAL) con formazione di aggregati proteici.

Fattori che Influenzano la Formazione di Lisinoalanina (LAL)

Tra i fattori che influenzano la formazione di LAL i più comuni sono:

• pH
• temperatura,
• durata del trattamento termico
• contenuto d'acqua delle proteine.

Questo legame costituisce un blocco della lisina che è un amminoacido essenziale. Oltre l'effetto d'indisponibilità della lisina e della cisteina, che sono fattori limitanti sul piano nutrizionale, è stato osservato, su cavie di laboratorio, che la LAL ha un effetto tossico sui reni.

Formazione di Legami Isopeptidici

5. Formazione di legami isopeptidici tra il gruppo 8-amminico della lisina e i gruppi ammidici della glutammina/glutammico e dell'asparagina/aspartico. 5 C 2007 - 2016 Università degli Studi eCampus - Via Isimbardi 10 - 22060 Novedrate (Co)- C.F. 9002752130 - Tel: 031.79421 - Fax: 031.7942501 - Mail: info@uniecampus.ite CAMPUS UNIVERSITÀ Psicologia

Conseguenze dei Legami Isopeptidici

Ciò determina una resistenza agli enzimi proteolitici e riduzione della lisina biodisponibile.

Formazione di Derivati Ciclici

Formazione di derivati ciclici dotati, alcuni, di potere mutageno. Sono noti, per esempio, quelli che si formano dal triptofano. Questi composti si formano durante la cottura delle carni alla griglia, quando la temperatura dell'alimento supera i 200°C. È noto che un numero di ammine eterocicliche mutagene si forma dalla pirolisi degli amminoacidi. In generale, con i comuni trattamenti delle sostanze alimentari, queste modifiche avvengono in modo limitato per cui non hanno importanti ripercussioni sul piano nutrizionale.

Denaturazione e Coagulazione in Cottura

Le proteine durante la cottura si denaturano, in alcuni casi coagulano, con cambiamento dello stato fisico, come succede, ad esempio, all'albume dell'uovo. L'idrolisi del legame peptidico si verifica frequentemente, soprattutto se l'ambiente è acido: questa trasformazione non modifica minimamente il valore nutritivo dell'alimento che, anzi, risulta più digeribile. In presenza di zuccheri, può avvenire la reazione di Maillard. 6 C 2007 - 2016 Università degli Studi eCampus - Via Isimbardi 10 - 22060 Novedrate (Co)- C.F. 9002752130 - Tel: 031.79421 - Fax: 031.7942501 - Mail: info@uniecampus.ite CAMPUS UNIVERSITÀ Psicologia

Furosina nel Latte

Nel latte, di particolare interesse, è la furosina (o s-furoilmetil-lisina), che normalmente non è presente nel latte, anche se è normalmente riscontrabile nel latte di massa, (2-6 mg/100 g proteine). Si forma quale derivato dagli amminoacidi, in particolare da s-fruttosio-lisina, mediante idrolisi acida, quale composto di formazione della reazione di Maillard.

Modifiche Dovute ai Microrganismi

• Desulfurazione: chimicamente è la stessa reazione descritta sopra ma se avviene ad opera di batteri è in genere indice di una profonda contaminazione del prodotto
• Decarbossilazione (AA amminici): Si ha la formazione di ammine biogene dall'odore più che sgradevole. Le ammine biogene sono delle diammine derivate dagli ammino acidi basici: da lisina, istidina e arginina otteniamo rispettivamente, cadaverina, istamina e putrescina).

Proprietà Funzionali delle Proteine

Influenza sulle Proprietà Strutturali degli Alimenti

Proprietà funzionali delle proteine Negli alimenti, le proteine influenzano fortemente le proprietà strutturali. Le loro tre caratteristiche fondamentali che vanno ad influenzare la struttura di un prodotto sono:

• Capacità di interagire con l'acqua (idratabilità e solubilità)
• Capacità di interagire con altre proteine (aggregazione: precipitazione o gelificazione)
• Proprietà tensioattive/di superficie (emulsioni o schiume)

Caratteristiche e Fenomeni Correlati

Proprietà funzionali delle proteine Le proprietà funzionali sono tutte quelle proprietà che contribuiscono a determinare alcuni caratteri organolettici degli alimenti come aspetto e consistenza e che influenzano il loro comportamento durante le trasformazioni alimentari. Le proteine hanno diverse caratteristiche: assorbono l'acqua si rigonfiano sono solubili sono viscose formano gel,schiume, emulsioni questi fenomeni sono legati a diverse loro proprietà: di idratazione: stabiliscono legami con le molecole d'acqua di interazione con le altre proteine di superficie 8 C 2007- 2016 Università degli Studi eCampus - Via Isimbardi 10 - 22060 Novedrate (Co)- C.F. 9002752130 - Tel: 031.79421 - Fax: 031.7942501 - Mail: info@uniecampus.it