Propriedades e funções das proteínas

A estrutura e as propriedades das proteínas podem mudar sob a influência de vários fatores físico-químicos: a ação de ácidos e álcalis concentrados, metais pesados, mudanças de temperatura, etc. Algumas das proteínas mudam facilmente sua estrutura sob a influência de vários fatores, outras são resistentes a tais influências. As principais propriedades de uma proteína são desnaturação, renaturação e destruição.

Desnaturação

Desnaturação - Este é um processo de perturbação da estrutura natural de uma proteína, mantendo as ligações peptídicas (estrutura primária). Talvez irreversível processo. Mas se a ação dos fatores negativos cessar nos primeiros estágios, a proteína pode restaurar seu estado normal, ou seja, ocorre a desnaturação reversa - renaturação.

Renaturalização

Renaturalização é a capacidade de uma proteína de restaurar sua estrutura normal após a eliminação da ação de fatores negativos. O desempenho de algumas funções - motoras, sinalizadoras, catalíticas, etc. - nos organismos vivos está associado à desnaturação reversa parcial das proteínas.

Destruição

Destruição é o processo de destruição da estrutura primária da proteína. É sempre um processo irreversível.

Funções das proteínas

As proteínas desempenham as seguintes funções principais:

1. Estrutural (construção). Eles fazem parte de membranas, microtúbulos e microfilamentos que atuam como citoesqueleto. As ligações contêm proteína de elastina, cabelos, unhas e penas contêm proteína de queratina, cartilagem e tendões contêm proteína de colágeno, ossos contêm proteína de oseína.
2. Protetor. Os linfócitos produzem proteínas especializadas - anticorpos que são capazes de reconhecer e neutralizar bactérias, vírus, proteínas estranhas ao corpo. As proteínas fibrina, tromboplastina e trombina estão envolvidas nos processos de coagulação sanguínea. Eles evitam perda significativa de sangue. Em resposta ao ataque de patógenos, as plantas também sintetizam diversas proteínas de defesa.
3. Sinal. Proporciona absorção seletiva pela célula de determinadas substâncias e contribui para a sua proteção. Ao mesmo tempo, proteínas complexas individuais das membranas celulares são capazes de reconhecer certos compostos químicos e responder a eles. Eles se ligam a elas ou alteram sua estrutura e transmitem sinais sobre essas substâncias para outras partes da membrana ou profundamente na célula.

1. Motor (contrátil). Fornece a capacidade da célula de se mover, mudar de forma. Por exemplo, as proteínas contráteis actina e miosina funcionam no músculo esquelético e em muitas outras células. Os microtúbulos dos cílios e flagelos das células eucarióticas contêm a proteína tubulina.
2. Regulatório. São hormônios de natureza proteica em animais que regulam o crescimento, a puberdade, os ciclos sexuais, as alterações do tegumento, etc. Algumas proteínas regulam a atividade metabólica.
3. Transporte. As proteínas transportam íons inorgânicos, gases (oxigênio, dióxido de carbono), substâncias orgânicas específicas. As proteínas de transporte são encontradas nas membranas celulares, nos glóbulos vermelhos, etc. Existem proteínas de transporte no sangue que reconhecem e ligam certos hormônios e os transportam para certas células. Por exemplo, a hemocianina (proteína azul) em invertebrados, a hemoglobina em vertebrados transporta oxigênio.
4. reserva. Eles podem ser armazenados no endosperma das sementes de muitas plantas (em cereais de 15 a 25%, leguminosas - até 45%), em ovos de pássaros, répteis, etc.
5. Nutritivo. O embrião da semente de algumas plantas consome proteínas nos primeiros estágios de desenvolvimento, que ficam depositadas na reserva.
6. Energia. Quando as proteínas são quebradas, a energia é liberada. Os aminoácidos, que foram formados durante a quebra das proteínas, são usados ​​para a biossíntese de proteínas necessárias ao corpo ou são decompostos para liberar energia. Com a quebra completa de 1 g de proteínas, são liberados em média 17,2 kJ de energia. Porém, as proteínas como fonte de energia são muito raramente utilizadas, principalmente quando as reservas de carboidratos e gorduras se esgotam.
7. Enzimático (catalítico). Essa função é desempenhada por proteínas - enzimas que aceleram as reações bioquímicas do corpo.
8. Função anticongelante. O plasma sanguíneo de alguns organismos vivos contém proteínas que impedem o congelamento em baixas temperaturas.

Alguns organismos que vivem em condições quentes possuem proteínas que não desnaturam mesmo a uma temperatura de +50 a 90 °C.

Algumas proteínas formam complexos complexos com pigmentos, ácidos nucléicos.

Desnaturação de proteínas- trata-se de uma violação da estrutura espacial nativa de uma molécula de proteína sob a influência de diversas influências externas, acompanhada por uma alteração em suas propriedades físico-químicas e biológicas. Nesse caso, as estruturas secundárias e terciárias da molécula proteica são violadas, enquanto a primária, via de regra, é preservada.

A desnaturação das proteínas ocorre durante o aquecimento e congelamento de produtos alimentícios sob a influência de várias radiações, ácidos, álcalis, influências mecânicas acentuadas e outros fatores.

Durante a desnaturação das proteínas, ocorrem as seguintes alterações principais:

A solubilidade das proteínas diminui acentuadamente;

Perda de atividade biológica, capacidade de hidratação e especificidade da espécie;

Melhora o ataque por enzimas proteolíticas;

A reatividade das proteínas aumenta;

Ocorre agregação de moléculas de proteína;

A carga de uma molécula de proteína é zero.

A perda da atividade biológica das proteínas como resultado da desnaturação térmica leva à inativação de enzimas e à morte de microrganismos.

Como resultado da perda da especificidade das espécies pelas proteínas, o valor nutricional do produto não diminui.

Considere a desnaturação térmica mais comum de moléculas de proteínas, acompanhada pela destruição de ligações cruzadas fracas entre cadeias polipeptídicas e pelo enfraquecimento de interações hidrofóbicas e outras interações entre cadeias de proteínas. Como resultado, a conformação das cadeias polipeptídicas na molécula de proteína muda. Por exemplo, as proteínas fibrilares mudam sua elasticidade; nas proteínas globulares, os glóbulos de proteína se desdobram com subsequente dobramento em um novo tipo. Ligações fortes (covalentes) da molécula de proteína não são quebradas neste caso. As proteínas globulares alteram a solubilidade, a viscosidade, as propriedades osmóticas e a mobilidade eletroforética.

Cada proteína tem uma temperatura de desnaturação específica (t). Para proteínas de peixe t = 30 0С, clara de ovo t = 55 0С, carne t = 55…60 0С, etc.

Em valores de pH próximos ao ponto isoeletrolítico da proteína, a desnaturação ocorre em temperatura mais baixa e é acompanhada pela desidratação máxima da proteína. A mudança no pH do meio contribui para um aumento na estabilidade térmica das proteínas.

Mudanças direcionais no pH do meio são amplamente utilizadas em tecnologia para melhorar a qualidade dos alimentos. Assim, ao estufar carne, peixe, marinar, ácido, vinho ou outros temperos ácidos são adicionados antes da fritura para criar um ambiente ácido com valores de pH abaixo do ponto isoelétrico das proteínas do produto. Nessas condições, a desidratação das proteínas dos produtos diminui e o prato final fica mais suculento.

A temperatura de desnaturação das proteínas aumenta na presença de outras proteínas mais termoestáveis ​​e de algumas substâncias não proteicas, como a sacarose.

A desnaturação de algumas proteínas pode ocorrer sem alterações visíveis na solução proteica (por exemplo, caseína do leite). Os alimentos cozinhados podem conter algumas proteínas nativas não desnaturadas, incluindo certas enzimas.

As proteínas desnaturadas são capazes de interagir umas com as outras. Ao agregar devido a ligações intermoleculares entre moléculas de proteína desnaturadas, formam-se tanto fortes, por exemplo, ligações dissulfeto, quanto fracas, por exemplo, ligações de hidrogênio.

Quando agregadas, formam-se partículas maiores. Por exemplo, quando o leite é fervido, flocos de lactoalbumina desnaturada precipitam, flocos e espuma de proteínas se formam na superfície dos caldos de carne e peixe.

Quando as proteínas são desnaturadas em soluções proteicas mais concentradas, como resultado de sua agregação, forma-se uma geleia que retém toda a água contida no sistema.

As principais alterações de desnaturação das proteínas musculares se completam ao atingir 65 0C, quando mais de 90% da quantidade total de proteínas é desnaturada. Em t = 70 0C, inicia-se a desnaturação da mioglobina e da hemoglobina, acompanhada pelo enfraquecimento da ligação entre a globina e o heme, que então se separa e, oxidado, muda de cor, fazendo com que a cor da carne se torne cinza-acastanhada .

Quando a carne é aquecida, ocorrem alterações significativas de desnaturação nas proteínas do tecido conjuntivo. O aquecimento do colágeno em ambiente úmido a t = 58...62 0C provoca sua "soldagem", que enfraquece e quebra parte das ligações de hidrogênio que mantêm as cadeias polipeptídicas em uma estrutura tridimensional. Ao mesmo tempo, as cadeias polipeptídicas dobram-se e torcem-se, surgem novas ligações de hidrogénio entre elas, que têm um carácter aleatório. Como resultado, as fibras de colágeno encurtam e engrossam.

O colágeno submetido à desnaturação térmica torna-se mais elástico e absorvente, sua resistência é significativamente reduzida. A reatividade do colágeno também aumenta, ficando mais acessível à ação da pepsina e da tripsina, o que aumenta sua digestibilidade. Todas essas mudanças são maiores quanto maior a temperatura e mais longo o aquecimento.

desnaturação- mudanças significativas nas propriedades naturais de uma substância sob a influência de influências químicas ou físicas. O termo "desnaturação" é geralmente aplicado a proteínas (ver). Violação da estrutura única nativa sob a influência de aumento de temperatura, alta pressão hidrostática, ultrassom, radiação ionizante, mudanças bruscas de pH, adição de algum produto químico. substâncias que quebram ligações não covalentes (por exemplo, uréia, sais de guanidina, trifluoroacéticos ou tricloroacéticos to-t), são chamadas de termo geral "desnaturação de proteínas". A molécula de proteína nativa é caracterizada por uma ordem interna, suportada por um sistema de ligações não covalentes entre numerosos elementos estruturais. Com D., essa ordem é violada. As ligações covalentes (químicas) em uma molécula de proteína não são afetadas durante D., e a estrutura primária da proteína é preservada. Estruturas de ordens superiores – secundárias ou terciárias – são violadas completa ou em grande medida. A mudança no estado nativo das moléculas, semelhante às proteínas de D., também é conhecida pelos ácidos nucléicos (ver).

Proteínas biologicamente ativas - enzimas, anticorpos, etc. - são inativadas durante D.. A razão disto é que no decorrer de D. os centros ativos - sítios precisamente organizados de moléculas protéicas que são diretamente responsáveis ​​pelo biol correspondente, a função quebra-se. Físico-químico. as modificações que acompanham D. também se unem com a violação da estrutura ordenada da proteína. Deste modo, em D. os sítios espiralizados de uma cadeia polipeptídica quebram-se (até vário grau), que se fixa pelos turnos espectropolarimétricos correspondentes. A transição da cadeia polipeptídica da proteína de um estado densamente compactado para um estado desordenado e móvel causa uma mudança na viscosidade e outras propriedades hidrodinâmicas de suas soluções. No estado D., quando a cadeia polipeptídica se torna mais móvel, a reatividade total do produto químico aumenta. grupos está aumentando. Sulfidrila (SH-) não titulável (ou seja, não reativa) e alguns outros grupos presentes em muitas proteínas nativas são geralmente titulados após D. A interação de proteínas com certos corantes aumenta dramaticamente como resultado de D. Devido ao aumento da disponibilidade e aumentar a reatividade de vários produtos químicos. grupos em D. o grau de interação entre moléculas protéicas separadas muito fortemente aumenta. No estado desnaturado, as proteínas agregam-se prontamente, isto é, as proteínas desnaturadas são facilmente precipitadas, coaguladas ou latinizadas. Para preservar a proteína em estado dissolvido após D., é necessário o uso de substâncias solubilizantes - detergentes (ver), uréia, etc.

D. de proteínas é geralmente acompanhado por um aumento significativo no conteúdo de calor e entropia (ver Termodinâmica), embora essas mudanças dependam das condições ambientais. Nos casos mais simples, o sistema de D. aparentemente contém apenas duas formas de proteína - nativa e completamente desnaturada. À medida que D. progride, a proteína passa de uma forma para outra sem qualquer formação perceptível de quaisquer formas intermediárias e, conseqüentemente, toda a transição de desnaturação da molécula de proteína ocorre como um único salto. Noutros casos, a cinética de desnaturação indica a formação de várias formas não nativas relativamente estáveis ​​da proteína durante a reacção, o que corresponde a um padrão de transição mais complexo. Mas se durante D. a molécula de proteína sofre diversas transformações conformacionais, então cada uma delas é cooperativa, ou seja, inclui um grande número de reações interdependentes, consistindo na formação e quebra de ligações não covalentes.

No passado, D. era considerado um processo irreversível, como a transição de uma proteína para um estado que possui um nível mínimo de energia livre. Agora é bem sabido que D. é reversível.

Manual do Químico 21

Na verdade, a irreversibilidade iminente é criada, como se viu, por reações concomitantes - agregação de proteínas, oxidação de grupos SH com a formação de novas ligações dissulfeto (S-S), etc. o retorno da proteína ao seu estado nativo (renaturação) manifesta-se imediatamente após o término da ação do agente desnaturante.

Se D. é essencialmente físico. ordem de transição - um distúrbio, então o biol se manifesta claramente na renaturação, uma característica das proteínas é a capacidade de auto-organização, o caminho para o enxame é determinado pela estrutura da cadeia polipeptídica, ou seja, informação hereditária. Nas condições de uma célula viva, esta informação é provavelmente decisiva para a transformação de uma cadeia polipeptídica desordenada durante ou após a sua biossíntese no ribossomo numa molécula de proteína nativa.

Bibliografia: Belitser V. A. Macroestrutura e transformações de desnaturação de proteínas, Ukr. biochem., zhurn., v. 2, pág. 290, 1962, bibliografia; Zh sobre l e M. Química física de uma desnaturação de proteína, a pista com inglês. do inglês, M., 1968, bibliografia; Pt-ts y N O. B. Princípios físicos de auto-organização de cadeias de proteínas, Usp. moderno, biol., v. 69, c. 1, pág. 26, 1970, bibliografia; Anfinsen S. V. A formação e estabilização da estrutura proteica, Biochem. J., v. 128, pág. 737, 1972, bibliografia; Anfinsen G. B. a. Scheraga HA Aspectos experimentais e teóricos do enovelamento de proteínas, Advanc. Química de Proteínas, v. 29, pág. 205, 1975, bibliografia; Morawetz H. Taxa de transições conformacionais em macromoléculas biológicas e seus análogos, ibid., v. 26, pág. 243, 1972, bibliografia.

VA Belitzer.

Desnaturação de proteínas

Desnaturação- esta é uma violação da estrutura espacial nativa da molécula de proteína sob a influência de influências externas.

Tais influências externas incluem aquecimento (desnaturação térmica); agitação, chicotadas e outras influências mecânicas agudas (desnaturação da superfície); alta concentração de íons hidrogênio ou hidróxido (desnaturação ácida ou alcalina); desidratação intensiva durante a secagem e congelamento de produtos, etc.

Para os processos tecnológicos de produção de produtos de restauração pública, a desnaturação térmica das proteínas é da maior importância prática. Quando as proteínas são aquecidas, o movimento térmico dos átomos e cadeias polipeptídicas nas moléculas de proteína aumenta, como resultado da destruição das chamadas ligações cruzadas fracas entre cadeias polipeptídicas (por exemplo, de hidrogênio), e interações hidrofóbicas e outras entre as cadeias laterais também são enfraquecidas. Como resultado, a conformação das cadeias polipeptídicas na molécula de proteína muda. Nas proteínas globulares, os glóbulos de proteína se desdobram, seguidos de dobramento em um novo tipo; ligações fortes (covalentes) de uma molécula de proteína (peptídeo, dissulfeto) não são violadas durante esse rearranjo. A desnaturação térmica da proteína fibrilar de colágeno pode ser representada como fusão, pois como resultado da destruição de um grande número de ligações cruzadas entre cadeias polipeptídicas, sua estrutura fibrilar desaparece e as fibras de colágeno se transformam em uma massa vítrea contínua.

No rearranjo molecular das proteínas durante a desnaturação, um papel ativo pertence à água, que está envolvida na formação de uma nova estrutura conformacional da proteína desnaturada. Proteínas completamente desidratadas isoladas na forma cristalina são muito estáveis ​​e não desnaturam mesmo quando aquecidas por um longo período a uma temperatura de 100°C ou superior. O efeito desnaturante das influências externas é tanto mais forte quanto maior for a hidratação das proteínas e menor a sua concentração em solução.

A desnaturação é acompanhada por alterações nas propriedades mais importantes da proteína: perda de atividade biológica, especificidade da espécie, capacidade de hidratar (dissolver, inchar); melhor ataque de enzimas proteolíticas (inclusive digestivas); aumentando a reatividade das proteínas; agregação de moléculas de proteínas.

A perda da atividade biológica das proteínas em decorrência de sua desnaturação térmica leva à inativação de enzimas contidas nas células vegetais e animais, bem como à morte de microrganismos que entram nos produtos durante sua produção, transporte e armazenamento. Em geral, esse processo é avaliado positivamente, pois o produto acabado, na ausência de sua recontaminação com microrganismos, pode ser armazenado por um tempo relativamente longo (resfriado ou congelado).

Como resultado da perda da especificidade das espécies pelas proteínas, o valor nutricional do produto não diminui. Em alguns casos, essa propriedade das proteínas é utilizada para controlar o processo tecnológico. Por exemplo, alterando a cor da cromoproteína da carne - mioglobina de vermelho para marrom claro, avalia-se a prontidão culinária da maioria dos pratos de carne.

A perda da capacidade de hidratação das proteínas é explicada pelo fato de que quando a conformação das cadeias polipeptídicas muda, grupos hidrofóbicos aparecem na superfície das moléculas proteicas e os hidrofílicos são bloqueados como resultado da formação de ligações intramoleculares.

Melhoria da hidrólise da proteína desnaturada por enzimas proteolíticas, aumento de sua sensibilidade a muitos reagentes químicos é explicada pelo fato de que na proteína nativa os grupos peptídicos e muitos grupos funcionais (reativos) são protegidos por uma camada de hidratação externa ou estão localizados dentro da proteína glóbulo e, portanto, protegido de influências externas.

Durante a desnaturação, esses grupos aparecem na superfície da molécula de proteína.

Agregação - esta é a interação de moléculas de proteínas desnaturadas, como resultado da formação de ligações intermoleculares, tanto fortes, por exemplo, dissulfeto, quanto numerosas ligações fracas.

A consequência da agregação de moléculas de proteínas é a formação de partículas maiores. As consequências da agregação adicional de partículas de proteína são diferentes dependendo da concentração de proteína na solução. Em soluções de baixa concentração, formam-se flocos de proteínas que precipitam ou flutuam na superfície do líquido (muitas vezes com formação de espuma). Exemplos desse tipo de agregação são a precipitação de flocos de lactoalbumina desnaturada (quando o leite é fervido), a formação de flocos e espuma de proteínas na superfície dos caldos de carne e peixe. A concentração de proteínas nestas soluções não ultrapassa 1%.

Quando as proteínas são desnaturadas em soluções proteicas mais concentradas, como resultado de sua agregação, forma-se uma geleia contínua que retém toda a água contida no sistema. Este tipo de agregação de proteínas é observado durante o tratamento térmico de carnes, peixes, ovos e diversas misturas à base deles. A concentração ideal de proteína na qual as soluções proteicas formam uma geleia sólida sob condições de aquecimento é desconhecida. Tendo em conta que a capacidade das proteínas para a formação de gel depende da configuração (assimetria) das moléculas, deve-se assumir que os limites de concentração especificados são diferentes para diferentes proteínas.

Proteínas no estado de geleias mais ou menos aguadas são compactadas durante a desnaturação térmica, ou seja, sua desidratação ocorre com a separação do líquido no meio ambiente. A geleia submetida ao aquecimento, via de regra, apresenta menor volume, massa, plasticidade, além de maior resistência mecânica e maior elasticidade em relação à geleia original de proteínas nativas. Essas alterações também são consequência da agregação de moléculas de proteínas desnaturadas. As características reológicas dessas geleias compactadas dependem da temperatura, do pH do meio e da duração do aquecimento.

A desnaturação das proteínas nas geleias, acompanhada de sua compactação e separação da água, ocorre durante o tratamento térmico de carnes, peixes, cozimento de legumes e produtos de massa para panificação.

Cada proteína tem uma temperatura de desnaturação específica. Em produtos alimentícios e produtos semiacabados, costuma-se observar o nível de temperatura mais baixo, no qual começam as mudanças visíveis de desnaturação nas proteínas mais lábeis. Por exemplo, para proteínas de peixe, esta temperatura é de cerca de 30 C, clara de ovo - 55 C.

Em valores de pH próximos ao ponto isoelétrico da proteína, a desnaturação ocorre em temperatura mais baixa e é acompanhada pela desidratação máxima da proteína. A mudança do pH do meio em uma direção ou outra do ponto isoelétrico da proteína contribui para um aumento na sua estabilidade térmica. Assim, a globulina X isolada do tecido muscular do peixe, que possui ponto isoelétrico em pH 6,0, desnatura a 50 °C em meio levemente ácido (pH 6,5) e a 80 °C em meio neutro (pH 7,0).

A reação do meio ambiente também afeta o grau de desidratação das proteínas da geleia durante o tratamento térmico dos produtos. Uma mudança direcionada na reação do meio ambiente é amplamente utilizada em tecnologia para melhorar a qualidade dos pratos.

O que é desnaturação de proteínas

Assim, ao estufar aves, peixes, estufar carnes, marinar carnes e peixes, adiciona-se ácido, vinho ou outros temperos ácidos antes da fritura para criar um ambiente ácido com valores de pH significativamente inferiores ao ponto isoelétrico das proteínas do produto. Nessas condições, a desidratação das proteínas da geleia é reduzida e o produto final fica mais suculento.

Num ambiente ácido, o colagénio da carne e do peixe incha, a sua temperatura de desnaturação diminui, a transição para a glutina é acelerada, pelo que o produto final fica mais macio.

A temperatura de desnaturação das proteínas aumenta na presença de outras proteínas mais termoestáveis ​​e de algumas substâncias de natureza não proteica, como a sacarose. Esta propriedade das proteínas é utilizada quando, durante o tratamento térmico, é necessário aumentar a temperatura da mistura (por exemplo, para fins de pasteurização), evitando a desnaturação das proteínas. A desnaturação térmica de algumas proteínas pode ocorrer sem alterações visíveis na solução proteica, o que é observado, por exemplo, na caseína do leite.

Os alimentos cozinhados podem conter proteínas mais ou menos nativas e não desnaturadas, incluindo algumas enzimas.

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Labilidade da estrutura espacial das proteínas e sua desnaturação. Fatores que causam desnaturação.

A labilidade das proteínas é a tendência a ligeiras alterações na conformação devido à quebra de algumas e à formação de outras ligações fracas. A conformação de uma proteína pode mudar quando as propriedades químicas e físicas do meio mudam, bem como quando a proteína interage com outras moléculas. Nesse caso, ocorre uma mudança na estrutura espacial não só do sítio em contato com outra molécula, mas também da conformação como um todo.

A desnaturação é a perda da conformação nativa de uma proteína com a perda de uma função específica da proteína. Isso ocorre quando ligações numerosas, mas fracas, em uma molécula de proteína se quebram sob a influência de vários fatores. NO ENTANTO! Durante a desnaturação, as ligações peptídicas não são quebradas, a estrutura primária IRÁ... VIVERÁ...

Que fatores podem desnaturar uma proteína? Numerosos.
1. Aquecer, mais de 50 graus Celsius. O movimento térmico aumenta, as ligações se rompem.
2. Sacudir intensamente a solução quando há contato com o ar ambiente e há alteração na conformação das moléculas.
3. matéria orgânica(álcool etílico, fenol, etc.) capazes de interagir com grupos funcionais de aminoácidos, o que leva, adivinhe!, a uma alteração na conformação.
3. ácidos E álcalis, mudanças no pH do meio levam a uma redistribuição das ligações na proteína.
4. Sais de metais pesados, formam laços fortes com grupos funcionais, mudando a atividade e a conformação.
5. Detergentes(sabão) - contendo um radical hidrocarboneto hidrofóbico e um funkt hidrofílico. grupo. As regiões hidrofóbicas da proteína e do detergente encontram-se no complexo mundo da solução e alteram a conformação da proteína, mas não se acomodam, pois são sustentadas pelas regiões hidrofílicas do detergente.

14. Chaperonas são uma classe de proteínas que protegem outras proteínas da desnaturação sob condições celulares e facilitam a formação de sua conformação nativa.

Acompanhantes- proteínas que podem se ligar a outras proteínas que estão em estado instável e propenso à agregação. Eles são capazes de fornecer sua conformação, proporcionando o enovelamento de proteínas.

Eles são classificados da seguinte forma - por peso molecular em 6 grupos principais:
1. Alto peso molecular com peso molecular de 100 a 110 kD.
2.

Desnaturação de proteínas

Sh-90, de 83 a 90 kD.
3. Sh-70, de 66 a 78 kD.
4. Sh-60.
5. Sh-40.
6. Acompanhantes de baixo peso molecular de 15 a 30 kD.

Os acompanhantes incluem:
1. Constitutivo, seu número é constante na célula, independentemente das influências externas sobre ela.
2. indutível, proteínas de choque térmico, cuja rápida síntese é observada em quase todas as células expostas a qualquer estresse.

O complexo acompanhante tem alta afinidade por proteínas, em cuja superfície existem elementos característicos de moléculas desdobradas. Uma vez na cavidade do complexo chaperona, a proteína liga-se aos radicais hidrofóbicos das regiões apicais de III-60. No ambiente específico desta cavidade, na enumeração de possíveis conformações proteicas, até que seja encontrada uma única conformação energeticamente mais favorável.

15. Variedade de proteínas. Proteínas globulares e fibrilares, simples e complexas. Classificação das proteínas de acordo com suas funções biológicas e famílias: (serina proteases, imunoglobulinas).

CLASSIFICAÇÃO DE PROTEÍNAS PELA FORMA DE MOLÉCULAS

Esta é uma das classificações mais antigas que divide as proteínas em 2 grupos: globular E fibrilar. As proteínas globulares incluem proteínas cuja proporção dos eixos longitudinal e transversal não excede 1:10, e mais frequentemente é 1:3 ou 1:4, ou seja, a molécula de proteína tem a forma de uma elipse. A maioria das proteínas humanas individuais são chamadas de proteínas globulares. Possuem estrutura compacta e muitos deles, devido à remoção de radicais hidrofóbicos no interior da molécula, são altamente solúveis em água. Exemplos ilustrativos da estrutura e funcionamento das proteínas globulares são a mioglobina e as hemoglobinas discutidas acima.

fibrilar as proteínas têm uma estrutura alongada e filamentosa, na qual a proporção dos eixos longitudinal e transversal é superior a 1:10. As proteínas fibrilares incluem colágeno, elastina, queratina, que desempenham uma função estrutural no corpo humano, bem como a miosina, que está envolvida na contração muscular, e a fibrina, uma proteína do sistema de coagulação sanguínea. Usando o exemplo do colágeno e da elastina, consideraremos as características estruturais dessas proteínas e a relação entre sua estrutura e função.

CLASSIFICAÇÃO DE PROTEÍNAS POR ESTRUTURA QUÍMICA

Proteínas simples

Algumas proteínas contêm apenas cadeias polipeptídicas constituídas por resíduos de aminoácidos. Eles são chamados de “proteínas simples”. Um exemplo de proteínas simples são as principais proteínas da cromatina - as histonas; eles contêm muitos resíduos de aminoácidos de lisina e arginina, cujos radicais têm carga positiva. A proteína da elastina da matriz extracelular discutida acima também é chamada de proteínas simples.

Proteínas complexas

No entanto, muitas proteínas, além das cadeias polipeptídicas, contêm contém uma parte não proteica ligados à proteína por ligações fracas ou covalentes. A parte não proteica pode ser representada por íons metálicos, quaisquer moléculas orgânicas de baixo ou alto peso molecular. Essas proteínas são chamadas de “proteínas complexas”. A parte não proteica fortemente ligada à proteína é chamada de grupo protético..

O grupo protético pode ser representado por substâncias de diversas naturezas. Por exemplo, as proteínas ligadas ao heme são chamadas de hemoproteínas. A composição das hemoproteínas, além das proteínas das hemoglobinas e da mioglobina já discutidas acima, inclui enzimas - citocromos, catalase e peroxidase. O heme, ligado a diferentes estruturas proteicas, desempenha as funções características de cada uma das proteínas contidas nelas (por exemplo, transfere O2 como parte da hemoglobina e elétrons como parte dos citocromos).

As proteínas ligadas a um resíduo de ácido fosfórico são chamadas de fosfoproteínas. Os resíduos de fósforo são ligados por uma ligação éster aos grupos hidroxila de serina, treonina ou tirosina com a participação de enzimas chamadas proteínas quinases.

As proteínas geralmente contêm resíduos de carboidratos que conferem especificidade adicional às proteínas e muitas vezes reduzem a taxa de sua proteólise enzimática. Essas proteínas são chamadas de glicoproteínas. Muitas proteínas do sangue, bem como proteínas receptoras na superfície celular, são classificadas como glicoproteínas.

As proteínas que funcionam em combinação com lipídios são chamadas de lipoproteínas e em combinação com metais - metaloproteínas.

CLASSIFICAÇÃO DE PROTEÍNAS

POR FUNÇÃO

Desnaturação e renaturação de proteínas

A destruição da conformação nativa é acompanhada pela perda da função proteica, ou seja, leva à perda da sua atividade biológica. Este processo é chamado de desnaturação. A desnaturação ocorre quando as ligações fracas responsáveis ​​pela formação da estrutura secundária, terciária e quaternária da proteína são quebradas. A maioria das proteínas perde sua atividade biológica quando as propriedades do meio mudam sob a influência de fatores fortes: na presença de ácidos minerais, bases, quando aquecidas, sob a influência de sais de metais pesados ​​(Ag, Pb, Hg), solventes orgânicos , detergentes (compostos anfifílicos).

Para a maioria das proteínas, a desnaturação é acompanhada por uma perda irreversível da sua atividade biológica. Contudo, são conhecidos exemplos de renaturação ou desnaturação reversível, por exemplo, da enzima ribonuclease. Ribonuclease, uma proteína globular que consiste em 1 cadeia polipeptídica, quando processada β- o mercaptoetanol sofre desnaturação e perde atividade enzimática, o glóbulo se desenrola. Se os agentes desnaturantes forem removidos do meio (por diálise), a atividade catalítica da ribonuclease é restaurada, isto é, ocorre a renaturação ou renativação da proteína. Isto significa que a ribonuclease restaura espontaneamente exatamente uma variante dentre muitas combinações possíveis de ligações, o que a retorna a uma conformação biologicamente ativa.

Proteção acompanhante de proteínas in vivo

No ambiente celular, as moléculas de proteínas podem ter conformações instáveis, estar em estado instável, propensas à agregação e desnaturação. A renaturação de proteínas sob condições celulares é difícil. Mas no corpo existem proteínas especiais, acompanhantes, que são capazes de estabilizar o estado de proteínas instáveis, restaurar a conformação nativa e proteger as proteínas dos efeitos prejudiciais de situações estressantes.

Instruções de proteção do acompanhante

• Proteção dos processos de síntese protéica e formação de uma conformação tridimensional biologicamente ativa.

A estrutura espacial da proteína (secundária e terciária) é formada no processo de tradução (síntese proteica) à medida que a cadeia polipeptídica cresce. Porém, em condições de ambiente celular com alta concentração de biomoléculas reativas, o dobramento independente da cadeia polipeptídica no espaço é difícil.

A escolha da conformação nativa da proteína sintetizada é fornecida por proteínas acompanhantes.

Na fase de síntese, as chaperonas-70 (com peso molecular de cerca de 70 kDa) ligam-se com seus radicais de aminoácidos hidrofóbicos às regiões hidrofóbicas da cadeia proteica em crescimento, protegendo-as de interações estranhas.

A etapa final na formação de uma estrutura espacial tridimensional, ou seja, o dobramento de uma proteína de alto peso molecular, é realizada dentro do complexo chaperona, composto por 14 moléculas proteicas de chaperonas - 60, onde, sendo isoladas de outras moléculas do ambiente celular, a proteína encontra sua única conformação mais estável, que possui atividade biológica.

• Renaturação, restauração da conformação nativa das proteínas.

Sabe-se que nas condições do ambiente celular, a desnaturação das moléculas de proteínas pode ocorrer em baixa taxa. O retorno do estado conformacional ativo das proteínas, ou seja, sua renaturação, na célula é complicado pelo fato de que as moléculas desnaturadas possuem cadeias polipeptídicas desdobradas, expõem sítios hidrofóbicos e outros reativos que estabelecem ligações com outras moléculas, o que dificulta o retorno a estrutura espacial correta.

Chaperone-60 ajuda a restaurar a estrutura nativa de uma proteína parcialmente danificada, que entra na cavidade do complexo chaperone, onde não há fatores que interfiram na renativação. Após a restauração de uma conformação termodinamicamente favorável, a proteína retorna ao citosol.

Proteção das proteínas da ação de fatores prejudiciais.

Essa proteção é realizada por um grupo especial de acompanhantes, chamados de indutíveis, ou seja, sua síntese em condições normais é insignificante e, quando fatores excessivos atuam sobre o corpo, aumenta acentuadamente. Este grupo de acompanhantes pertence a proteínas de choque térmico, uma vez que foram descobertos pela primeira vez em células após exposição a altas temperaturas. As proteínas de choque térmico, ligando-se às células do nosso corpo, protegem-nas, evitando maior degradação sob a influência de altas temperaturas, baixas temperaturas, radiação UV, com mudança brusca de pH, concentração de substâncias, sob ação de toxinas, metais pesados , com intoxicações químicas, com hipóxia, com infecções e outras situações estressantes.

Distúrbios de dobramento de proteínas pode ter implicações clínicas significativas. Os príons são proteínas que servem como modelo para interromper o dobramento de suas próprias proteínas celulares PrPc. Como resultado, forma-se uma forma da proteína PrPSc que contém uma grande proporção da estrutura β, é capaz de formar grandes agregados e é resistente à degradação proteolítica.

As doenças priónicas podem começar como uma infecção (doença da vaca louca, tremor epizoótico, doença de Kuru) ou como uma mutação (doença de Crutzfeldt-Jakob).

Classificação de proteínas

Na composição:

Esquilos

Complexo Simples

aminoácidos e componentes não proteicos

O componente não proteico das proteínas complexas pode ser representado por diversas substâncias.

Propriedades das proteínas desnaturadas, tipos de desnaturação

A desnaturação é um processo de violação dos níveis superiores de organização de uma molécula de proteína (secundária, terciária, quaternária) sob a influência de vários fatores.

Nesse caso, a cadeia polipeptídica se desdobra e fica em solução na forma desdobrada ou na forma de uma bobina aleatória.

Durante a desnaturação, a camada de hidratação é perdida e a proteína precipita e ao mesmo tempo perde as suas propriedades nativas.

A desnaturação é causada por fatores físicos: temperatura, pressão, influências mecânicas, radiação ultrassônica e ionizante; fatores químicos: ácidos, álcalis, solventes orgânicos, alcalóides, sais de metais pesados.

Existem 2 tipos de desnaturação:

1. A desnaturação reversível - renaturação ou reativação - é um processo no qual uma proteína desnaturada, após a remoção das substâncias desnaturantes, se reorganiza em sua estrutura original com a restauração da atividade biológica.
2. a desnaturação irreversível é um processo no qual a atividade biológica não é restaurada após a remoção dos agentes desnaturantes.

Propriedades das proteínas desnaturadas.

1. Um aumento no número de grupos reativos ou funcionais em comparação com a molécula de proteína nativa (estes são grupos COOH, NH2, SH, OH, grupos de radicais laterais de aminoácidos).

2. Redução da solubilidade e sedimentação da proteína (devido à perda da casca de hidratação), desdobramento da molécula proteica, com “detecção” de radicais hidrofóbicos e neutralização das cargas dos grupos polares.

3. Mudança na configuração da molécula de proteína.

4. Perda de atividade biológica causada por violação da estrutura nativa.

5. Clivagem mais fácil por enzimas proteolíticas em comparação com a proteína nativa - a transição de uma estrutura nativa compacta para uma forma solta desdobrada facilita o acesso das enzimas às ligações peptídicas da proteína, que elas destroem.

Os métodos enzimáticos de hidrólise baseiam-se na seletividade da ação de enzimas proteolíticas que clivam ligações peptídicas entre determinados aminoácidos.

A pepsina quebra ligações formadas por resíduos de fenilalanina, tirosina e ácido glutâmico.

A tripsina quebra as ligações entre arginina e lisina.

A quimotripsina hidrolisa as ligações triptofano, tirosina e fenilalanina.

As interações hidrofóbicas, bem como as ligações iônicas e de hidrogênio, estão entre as fracas, uma vez que sua energia excede apenas ligeiramente a energia do movimento térmico dos átomos à temperatura ambiente (ou seja, as ligações podem ser quebradas mesmo nesta temperatura).

A manutenção da conformação característica de uma proteína é possível devido ao surgimento de muitas ligações fracas entre diferentes partes da cadeia polipeptídica.

No entanto, as proteínas são compostas por um grande número de átomos que estão em movimento constante (browniano), o que leva a pequenos movimentos de seções individuais da cadeia polipeptídica, que geralmente não perturbam a estrutura geral da proteína e sua função. Conseqüentemente, as proteínas apresentam labilidade conformacional - tendência a pequenas mudanças na conformação devido à quebra de algumas e à formação de outras ligações fracas. A conformação de uma proteína pode mudar quando os meios químicos e físicos do ambiente mudam, bem como quando a proteína interage com outras moléculas. Nesse caso, ocorre uma alteração na estrutura espacial não só do sítio em contato com outra molécula, mas também na conformação da proteína como um todo. As mudanças conformacionais desempenham um papel importante no funcionamento das proteínas em uma célula viva.

Fatores externos (mudanças de temperatura, composição salina do meio ambiente, pH, radiação) podem causar uma violação da organização estrutural da molécula de proteína. O processo de perda da conformação tridimensional inerente a uma determinada molécula de proteína é denominado desnaturação(Fig. 260). A causa da desnaturação é a quebra de ligações que estabilizam uma estrutura proteica específica. Além disso, os laços mais fracos são inicialmente rompidos e, quando as condições se tornam mais difíceis, os laços ainda mais fortes. Portanto, primeiro se perdem as estruturas quaternárias, depois as terciárias e secundárias. No entanto, a desnaturação não é acompanhada pela destruição da cadeia polipeptídica. Uma mudança na configuração espacial leva a uma mudança nas propriedades da proteína e, como resultado, impossibilita que a proteína desempenhe suas funções biológicas.

Arroz. 260. Desnaturação e renaturação de proteínas:

1 - molécula proteica de estrutura terciária; 2 - proteína desnaturada; 3 - restauração da estrutura terciária em processo de renaturação.

A desnaturação pode ser:

reversível se for possível restaurar a estrutura inerente à proteína. Tal desnaturação é submetida, por exemplo, a proteínas receptoras de membrana.

irreversível se a restauração da configuração espacial da proteína for impossível. Isso geralmente acontece quando um grande número de ligações é quebrado, como ao ferver ovos.

Se a proteína sofreu desnaturação reversível, quando as condições ambientais normais forem restauradas, ela será capaz de restaurar completamente sua estrutura e, consequentemente, suas propriedades e funções. O processo de restauração da estrutura de uma proteína após a desnaturação é denominado renaturação.

Funções das proteínas

Devido à complexidade, variedade de formas e composição, as proteínas desempenham um papel importante na vida da célula e do organismo como um todo. Suas funções são variadas.

Função de construção (estrutural)

Um dos mais importantes é a construção. As proteínas estão envolvidas na formação de estruturas celulares e extracelulares: fazem parte das membranas celulares, lã, cabelo, tendões, paredes dos vasos, etc.

função de transporte

Algumas proteínas são capazes de fixar diversas substâncias e transportá-las para vários tecidos e órgãos do corpo, de um local para outro da célula. Por exemplo, a proteína do sangue hemoglobina liga oxigênio e o transporta dos pulmões para todos os tecidos e órgãos, e deles transfere dióxido de carbono para os pulmões; A composição das membranas celulares inclui proteínas especiais que proporcionam uma transferência ativa e estritamente seletiva de certas substâncias e íons da célula para o ambiente externo e vice-versa.

Função reguladora

Um grande grupo de proteínas corporais está envolvido na regulação dos processos metabólicos. Essas proteínas são hormônios - substâncias biologicamente ativas liberadas no sangue pelas glândulas endócrinas. Afetam a atividade das enzimas, retardando ou acelerando os processos metabólicos, alterando a permeabilidade das membranas celulares, mantendo uma concentração constante de substâncias no sangue e nas células, participando nos processos de crescimento, reprodução, etc. Por exemplo, o hormônio insulina regula os níveis de açúcar no sangue aumentando a permeabilidade das membranas celulares à glicose, promove a síntese de glicogênio e aumenta a formação de gorduras a partir de carboidratos.

Função protetora

Em resposta à penetração de proteínas ou microrganismos estranhos (antígenos) no corpo, são formadas proteínas especiais - anticorpos que podem ligá-los e neutralizá-los. A síntese dessas proteínas, chamadas imunoglobulinas, ocorre nos linfócitos. Além disso, para quase todos os antígenos que a célula e o corpo nunca encontraram, os linfócitos são capazes de sintetizar anticorpos. A fibrina, formada a partir do fibrinogênio, ajuda a estancar o sangramento.

função motora

Proteínas contráteis especiais estão envolvidas em todos os tipos de movimento de células e organismos: a formação de pseudópodes, a oscilação dos cílios e o batimento dos flagelos nos protozoários, a contração muscular em animais multicelulares, o movimento das folhas nas plantas, etc.

Função de sinal

A função de sinalização das proteínas é muito importante para a vida celular. Moléculas de proteínas estão embutidas na membrana superficial da célula, capazes de alterar sua estrutura terciária em resposta à ação de fatores ambientais. É assim que os sinais do ambiente externo são recebidos e os comandos são transmitidos para a célula.

Função de reserva

Graças às proteínas, certas substâncias podem ser armazenadas em reserva no corpo. Por exemplo, durante a degradação da hemoglobina, o ferro não é excretado do corpo, mas é armazenado no baço, formando um complexo com a proteína ferritina. As proteínas de armazenamento incluem proteínas do ovo e proteínas do leite.

função energética

As proteínas são uma das fontes de energia da célula. Com a decomposição de 1 g de proteína em produtos finais, são liberados 17,6 kJ. Primeiro, as proteínas se decompõem em aminoácidos e depois em produtos finais - água, dióxido de carbono e amônia. No entanto, as proteínas são utilizadas como fonte de energia quando outras (carboidratos e gorduras) se esgotam.

função catalítica

Uma das funções mais importantes das proteínas. A composição das células inclui um grande número de substâncias quimicamente pouco ativas. No entanto, todas as reações bioquímicas ocorrem a uma velocidade tremenda, devido à participação nelas. biocatalisadores- enzimas - substâncias de natureza proteica.

Características gerais das enzimas

Conforme observado anteriormente, a maioria das reações químicas no corpo ocorre com a participação de catalisadores - enzimas. Enzimas 7 - proteínas específicas presentes em todas as células vivas e desempenhando o papel de catalisadores biológicos.

Enzimas e catalisadores inorgânicos são semelhantes porque:

reduzir a energia de ativação 8;

não altere a direção da reação, mas apenas altere a taxa de sua ocorrência;

Uma reação catalisada sempre consome menos energia do que uma não catalisada.

Mas como as enzimas são proteínas, isso lhes confere propriedades especiais:

se um catalisador inorgânico pode ser usado em diferentes tipos de reações, então as enzimas catalisam apenas uma reação ou um tipo de reação;

a maioria dos catalisadores inorgânicos aceleram reações químicas em temperaturas muito altas, têm eficiência máxima em ambiente fortemente ácido ou fortemente alcalino, em altas pressões, e a maioria das enzimas são ativas em temperaturas de 35-45°C, valores fisiológicos da acidez do solução e à pressão atmosférica normal;

a taxa de reações enzimáticas é dezenas de milhares (e às vezes milhões de vezes) maior do que a taxa de reações envolvendo catalisadores inorgânicos. Por exemplo, o peróxido de hidrogênio se decompõe lentamente sem catalisadores: 2H 2 0 2 → 2H 2 0 + 0 2 . Na presença de sais de ferro (catalisador), esta reação prossegue um pouco mais rápido. Enzima catalase por 1seg. divide 100 mil moléculas de H 2 0 2.

São conhecidas mais de 2.000 enzimas diferentes, representadas por proteínas de alto peso molecular, por exemplo a catalase (M=252.000).

A desnaturação de proteínas em tecnologias de restauração deve ser percebida sob diversas perspectivas. Em primeiro lugar, é um fator que garante a concretização do conceito de prontidão culinária. Em segundo lugar, um fator que permite interromper completamente a atividade enzimática ou reduzir a sua velocidade. Em terceiro lugar, um factor que garante o cumprimento de um indicador tão importante como a segurança microbiológica. Em quarto lugar, o fator de perda de propriedades funcionais e especificidade de espécie pelas proteínas. E ainda, com a desnaturação das substâncias proteicas, estão associadas a formação de uma consistência, o aparecimento de uma forma, uma mudança de cor, etc.

Ou seja, como resultado da desnaturação de proteínas, os produtos ou materiais contendo proteínas perdem suas propriedades funcionais e nativas devido à influência de diversos fatores, e os processos de desnaturação também afetam o fornecimento de um alto nível de qualidade do produto.

A capacidade das proteínas de desnaturar é uma propriedade importante e única das proteínas. A desnaturação é entendida como a perda pelas proteínas de suas propriedades naturais (físico-químicas, biológicas) em decorrência de alterações em sua estrutura única sob a influência de diversos fatores. Muitos fatores tecnológicos - temperatura alta ou baixa, radiações diversas, mudanças significativas no pH, força iônica, mudanças no equilíbrio coloidal, estresse mecânico intenso e outros efeitos de superfície, fermentação, proteólise, produtos químicos e modificação, a influência do tempo - causam a desnaturação das proteínas. Nesse caso, as estruturas quaternárias, terciárias e secundárias das proteínas, mais sensíveis aos efeitos, são violadas. Primário, via de regra, não é afetado. Mas sob a influência de fatores químicos - modificação química, por exemplo, anidridos ácidos, oxidação, redução, reação plástica, modificação enzimática - uma violação também é possível no nível da estrutura primária.

Uma consequência típica da desnaturação de proteínas simples é a sua complexação com outras proteínas e compostos orgânicos e, para oligómeros, a sua decomposição em subunidades. Durante a desnaturação, as cadeias polipeptídicas adquirem uma configuração diferente, que difere da única possível inerente a uma molécula de proteína nativa: as cadeias, via de regra, desdobram-se de tal forma que uma quantidade significativa de grupos hidrofóbicos se acumula em sua superfície, o que piora sua afinidade pela água. O aparecimento na superfície de radicais ou grupos funcionais previamente ocultos pela conformação proteica altera as propriedades físico-químicas das proteínas.

As propriedades biológicas também mudam, ou seja, a proteína não consegue desempenhar suas funções biológicas: as enzimas são inativadas, a hemoglobina perde a capacidade de se fixar e transportar oxigênio, as proteínas miofibrilares perdem a capacidade de se contrair, etc.

Dos padrões gerais de desnaturação, deve-se, em primeiro lugar, destacar uma deterioração significativa da hidrofilicidade e um aumento da hidrofobicidade das proteínas. Como se sabe, devido aos grupos hidrofílicos localizados na superfície (-COOH, -OH, -NH2, etc.), as moléculas de proteína são capazes de se ligar a uma quantidade significativa de água. Portanto, com uma hidratação significativa da mioglobina, constatou-se que no meio de sua estrutura terciária existem apenas quatro moléculas de água, ou seja, a estrutura interna e a compactação da mioglobina se devem principalmente à interação hidrofóbica. Como resultado, ocorre uma mudança na interação dos produtos contendo proteínas com a água, que em processos tecnológicos reais está associada à redistribuição da água. Assim, a carne de animais de sangue quente e peixes, devido à perda de hidrofilicidade pelas proteínas durante o tratamento térmico, perde parte de sua massa (“cozida”, “frita”), para produtos farináceos a gelatinização do amido é característica durante o tratamento térmico devido à desidratação das proteínas do glúten.

Sabe-se que carnes, peixes, ovos (mais precisamente, suas proteínas), não processados ​​termicamente, são capazes de hidratação adicional devido à hidratação protéica. Porém, após o tratamento térmico, essa propriedade é completamente perdida. A mudança na afinidade das proteínas pela água se manifesta muito claramente no exemplo do tratamento térmico dos ovos. A proteína (material) do ovo é representada principalmente por proteínas (proteínas), o que permite sua ampla utilização em diversas modelagens e experimentos tecnológicos. Em seu estado nativo, a proteína tem grande afinidade pela água e também pelos alimentos hidratados. Isso permite o uso de ovos em todos os grupos de produtos culinários como componente de ligação ou formação de água. Portanto, os próprios ovos podem ser diluídos significativamente em água (em 50 ... 60%), leite, soluções, decocções, que são amplamente utilizadas na fabricação de omeletes, produtos semiacabados de ovos.

Graças à água, consegue-se uma alta afinidade dos ovos por carnes, peixes, massas vegetais picadas, farinha, misturas para empanar, queijo cottage, xarope de açúcar e outras misturas utilizadas em processos tecnológicos. A solubilidade das proteínas do ovo e, portanto, a afinidade pela água, produtos hidratados, deteriora-se significativamente após a desnaturação. A perda como resultado da desnaturação de uma propriedade funcional tão importante como a capacidade de hidratar reduz significativamente as capacidades tecnológicas das proteínas do ovo, portanto, após o tratamento térmico, os ovos são adicionados às receitas não como um componente funcional, mas como um componente passivo de prescrição.

Cada proteína possui uma temperatura de desnaturação individual, mais precisamente, uma determinada faixa de temperatura na qual sofre alterações de desnaturação. Em tecnologia, a temperatura de desnaturação é entendida como o nível inferior da faixa em que começam as mudanças visíveis de desnaturação. Então, para proteínas de peixe, isso é cerca de 30, ovos - 55, proteínas de carne: miógeno - 55...60, mioglobina - 60, globulina - 50, mioalbumina - 45...47, miosina - 45...50, actina - cerca de 55, actomiosina - 42...48, colágeno - cerca de - 55...60 °C.

Um exemplo claro do fato de que a desnaturação ocorre em uma determinada faixa, e não em uma temperatura fixa, é a mudança nas propriedades coloidais dos ovos de aves durante o processo de tratamento térmico. Apesar de a temperatura de desnaturação das proteínas do ovo ser considerada de 55 °C, a mudança nas propriedades coloidais ocorre na faixa de temperatura de 55...95 °C: a uma temperatura de 50...55 °C, aparece turvação local, a 55...60 °C estende-se por todo o volume, a 60...65 °C - a viscosidade aumenta; a 65...75 °С - o processo começa

formação de geleia; a 75...85°C - forma-se um gel que mantém sua forma; a 85...95 °С, as propriedades elásticas do gel aumentam e atingem o seu máximo.

Arroz. 1.4

Durante o tratamento térmico, a proteína mioglobina passa para metamioglobina, ou seja, desnatura, na faixa de temperatura de 60...80°C: a uma temperatura de 60°C, a mioglobina bovina é vermelha brilhante; aos 70 anos - a cor muda para rosa; na faixa de temperatura de 70 ... 80 e acima, adquire coloração marrom-acinzentada, característica da metamioglobina. Graficamente, a dependência da influência da temperatura e do tempo na desnaturação da mioglobina é mostrada na fig. 1.4. A proteína miosina desnatura na faixa de temperatura de 70 a 80 °C.

A desnaturação da proteína de colágeno na prática tecnológica é chamada de "soldagem" e é acompanhada por uma mudança brusca nas dimensões geométricas: as fibrilas de colágeno encolhem e sua espessura aumenta. O curso da desnaturação da proteína é indicado por efeitos indiretos de superfície, como mudança no estado coloidal, aumento na viscosidade, gelificação, separação e contração.

Um lugar muito importante na tecnologia é ocupado por uma mudança no estado coloidal dos produtos alimentícios, que é chamada coagulação. A coagulação, dependendo das propriedades e concentração da proteína, pode levar à formação de produtos finais com diferentes estados de agregação. A temperatura de coagulação, ou temperatura do ponto de gel, é a temperatura mais baixa na qual a proteína muda seu estado coloidal. Ao atingir a temperatura do ponto de gel, os sistemas com baixa concentração de proteínas se separam em duas fases, uma das quais, a proteína, agrega-se na forma de floculados locais, filmes, e a segunda se apresenta na forma de água. Independentemente do tipo de proteína, os sistemas com baixa concentração de proteína devido à insuficiência física no sistema proteico não são capazes de gelificar em todo o sistema, portanto a estratificação e a sinérese são etapas típicas e objetivas da desnaturação e coagulação da proteína. É assim que o leite se comporta durante a fervura (formação de filmes de lactoalbumina, incrustações), ovos dissolvidos mais de 1,6 vezes com líquido (água, leite), carnes picadas e massas de peixe, excessivamente hidratadas, massa para panquecas.

Se o sistema estiver altamente concentrado em proteínas, a desnaturação e o tipo de coagulação dependerão principalmente do tipo de proteína. Tais sistemas proteicos são capazes de modelar, o que se concretiza em diversos processos tecnológicos: obtenção de produtos a partir de ovos, peixes picados, produtos cárneos, embutidos, etc. Normalmente, quando uma proteína forma uma solução coloidal com água, ela não perde umidade como resultado da coagulação, retendo-a devido à imobilização. Mas na natureza existem poucas dessas proteínas - são proteínas do ovo, plasma sanguíneo animal, proteínas do fluido biológico do krill. Em termos tecnológicos, são bastante escassos. Convencionalmente, os géis que se formam com a retenção de umidade são chamados de lyogéis. Se as proteínas estão suficientemente hidratadas, mas concentradas e formam uma dispersão com água, então, via de regra, coagulando durante a desnaturação, formam géis que mantêm sua forma, mas são caracterizados por intensa sinérese. Esses géis são condicionalmente chamados de coageis. Os coagéis são obtidos a partir de uma dispersão de proteínas de carne e peixe. As proteínas da farinha comportam-se de forma semelhante, mas a sua perda objetiva de umidade é ocultada pela gelatinização do amido.

A formação de géis de segundo tipo durante a coagulação e os processos que a acompanham é uma tarefa tecnológica fundamental: a maioria dos produtos alimentares é formada devido a este processo. Percebendo a capacidade de gelificação da proteína, além de regular esse processo, é possível controlar a qualidade dos produtos finais. Assim, ao misturar proteínas capazes de formar liogéis com proteínas capazes de formar coagéis, é possível reduzir processos sinérgicos.

Ao introduzir sacarose e outros açúcares simples ou dextrinas solúveis, é possível aumentar a temperatura de coagulação das proteínas, ou seja, estabilizá-las termicamente. É amplamente utilizado na tecnologia de pratos doces e molhos à base de ovos. Pelo contrário, a utilização de altas concentrações de sal, álcool e outros desidratantes reduz esta temperatura.

Às vezes, processos de coagulação são usados ​​para isolar proteínas. Isto se baseia na obtenção de queijo, caseína. A coprecipitação de proteínas durante a coagulação é chamada de coprecipitação, e os produtos finais são coprecipitados. A coprecipitação ocupou o lugar mais importante na tecnologia de extração de proteínas do soro do leite. Coprecipitados de ovo e leite e alguns outros são conhecidos.

Ao regular as propriedades das proteínas, também é alcançada a resistência à agregação. Via de regra, afastar o pH de um sistema contendo proteínas do ponto isoelétrico aumenta a resistência à agregação e vice-versa, aproximar o pH do sistema do ponto isoelétrico das proteínas diminui a temperatura de coagulação. Assim, a globulina de peixe, que tem ponto isoelétrico em pH 6,0, desnatura a 50 ° C em meio levemente ácido (pH 6,5) e a 80 ° C em meio neutro (pH 7,0).Proteínas miofibrilares de peixe e krill, também já que as proteínas de soja modificadas com anidrido succínico na faixa de valores nutricionais de pH coagulam a uma temperatura média 20...35°C superior às modificadas.

O grau de hidratação afeta em grande parte as alterações de desnaturação da proteína. A água, até certo ponto, aumenta a mobilidade das cadeias proteicas e a reatividade dos grupos hidrofílicos e hidrofóbicos. Portanto, proteínas mais hidratadas desnaturam mais rapidamente do que proteínas secas. Proteínas com umidade removida, ou seja, secas, são caracterizadas por uma ampla faixa de estabilidade térmica, inclusive em relação a temperaturas próximas a 100°C.

O congelamento em sistemas proteicos reais, que são a maioria dos alimentos, é desigual. Primeiro, os líquidos com menor concentração de sólidos dissolvidos congelam, o que altera o equilíbrio coloidal. Os sistemas proteicos bifásicos, isto é, géis proteicos do segundo tipo, que incluem todos os peixes e produtos cárneos, congelam de tal forma que os fluidos intersticiais congelam primeiro. O congelamento do solvente leva a um aumento na concentração de sólidos, resultando na salga das proteínas, ou seja, na sua desnaturação parcial. O congelamento, na verdade, atua como um agente de absorção. Devido a isso, as proteínas hidratadas congeladas diferem em propriedades das nativas. As substâncias que reduzem o ponto de congelamento são chamadas de crioprotetores, que incluem sacarose, sal e glicerina. A profundidade da desnaturação dos produtos proteicos congelados aumenta com o aumento do prazo de validade.

Outros componentes do sistema biológico, incluindo lipídios e carboidratos, desempenham um papel significativo na desnaturação das proteínas. Devido à estrutura complexa e à reatividade bastante elevada dos grupos funcionais das proteínas, eles se complexam facilmente com eles para formar compostos que modificam significativamente as propriedades das proteínas. Via de regra, a consequência disso é uma diminuição significativa na funcionalidade das proteínas.

A interação com os lipídios ocorre de diversas maneiras. Primeiro, esta interação pode ser devida à adsorção de moléculas de proteína na camada bimolecular de lipídios. A interação pode ser acompanhada por uma mudança na estrutura das moléculas de proteínas, ou seja, sua desnaturação.

O segundo tipo de interação entre proteínas e lipídios, que ocorre devido à inclusão da proteína na composição da superfície da camada bimolecular, provoca uma alteração parcial ao nível das estruturas quaternárias e terciárias da proteína. A consequência disso é uma alteração na funcionalidade da proteína.

O terceiro tipo de interação entre proteínas e lipídios é que, devido aos lipídios na superfície da membrana, a proteína altera completamente as estruturas secundárias quaternárias, terciárias. Ao mesmo tempo, as cadeias polipeptídicas estão localizadas entre os grupos polares dos lipídios, mudando constantemente de forma. As proteínas são orientadas com regiões hidrofílicas e hidrofóbicas em direção à água e à gordura. As proteínas perdem seu papel funcional e tecnológico, inclusive enzimático.

Lipídios que possuem grupos polares capazes de se ligar às proteínas por forças eletrostáticas. Assim, os fosfolipídios interagem com a proteína com seus grupos fosfatídeos e átomos de nitrogênio quaternários (fosfatidilcolinas, fosfatidiletanolaminas), ácidos graxos livres - com seus grupos carboxila. Esses lipídios apresentam afinidade por aminoácidos que possuem grupos: -OH; =NH; -NH2; =S. A interação por copolimerização também é possível.

A interação entre proteínas e lipídios é possível sob a influência de diversos fatores tecnológicos, como calor, umidade.

A força da ligação entre ácidos graxos e proteínas aumenta com o crescimento de sua insaturação. As ligações duplas de ácidos graxos aumentam a capacidade de oxidar ligações sulfidrilas e peptídicas com o aparecimento de pontes dissulfeto (-S-S-) e de nitrogênio (-CO-N-N-CO-).

A interação das proteínas com os lipídios oxidados tem um caráter especial. Quando os lipídios são oxidados na presença de proteínas, forma-se um complexo que é estabilizado pela água.

As substâncias proteicas dos produtos alimentares, como os colóides, podem “envelhecer” com o tempo, alterando as propriedades do produto como um todo. Assim, o armazenamento a longo prazo de produtos alimentares em estabelecimentos de restauração e complexos de transformação alimentar em resultado da desnaturação das proteínas, em regra, conduz a uma deterioração das propriedades tecnológicas das matérias-primas. Portanto, os produtos culinários obtidos a partir de carnes, peixes e aves congeladas diferem significativamente em termos de desempenho daqueles obtidos a partir de matérias-primas frescas.

Em geral, a desnaturação, como fenômeno e como processo, é de grande interesse para especialistas e cientistas, pois, por um lado, representa um problema significativo e, por outro, está na base da culinária.

A desnaturação promove a formação de complexos. Assim, foi comprovado experimentalmente que a formação de complexos entre lipídios oxidados e caseína na presença de umidade à temperatura ambiente ocorre após 10...15 minutos. Agentes complexantes muito ativos são lipídios polares.

Amplamente conhecida em tecnologia é a reação de condensação de sacaroamina, que está na base da desnaturação térmica e destruição de proteínas. O resultado da reação é uma mudança significativa nas propriedades funcionais e tecnológicas das proteínas, bem como nos indicadores organolépticos do sistema alimentar - cor, sabor, textura.

Conforme observado acima, a desnaturação desempenha um papel fundamental na tecnologia de produtos de catering. É muito importante operar conscientemente com conceitos como fatores de desnaturação, estabilidade do sistema proteico, grau de desnaturação, que, por um lado, predeterminam os parâmetros do processo tecnológico, e por outro lado, caracterizam o estado do sistema proteico, sua funcionalidade e indicadores tecnológicos. A desnaturação deve ser tratada não apenas como consequência do processo tecnológico, mas também como um indicador que determina esse processo. Devido ao fato de que as substâncias proteicas em processos tecnológicos devem ser consideradas não como substâncias passivas, mas como componentes funcionais ativos, as informações sobre a natureza nativa das substâncias proteicas e o grau de sua desnaturação são muito importantes. Com efeito, para além do valor biológico, o valor tecnológico das proteínas é avaliado principalmente pelos seus indicadores funcionais, como a afinidade pela água e o grau de hidratação, a capacidade de se dissolverem, de serem estáveis ​​​​em solução e de determinarem certas propriedades estruturais e mecânicas, actuarem como surfactante - ser emulsificante, estabilizador, agente espumante, reduzir a tensão superficial da água, ser um estruturante termolábil ou termoestável, etc. Todos esses indicadores são devidos às propriedades das proteínas nativas não desnaturadas. Portanto, um conceito como o grau de desnaturação, avaliado por indicadores tecnológicos reais, por exemplo, pela capacidade emulsionante ou espumante, em relação à proteína nativa desempenha um papel muito importante na organização do processo tecnológico, na escolha das concentrações de substâncias , hidromódulo, parâmetros de temperatura, etc. Tudo isso deve estar simultaneamente associado a tais indicadores normativos que caracterizam os indicadores de estabilidade dos sistemas proteicos, por exemplo: solubilidade (leite em pó, ovo em pó), hidratação (carne seca, peixe, farinha dourada em vários modos, massa formada durante a fermentação controlada), indicadores de intercambialidade de produtos (ovo em pó - para ovos frescos, leite em pó - para leite fresco, etc.).

É necessário avaliar simultaneamente o papel fisiológico da desnaturação. A perda da sua identidade bioquímica pela proteína durante a desnaturação geralmente facilita a digestão dos produtos acabados. Portanto, a assimilação das proteínas desnaturadas, via de regra, é mais eficiente que as nativas. Isto também se aplica à inativação de proteínas inibidoras, por exemplo, em sementes oleaginosas. Essas proteínas desempenham uma função protetora nas plantas, mas afetam significativamente a digestão humana, reduzindo significativamente a função da tripsina e da quimotripsina. A desnaturação, como fator tecnológico, reduz significativamente a influência dessas proteínas. Mas sabe-se que a assimilação depende do grau de desnaturação. Assim, os complexos proteína-carboidrato formados durante a reação de formação da melanoidina em relação à proteína são avaliados como desnaturação, são pior absorvidos que os componentes prescritos. E os produtos dos estágios mais profundos da formação da melanoidina podem, até certo ponto, afetar negativamente a digestão.

O termo desnaturação é usado para denotar o processo pelo qual as propriedades nativas de uma proteína são perdidas.

desnaturação - esta é a privação da proteína de suas propriedades naturais e nativas, acompanhada pela destruição da estrutura quaternária (se fosse), terciária e, às vezes, secundária da molécula de proteína, que ocorre quando o dissulfeto e tipos fracos de ligações envolvidos na formação dessas estruturas são destruídos. A estrutura primária é preservada, pois é formada por fortes ligações covalentes. A destruição da estrutura primária pode ocorrer apenas como resultado da hidrólise da molécula de proteína por fervura prolongada em uma solução ácida ou alcalina.

Fatores que causam desnaturação de proteínas

Os fatores que causam a desnaturação das proteínas podem ser divididos em físico E químico.

Fatores físicos

1. Altas temperaturas. Diferentes proteínas são caracterizadas por diferentes sensibilidades à exposição ao calor. Algumas proteínas sofrem desnaturação já a 40-50 0 C. Essas proteínas são chamadas termolábil. Outras proteínas desnaturam a temperaturas muito mais altas, são termoestável.

2. Irradiação ultravioleta

3. Raios X e exposição radioativa

4. Ultrassom

5. Impacto mecânico (por exemplo, vibração).

Fatores Químicos

1. Ácidos e álcalis concentrados. Por exemplo, ácido tricloroacético (orgânico), ácido nítrico (inorgânico).

2. Sais de metais pesados ​​(por exemplo, CuSO 4).

3. Solventes orgânicos (álcool etílico, acetona)

4. Alcalóides vegetais.

5. Uréia em altas concentrações

5. Outras substâncias capazes de quebrar ligações fracas em moléculas de proteínas.

A exposição a fatores de desnaturação é utilizada para esterilizar equipamentos e instrumentos, bem como como antissépticos.

reversibilidade da desnaturação

In vitro (in vitro), este é geralmente um processo irreversível. Se a proteína desnaturada for colocada em condições próximas às nativas, ela poderá renaturar, mas muito lentamente, e esse fenômeno não é típico de todas as proteínas.

In vivo, no corpo, é possível uma renaturação rápida. Isto se deve à produção de proteínas específicas em um organismo vivo, que “reconhecem” a estrutura de uma proteína desnaturada, ligam-se a ela por meio de tipos de ligações fracas e criam condições ideais para a renaturação. Essas proteínas específicas são conhecidas como " proteínas de choque térmico" ou " proteínas do estresse».

Proteínas de estresse

Existem várias famílias dessas proteínas, elas diferem no peso molecular.

Por exemplo, a conhecida proteína hsp 70 é uma proteína de choque térmico com massa de 70 kDa.

Essas proteínas são encontradas em todas as células do corpo. Eles também desempenham a função de transportar cadeias polipeptídicas através de membranas biológicas e estão envolvidos na formação de estruturas terciárias e quaternárias de moléculas proteicas. Essas funções das proteínas do estresse são chamadas acompanhante. Sob vários tipos de estresse, ocorre a indução da síntese dessas proteínas: quando o corpo superaquece (40-44 0 C), com doenças virais, envenenamento com sais de metais pesados, etanol, etc.

No corpo dos povos do sul, foi encontrado um teor aumentado de proteínas do estresse, em comparação com a raça do norte.

A molécula da proteína de choque térmico consiste em dois glóbulos compactos conectados por uma cadeia livre:

Diferentes proteínas de choque térmico têm um plano de construção comum. Todos eles contêm domínios de contato.

Diferentes proteínas com funções diferentes podem conter os mesmos domínios. Por exemplo, várias proteínas de ligação ao cálcio possuem o mesmo domínio para todas elas, responsável pela ligação do Ca+2.

O papel da estrutura do domínio é fornecer à proteína maiores oportunidades de desempenhar sua função devido aos movimentos de um domínio em relação a outro. Os locais de junção de dois domínios são os locais estruturalmente mais fracos na molécula dessas proteínas. É aqui que ocorre com mais frequência a hidrólise das ligações e a destruição da proteína.