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UNAJ
Cristhian Y. Hilasaca Zea
Sesión 07
Bioquímica de los
alimentos
Lípidos
Pautas de la sesión:
Tiempo aproximado: 20 minutos
Conservar el silencio durante la
presentación
Realizar preguntas
Momento en que responderé las
preguntas formuladas.
Objetivos de la sesión online:
✓ Definir los lípidos, su clasificación, análisis y
propiedades, sistemas grasos en alimentos y
aspectos nutricionales; organizando toda la
información provista, respondiendo con el
vocabulario adecuado y trabajando de manera
grupal y responsable.
Contenidos:
▪ Introducción
▪ Clasificación
▪ Análisis físicos y químicos
▪ Manufactura de grasas y aceites
▪ Procesos de modificación de grasas y aceites
▪ Sistemas grasos en alimentos
▪ Deterioro de los lípidos
▪ Determinación de la oxidación
▪ Aspectos nutricionales
La palabra lípido proviene del griego “lipos”, que significa
grasa y cuya aplicación no ha sido bien establecida;
originalmente se definía como “una sustancia insoluble en
agua, pero soluble en disolventes orgánicos como
cloroformo, hexano y éter de petróleo”; con esta
consideración de solubilidad, existen muchos otros
compuestos, como terpenos, vitaminas y carotenoides que
también están incluidos. Sin embargo, algunos autores
consideran como lípidos sólo a aquellas moléculas que son
derivados reales o potenciales de los ácidos grasos y
sustancias relacionadas; según esta definición, los aceites y
las grasas se consideran por antonomasia como lípidos.
INTRODUCCIÓN
Los lípidos son grupos de compuestos constituidos por carbono, hidrógeno y oxígeno que
integran cadenas hidrocarbonadas alifáticas o aromáticas, aunque también contienen fósforo
y nitrógeno.
Desempeñan muchas funciones en los tejidos, además de que son la fuente energética más
importante, ya que cada gramo genera 9 kcal (38.2 kJ) porque en su estructura contienen más
átomos de carbono que las proteínas y los hidratos de carbono que producen 4 kcal/g (17 kJ/g)
cada uno; muchos cumplen una actividad biológica, unos son parte estructural de las membranas
celulares y de los sistemas de transporte de diversos nutrimentos, otros son ácidos grasos
indispensables, vitaminas y hormonas, algunos son pigmentos, etc.
Los lípidos son un grupo muy heterogéneo de moléculas orgánicas; e incluyen grasas,
aceites, esteroides, ceras y otros compuestos relacionados más por sus propiedades físicas
que por sus propiedades químicas.
Químicamente, los lípidos son biomoléculas que al ser sometidas a hidrólisis producen ácidos
grasos y alcoholes complejos que se pueden combinar con los ácidos grasos, formando ésteres.
LÍPIDOS
LÍPIDOS
Los lípidos son biomoléculas orgánicas formadas por
C, H y O pudiendo contener además N, P y S. Son un
grupo muy heterogéneo de moléculas aunque tienen
en común las siguientes propiedades: Son insolubles
en agua, pero solubles en disolventes orgánicos, es
decir, no polares, como el éter, cloroformo, benceno,
acetona,… y son poco densos.
Son un grupo químicamente diverso y por tanto, desempeñan funciones biológicas muy variadas. Algunos almacenan gran
cantidad de energía química, como los triacilglicéridos; otros como los fosfolípidos y los esfingolípidos constituyen los principales
componentes estructurales de las membranas biológicas; algunos desempeñan funciones de protección al ambiente (como las
ceras) y existen otros que desempeñan funciones especiales muy importantes, actuando como: vitaminas, pigmentos, hormonas
y mensajeros intracelulares, los cuales a pesar de estar presentes en cantidades relativamente pequeñas en los organismos
enteros, tienen una potente actividad biológica.
Las grasas y los aceites son los principales lípidos que se encuentran en los alimentos, y
contribuyen a la textura y, en general, a las propiedades sensoriales y de nutrición; no hay una
distinción entre ambos grupos, aun cuando algunos consideran que las grasas son de origen animal
y los aceites de origen vegetal, o bien, las grasas son sólidas a “temperatura ambiente”, mientras
que los aceites son líquidos.
FUNCIONES DE LOS LÍPIDOS
1. Componentes de:
- la dieta normal
- membranas celulares
- lipoproteínas plasmáticas
2. Función energética:
- oxidación de ácidos grasos (beta-oxidación)
- almacenamiento(lipogénesis)
3. Precursores en la síntesis de:
- Hormonas esteroide,; ácidos biliares y vitamina D3; prostaglandinas y leucotrienos…
4. Aislantes eléctricos
5. Aislantes térmicos y contra traumatismos
6. Regulación de la temperatura corporal
GRASA ALIMENTARIA
La grasa ayuda a que la alimentación
sea más agradable, ejerce en los
alimentos un importante papel
funcional y nutritivo.
Influyen en las características
organolépticas de los alimentos como
el flavor (gusto y aroma) y la textura,
dan cuerpo y volumen, le otorgan
brillo, aportan suavidad (palatabilidad)
y lubricidad (favorecen la deglución). Y
algunas de ellas tienen acción
emulsionante.
CLASIFICACIÓN
El número de sustancias consideradas como lípidos es muy grande y la manera de
clasificarlas resulta difícil; existen diversos métodos para hacerlo, cada uno con sus propias
ventajas y desventajas, pero todos se basan en las propiedades físicas o químicas que los
caracterizan.
Ácidos grasos
En forma pura, todas las grasas y los aceites están constituidos
exclusivamente por triacilglicéridos (o triglicéridos), los que a su vez son
ésteres de ácidos grasos con glicerol; por consiguiente, dichos ácidos
representan un gran porcentaje de la composición de los triacilglicéridos
y en consecuencia de las grasas y los aceites.
Los ácidos grasos se producen industrialmente a partir de
diversas fuentes de grasas, y se utilizan en la elaboración de
aditivos para la industria alimentaria. Los de 16 a 18 átomos
de carbono, palmítico, oleico y esteárico, se emplean como
emulsionantes en forma de sus respectivos ésteres. Además,
las sales de calcio y de magnesio del palmítico y del esteárico
se usan como antiaglomerantes en vegetales deshidratados y
en otros productos secos porque son insolubles en agua y, al
recubrir las partículas sólidas, repelen el agua y evitan la
aglomeración.
Ácidos grasos saturados
Varían de 4 a 26 átomos de carbono y su temperatura o punto de fusión aumenta con el peso
molecular o largo de la cadena; así, los de C4 a C8 son líquidos a 25ºC, mientras que los de C10 en
adelante son sólidos y su solubilidad en agua es inversamente proporcional al peso molecular.
Su nomenclatura se basa en el empleo de los nombres comunes, tal como butírico, cáprico, etc,
o bien añadiendo la terminación “oico” a la raíz griega que indica el tamaño de la cadena de
átomos de carbono. Su numeración generalmente comienza a partir del grupo carboxilo cuyo
carbono corresponde al número uno:
Entre los más comunes está el láurico, que abunda en los aceites de palmiste (semilla de la
palma) y de coco, el palmítico, que se encuentra en la palma, en el cacao y en la manteca de
cerdo, y el esteárico en el cacao y en los aceites hidrogenados.
La grasa de la leche o grasa butírica (de donde deriva la mantequilla) contiene ácido butírico,
cuya presencia se emplea para identificar y cuantificar la grasa láctea en los productos o su
adulteración.
Ácidos grasos insaturados
Debido a sus insaturaciones, estos compuestos tienen una gran reactividad química, ya que son
propensos a la saturación y a transformaciones oxidativas y de isomerización. Son muy abundantes
en los aceites vegetales y marinos; su temperatura de fusión disminuye con el aumento de las dobles
ligaduras, y siempre es menor que la de los saturados para una misma longitud de cadena
Las insaturaciones presentan dos tipos de isomerismo: a) geométrico, cis-trans; y b) posicional,
según sea la localización de la doble ligadura en la cadena de átomos de carbono.
En estado natural, la mayoría de ellos son “cis”, mientras que los “trans” se encuentran en grasas
hidrogenadas comerciales y en algunas provenientes de rumiantes, como el sebo; la mantequilla
contiene aproximadamente 4-6% de trans que se sintetizan por un proceso de biohidrogenación
en el rumen de la vaca.
Desde hace algunas décadas, el consumo de ácidos grasos trans se ha incrementado, debido al
aumento en el uso de grasas hidrogenadas, en lugar del tradicional sebo de res.
En general, los aceites líquidos a temperatura ambiente presentan más insaturados que las grasas
sólidas; los de peces de agua fría tienen el mayor porcentaje de insaturados, el pollo más que el
cerdo, y éste, a su vez, más que la res.
Hablar de aceites o grasas
saturadas e insaturadas es
incorrecto puesto que todas
contienen ambos grupos de
ácidos grasos, únicamente
en distinta proporción.
Acilglicéridos
Son lípidos neutros o sin carga, derivados de la reacción de esterificación entre el glicerol y una, dos tres moléculas
de ácidos grasos en las posiciones 1, 2 y 3, o α, β, y α’ del glicerol. Por mucho, los triacilglicéridos son los más
importantes. La nomenclatura llamada numeración estereoespecífica (en inglés se nombra como “sn”, de
stereospecific numbers), se basa en que los sustituyentes de la molécula se designan 1, 2 y 3, y el 2 está a la izquierda
del plano de átomos de carbono.
Mono y diacilglicéridos
Representan una fracción pequeña de los constituyentes de las grasas y los aceites y, cuando
se encuentran en una proporción mayor, indican una hidrólisis de los triacilglicéridos y de la
consecuente liberación de ácidos grasos por acción de las lipasas. En forma natural, ambos
grupos de sustancias se asocian con las membranas de los glóbulos de grasa, como ocurre
con la leche.
Los mono y diacilglicéridos, y sus derivados,
se usan ampliamente como emulsionantes
pues tienen una parte hidrófoba y otra hidrófila
y su capacidad emulsificante depende de sus
ácidos grasos y de sus otros sustituyentes.
Triacilglicéridos (o triglicéridos)
Son los acilglicéridos más abundantes en la naturaleza y los principales constituyentes de
todas las grasas y los aceites, incluyendo el tejido adiposo de los mamíferos, ya que
representan más del 95%de su composición.
Figura 7.1. Estructura estereoquímica de un triacilglicérido con los ácidos oleico, esteárico y palmítico
Polimorfismo
Las cadenas de ácidos grasos, cuando se enfrían, se alinean y forman una estructura
compacta llamada cristal; este proceso implica la remoción de calor y, por lo tanto, la reducción
de la dinámica de las moléculas, con lo que se provoca que se acerquen unas a otras.
Figura 7.2. Sistemas de cristalización de grasas.
Fosfoglicéridos
Son diacilglicéridos cuyo glicerol está esterificado a una molécula de ácido fosfórico que, a su
vez, se enlaza a una base nitrogenada (colina o etanolamina), a la serina o a un alcohol, como
el inositol. Por tener un átomo de carbono asimétrico son ópticamente activos, aunque la
mayoría pertenece al enantiómero de la serie α.
Los fosfolípidos se oxidan fácilmente, pero en algunos casos funcionan como antioxidantes
naturales que protegen a los lípidos que los contienen; es decir, de acuerdo con su
concentración, pueden actuar como antioxidantes o como prooxidantes.
La lecitina desempeña un papel muy importante
en las propiedades de textura de los alimentos,
actúa como emulsionante debido a que su
molécula contiene una parte hidrófoba y otra
hidrófila. El grupo fosfato y la base nitrogenada
interaccionan con la fase acuosa, mientras que
las cadenas hidrocarbonadas lo hacen con la
lípida, con lo cual se logra un contacto físico
más estrecho entre las dos fases inmiscibles.
Comercialmente se obtiene como subproducto de la refinación del aceite de soya y es en
realidad una mezcla de aceite con diversos fosfátidos, su uso más importante es como
emulsionante, sobre todo en productos infantiles y de confitería.
Ceras
A diferencia de los acilglicéridos, las ceras son ésteres de un alcohol monohidroxilado de
cadena larga con un ácido graso. Son muy resistentes a la hidrólisis, funcionan como agentes
protectores en la superficie de las hojas, los tallos y los frutos, al igual que en el pelo, la lana y
las plumas de los animales y en los peces; son sólidos en frío, pero líquidos y moldeables en
caliente y su temperatura de fusión varía de 40 a 100ºC.
Sólo existen cuatro nucleótidos en el ADN, cada
uno de ellos se transcribe en un nucleótido concreto
en el ARN, y existen 20 aminoácidos. Obviamente,
resulta imposible una correspondencia 1:1 entre el
nucleótido y el aminoácido. En realidad, se utilizan
tripletes de nucleótidos (codones) para cada
aminoácido, lo cual permite 43, o sea 64
combinaciones distintas
Figura 3.4 Código genético
Obviamente, resulta imposible una correspondencia
1:1 entre el nucleótido y el aminoácido. En realidad,
se utilizan tripletes de nucleótidos (codones) para
cada aminoácido, lo cual permite 43, o sea 64
combinaciones distintas
En realidad, se utilizan tripletes de nucleótidos
(codones) para cada aminoácido, lo cual permite
43, o sea 64 combinaciones distintas
Traducción
La termodinámica de la formación del
enlace peptídico requiere que los
aminoácidos se activen antes de que
puedan añadirse a una cadena
polipeptídica.
Esta activación se logra acoplando
cada aminoácido al extremo 39 de un
ARN de transferencia (ARNt)
adecuado para dar un aminoacil-
ARNt.
Figura 3.5. Traducción de un mensaje de ARN en una proteína
Estereoquímica de los α-Aminoácidos
Los enlaces alrededor del carbono son
tetraédricos y se visualizan de forma
más realista en las representaciones
tridimensionales
Figura 3.6. Representaciones tridimensionales de los a-aminoácidos
Reactividad química
Cada aminoácido presenta
una reactividad de acuerdo a
la naturaleza de su cadena
lateral, y se refleja en la
estabilidad o la reactividad
de las proteínas.
Propiedades ácido-base
Los aminoácidos presentan características que se deben fundamentalmente a su naturaleza iónica anfotérica
ácido-base. La palabra anfótero proviene del griego anfi, que significa ambos, por lo que a estos compuestos
también se les conoce como sustancias anfifílicas, anfolitos o electrolitos anfóteros.
Los aminoácidos pueden tener, por lo tanto, tres estados que dependen del pH: a pH < pI se encuentran en forma protonada o
catiónica; en el pI su carga es cero, y a pH > pI adquieren una carga negativa o aniónica. Es decir, no existe un pH en el cual
estos anfolitos estén completamente ausentes de cargas eléctricas, ya que las presentan aun en el pI. En cualquiera de estos
tres estados pueden ejercer fuerzas electrostáticas.
La ionización de los aminoácidos es
similar a la de cualquier otra
molécula, y por lo tanto sigue la
ecuación de Henderson-Hasselbalch:
donde pK, por definición, es el logaritmo negativo de la
constante de disociación (K) del grupo ionizable:
Figura 3.7. Curva de valoración de la alanina
PÉPTIDOS Y ENLACE PEPTÍDICO
Los aminoácidos se unen covalentemente formando
un enlace amida entre los grupos α-amino y α-
carboxilo. Este enlace suele denominarse enlace
peptídico, y los productos que se forman a partir de
esta unión se llaman péptidos
Para llevarse a cabo este tipo de enlace el
extremo amino de uno de los aminoácidos (el
cual pierde un hidrógeno) se combina con el
extremo carboxílico del otro aminoácido (quien
pierde un grupo hidroxilo) creándose un enlace
covalente entre ellos y formándose al mismo
tiempo una molécula de agua. El compuesto
formado recibe el nombre de péptido.
El compuesto formado recibe
el nombre de péptido.
Figura 3.8 Formación de un péptido.
Figura 3.9. Formación de un tetrapéptido.
Ejemplos de péptidos en alimentos. Varios péptidos tienen funciones biológicas importantes:
la anserina (b-alanil-1-metil-L-histidina) y la carnosina (b-alanil-L-histidina) se encuentran en alta
concentración en diferentes tejidos animales con funciones de amortiguador de pH.
En el pescado es más abundante la anserina en tanto que la carnosina abunda en el músculo de
mamíferos, por lo que en un tiempo se utilizó el análisis por HPLC de estos dipéptidos para determinar
el tipo de carne utilizada en un alimento.
Figura 3.10. Estructuras de (a) carnosina, (b) homocarnosina y (c) anserina
Figura 3.11. Estructura del glutatión
Se encuentra en papas, frutos cítricos, uvas y en sangre;
permite la desintoxicación de muchas sustancias a través
de la enzima glutation-S-transferasa, y se adiciona a los
derivados cárnicos que serán curados ya que desempeña
un papel muy importante en la transformación de los nitritos
en nitrosomioglobina característica del color de los
embutidos curados.
Otro péptido es el glutatión (γ-glutamilcisteíl-glicina)
integrado por un residuo de ácido glutámico, cuyo
carboxilo γ, en lugar del α de los enlaces peptídicos
normales, se une a la cisteína y ésta a su vez a la
glicina.
Estabilidad y formación del enlace peptídico
Los análisis de difracción de rayos X de las proteínas han demostrado que el enlace peptídico tiene un
carácter parcial de doble ligadura por la resonancia entre los átomos O-C-N.
Figura 3.12. Geometría del enlace peptídico
Siendo el enlace C-N de las proteínas más corto que el de otros compuestos orgánicos e inorgánicos semejantes,
que además provoca que la unión peptídica no pueda rotar libremente, lo que limita su libertad de movimiento en la
cadena polipeptídica.
Figura 3.13. Estructura del enlace peptídico
De hecho, los átomos O, C, N, H son casi coplanares. El enlace peptídico puede considerarse un híbrido de resonancia
de dos formas
Figura 3.14. Formas coplanares en resonancia y formas trans y cis del enlace peptídico
La cadena polipeptídica en cada residuo tiene un potente donador para formar puentes de hidrógeno: (–NH–) y un
importante aceptor de H: (–CO–), crucial para la estructuración tridimensional de las proteínas. Los otros enlaces de la
cadena C–C y C–N son normales.
Figura 3.15. Enlaces peptídicos que muestran que sólo el C α tiene posibilidad de rotación
La cadena no es muy
reactiva, excepto por
su amino y carboxilo
terminales.
La formación de un enlace peptídico en un entorno acuoso no está favorecido termodinámicamente, ya
que el cambio de energía libre de esta reacción a temperatura ambiente en solución acuosa es de
aproximadamente 110kJ/mol. En realidad la reacción favorecida en estas condiciones es la hidrólisis del
enlace peptídico.
Figura 3.16. Hidrólisis del enlace peptídico
DETECCIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE AMINOÁCIDOS PÉPTIDOS Y PROTEÍNAS
Los grupos amino, carboxilo de los aminoácidos libres y los
sulfhidrilo, fenólico, hidroxilo, tioéter, imidazol y guanidino de los
grupos R, en las proteínas son capaces de reaccionar
químicamente con otras moléculas orgánicas.
Algunas de estas reacciones se utilizan
en la industria alimentaria para modificar
las propiedades de hidrofobicidad e
hidrofilicidad, y por consiguiente, las
propiedades funcionales de las proteínas
y péptidos.
Reacciones químicas de los grupos funcionales de las proteínas
Reacción con Ninhidrina.
Se utiliza a menudo para cuantificar aminoácidos libres, péptidos y proteínas. El aminoácido reacciona con
un exceso de ninhidrina, que le causa una desaminación oxidativa y la producción de amoniaco, el
aldehído correspondiente, que tiene un átomo menos de carbono que el aminoácido original, CO2 e
hidrindantina que proviene de la reducción simultánea de la ninhidrina.
Reacciones químicas de los grupos funcionales de las proteínas
Reacción con fluorescamina
Los aminoácidos, péptidos y proteínas que contienen aminas primarias producen, con fluorescamina, un
derivado altamente fluorescente con una máxima emisión a 475 nm cuando la excitación se hace a 390 nm.
Este método se puede utilizar para cuantificar aminoácidos, proteínas y péptidos. Es mucho más sensible y
no tiene las desventajas de la ninhidrina.
Reacciones químicas de los grupos funcionales de las proteínas
Reacción con Orto-ftalaldehído
La reacción de aminoácidos con O-ftalaldehído (1,2-benzeno dicarbonal) en la presencia de 2-
mercaptoetanol produce un derivado fluorescente que tiene una excitación máxima a 380 nm y una emisión
de fluorescencia máxima a 450 nm. Es tan sensible que es posible cuantificar aminoácidos a niveles de
picomoles (10-12 mol). La ninhidrina, fluorescamina y O-ftalaldehído no son específicos para proteínas
porque estos reaccionan con otros grupos amino.
Cuantificación de proteínas
Existen diversos métodos para la cuantificación de las proteínas, todos ellos basados en alguna de sus
propiedades típicas, como puede ser la absorbancia de los grupos aromáticos a 280 nm, la reactivi-dad del
enlace peptídico o el contenido de nitrógeno total.
Absorbancia a 280 nm
Las proteínas purificadas son fácilmente detectadas y cuantificadas por sus propiedades de absorbancia en UV
a 280 nm, la que depende del número y posición de sus residuos de aminoácidos aromáticos Phe, Tyr, y Trp así
como de puentes disulfuro entre los residuos de Cys; se debe conocer el coeficiente de absorción molar para
poder calcular su concentración.
Reacción de Biuret
La reacción de biuret es específica para la medición del enlace peptídico, por lo que sólo se recomienda para la
cuantificación de proteínas, mas no de hidrolizados, a menos que se conozcan los tamaños moleculares y se
adapte la proteína estándar de la curva. Se utiliza una solución diluida de sulfato cúprico en tartrato fuertemente
alcalino, ésta se adiciona a la solución de proteína, resultan-do un compuesto de color entre púrpura y violeta
que absorbe a 540 nm, obtenido probablemente por el acomplejamiento del Cu+2 con dos enlaces peptídidos
adyacentes.
Método de Kjeldahl
El método de Kjeldahl para la determinación de N total es el más utilizado, e incluso se toma como referencia
cuando se usan otras técnicas. El método no hace distinción entre el N que proviene de proteínas (de grupos
amino y amida) y el no proteínico (urea, aminoácidos), lo que da lugar a errores en cálculo. El método consiste
en la digestión de la muestra con H2SO4 y la formación de NH4OH que es recibido en ácido para ser titulado
con un álcali de concentración conocida. Los compuestos nitrogenados no proteínicos que causan una
sobreestimación de la técnica son: glutatión, carnitina, carnosina, dopamina, urea, ornitina, colina y ácido
aminobutírico.
Métodos de tinción de proteínas
Un reactivo que se utiliza comúnmente para teñir proteínas es el azul brillante de Coomassie, en sus formas
R250 y G250. Estos colorantes no reaccionan químicamente con las proteínas pero forman complejos no
covalentes. Se considera que la interacción es principalmente iónica, involucrando los grupos básicos de las
proteínas, por lo que el colorante no se unirá de la misma manera a todas las proteínas.
Tinción con nitrato de plata
El más sensible de los reactivos para teñir proteínas fijadas en un gel o en un “blot” es la tinción de plata, el
cual puede detectar menos que un nanogramo (1029 g) de proteína. Se utiliza nitrato de plata en condiciones
ácidas y la reacción está basada en los procesos fotográficos, donde al parecer se involucra a las cadenas
laterales básicas de la proteína.
ORGANIZACIÓN ESTRUCTURAL
Estabilidad de la estructura proteínica
Los cuatro niveles de estructuración están estabilizados por los diferentes tipos de uniones químicas. Los
enlaces covalentes son los responsables del enlace peptídico, son de menor longitud y los de mayor energía.
Figura 3.17. El delicado balance de la estructura de una proteína: termodesnaturalización de la ribonucleasa
Estructura primaria
El primer nivel de organización de una proteína es la secuencia de aminoácidos dictada por la secuencia de
ADN del gen que la codifica, es decir, el orden en que se encuentran unidos los aminoácidos en la cadena
polipeptídica. Ésta es una propiedad controlada genéticamente, altamente reproducible y única para cada
proteína.
Figura 3.18. Esquema de la hidratación (a) y asociación (b) hidrofóbicas
Estructura secundaria
Se refiere al ordenamiento regular y periódico de las proteínas en el espacio, a lo largo de su eje, y que se
estabiliza por diversas fuerzas, de las cuales las electrostáticas, los puentes de hidrógeno, las interacciones
hidrofóbicas y las dipolo-dipolo son las más importantes
Figura 3.19. Esquema de la hidratación (a) y asociación (b) hidrofóbicas
Figura 3.20. Enlaces que estabilizan la estructura secundaria y terciaria de las proteínas; (a), interacción electrostática;
(b), puentes de hidrógeno; (c), interacción hidrófobo; (d), interacción dipolo-dipolo, y (e) enlace disulfuro
Estructura terciaria
Este término se refiere al modo en que la cadena polipeptídica se dobla sobre sí misma para producir una estructura
plegada y compacta, característica de las proteínas globulares. La estructura terciaria de la β-lactoglobulina y
faseolina, proteína de almacén de frijoles bayos
Estructura cuaternaria
Está constituida por varias cadenas polipeptídicas unidas entre si de manera covalente. La
hemoglobina y la insulina son ejemplo de este tipo de estructura.
En el caso de la hemoglobina está constituida por cuatro cadenas polipeptídicas diferentes, mientras
que la insulina esta formada por dos.
A diferencia de las anteriores, esta estructura no
necesariamente existe en todos los polipéptidos y
se refiere a la asociación de dos o más cadenas.
Las interacciones que estabilizan las cadenas
polipeptídicas plegadas en las proteínas con
múltiples subunidades son de los mismos tipos que
las que estabilizan la estructura terciaria: puentes
salinos o interacciones electrostáticas, puentes de
hidrógeno, fuerzas de Van der Waals, interacciones
hidrófobas y, en ocasiones, enlaces disulfuro.
DESNATURALIZACIÓN
En el caso de las proteínas, la palabra desnaturalización indica que la estructuración se aleja de la
forma nativa debido a un importante cambio en su conformación tridimensional, producido por
movimientos de los diferentes dominios de la proteína, que conlleva un aumento en la entropía de las
moléculas.
Este cambio conformacional trae
como consecuencia pérdidas en
estructura secundaria, terciaria o
cuaternaria, pero no cambios en la
estructura primaria, es decir, que
la desnaturalización no implica
una hidrólisis del enlace peptídico.
MODIFICACIONES QUÍMICAS
El procesamiento de los alimentos frecuentemente induce cambios en las proteínas a través de las
operaciones que involucran la aplicación de calor para cocer, evaporar, secar, pasteurizar o esterilizar,
o bien en las operaciones de fermentación, irradiación, etcétera. La presencia de otros componentes en
los alimentos, como pueden ser los lípidos que han sufrido reacciones de rancidez, o la presencia de
azúcares reductores complica el cuadro, así como cuando se encuentra involucrada la acción de
microorganismos.
Tratamientos térmicos moderados
Pirólisis
Los tratamientos térmicos drásticos como el asado de
carnes y pescados a la parrilla o al fuego directo y el
horneado alcanzan temperaturas mayores de 200ºC que
dañan notablemente las superficies de los alimentos y los
aminoácidos sufren pirólisis convirtiéndose en mutágenos
de acuerdo a la prueba de Ames. Entre los más tóxicos
están las carbolinas producidas a partir de Trp y los tóxicos
a partir de Glu
PROPIEDADES FUNCIONALES DE LAS PROTEÍNAS
La funcionalidad de una sustancia se define como toda propiedad, nutricional o no, que interviene en su
utilización. Este comportamiento depende de las propiedades físicas y químicas que se afectan durante
el procesamiento, almacenamiento, preparación y consumo del alimento. Las propiedades funcionales
permiten el uso de las proteínas como ingredientes en alimentos, aunque generalmente se incorporan
en mezclas complejas.
Empíricamente las propiedades funcionales de las proteínas son una manifestación
de dos aspectos moleculares de las proteínas:
a) Las propiedades hidrodinámicas
b) Las propiedades de la proteína relacionadas con su superficie.
Propiedades de hidratación. Dependen de las interacciones proteína–agua y son:
absorción de agua, capacidad de mojado (humectación), capacidad de hinchamiento,
capacidad de retención de agua, adhesividad, dispersabilidad, solubilidad y la viscosidad
como propiedad hidrodinámica.
Propiedades relacionadas con interacciones proteína-proteína. Se trata de las
propiedades de precipitación, gelación, formación de estructuras como pueden ser la
formación de masa, de fibras, de películas, la adhesión y la cohesión.
Propiedades de superficie. Dependen en forma importante de la composición superficial
de la proteína, puesto que de acuerdo a la misma dependerá la capacidad de ligar grasas y
sabores. La emulsificación y el espumado son dos propiedades relacionadas más
directamente con los fenómenos de superficie.
PROPIEDADES NUTRICIONALES
Las proteínas poseen un papel fundamental en la nutrición, ya que proporcionan nitrógeno y
aminoácidos que podrán ser utilizados para la síntesis de proteínas y otras sustancias nitrogenadas.
Cuando se ingieren aminoácidos en exceso o cuando el aporte de hidratos de carbono y grasa de la
dieta no es suficiente para cubrir las necesidades energéticas las proteínas se utilizan en la producción
de energía.
Evaluación de la calidad proteínica
El primer objetivo al evaluar la calidad de una
proteína es otorgarle una calificación con base
en su valor nutritivo potencial, de esta manera
se puede construir un registro de las proteínas y
en el caso de que la proteína o el alimento
sufran cambios en el valor nutritivo a través del
proceso y almacenamiento será más fácil
detectar el cambio en su calificación.
El segundo objetivo es que se pueda predecir la
contribución nutritiva al alimento por parte de la
proteína, o mezcla de proteínas alimenticias.
Para cubrir estos objetivos se han desarrollado
diversos métodos para evaluar su calidad
nutrimental.
PROTEÍNAS DE ALGUNOS ALIMENTOS
En el mercado se busca constantemente la incorporación de nuevas fuentes de proteína, y su introducción dependerá de aspectos de
inocuidad y el costo/beneficio de la explotación de las mismas, particularmente a nivel regional. Desde un punto de vista nutricional, cabe
señalar que existe una distribución heterogénea en el patrón de consumo de proteínas, pues así como en Occidente se ingieren en
exceso, en otras regiones existe deficiencia. En occidente, el consumo de proteínas rebasa los requerimientos nutricionales y
energéticos,82 dado que se basa en proteínas animales, las cuales contienen una alta calidad nutricional.
Proteínas del huevo
La composición detallada de la clara de huevo aún no está del todo definida. La aplicación de las técnicas proteómicas y
genómicas ofrece ahora nuevas herramientas para abordar los estudios sobre composición de los alimentos y ha reflejado una
gran microheterogeneidad y la presencia de varias isoformas entre las proteínas más conocidas; se han encontrado
numerosas proteínas pequeñas ácidas, no reportadas previamente, como la proteína Ch21.
Proteínas de la carne
La carne es un medio muy útil y eficiente de abasto de proteína, puesto que animales y humanos comparten muchas
necesidades nutricionales y fisiológicas. Proviene de los músculos esqueléticos de diversos animales y se caracteriza por su
estructura fibrosa y su textura. En Occidente, la carne de bovino es la de mayor consumo, seguida por la de porcino, ovino y
caprinos, y constituye una excelente fuente de proteínas de alta calidad, especialmente apreciadas por poblaciones urbanas.
Gelatina
La gelatina es una proteína derivada de la hidrólisis
selectiva del colágeno, que es el componente orgánico
más abundante en huesos y piel de mamíferos, que
tiene aplicaciones en alimentos, farmacia y adhesivos,
para lo que se requieren diferentes grados de calidad y
pureza.
Se puede elaborar a partir de restos de pollo, o de
ganado bovino o porcino, y en los últimos tiempos se
han hecho esfuerzos para diferenciarlos, por el riesgo de
la encefalopatía espongiforme bovina (BSE), a partir del
análisis de la composición de péptidos y aminoácidos.
Proteínas lácteas
Las proteínas lácteas se agrupan en dos grandes conjuntos: las caseínas (80%) y las proteínas del suero (20%).
A pesar de que se encuentran entre las proteínas más estudiadas, la generación de información con nuevas
metodologías ofrece cada día más detalles acerca de su composición y propiedades. Por otra parte, los
avances tecnológicos que permiten la separación y purificación han permitido también generar nuevas
aplicaciones y usos.
Proteínas vegetales
Las proteínas vegetales se obtienen principalmente de semillas de leguminosas, cereales, oleaginosas y en
baja proporción de hojas verde
Proteínas de cereales
Las proteínas de reserva más abundantes en los cereales se denominan glutelinas, aunque puede haber algunas
diferencias entre especies. En las leguminosas, las globulinas constituyen el 70% del to-tal, en tanto las glutelinas y
albúminas contribuyen con porcentajes que oscilan entre el 10 y 20% para cada una. El contenido total proteínico es
de alrededor del 12%, que resulta bajo si se compara contra el de las leguminosas, que oscila entre el 18 y 25 por
ciento.
Trigo
Las glutelinas del trigo reciben el nombre de gluteninas,
mientras que las prolaminas, el de gliadinas, y ambas
suman 85% de la fracción proteínica. Éstas, junto con los
lípidos y el agua forman el llamado gluten, responsable de
las propiedades de cohesividad y de viscoelasticidad de la
masa de panificación.
Proteínas de cereales
Proteínas del maíz
El maíz es deficiente en lisina y en
triptofano y la relación de concentraciones
de leucina/isoleucina es muy elevada,
estos factores, aunados a su estructura
terciaria rígida, hacen que su calidad
nutricional sea reducida.
Proteínas de cereales
Proteínas de arroz
Las proteínas se localizan en diferentes partes del
grano, incluyendo el endospermo y precisamente la
cascarilla. La extracción de proteína mejora en forma
notable cuando se emplean enzimas para facilitar el
proceso.
Los aislados proteínicos a partir de este grano tienen la
ventaja de ser incoloros, ricos en aminoácidos
indispensables, hipoalergénicos e hipocolesterolémicos,
pero su funcionalidad depende fuertemente del proceso
de obtención del aislado.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Agboola, S., Ng, D. y Mills, D. (2005). Characterization and functional properties of Australian rice pro-tein isolates. J.
Cereal Sci. 41, pp. 283-290.
2. Ahmedna, M., Prinyawiwatkul, y Rao, R. M. (1999). Solubilized Wheat Protein Isolate: Functional Pro-perties and
Potential Food Applications. J. Agric. Food. Chem. 47, pp. 1340-1345.
3. Amaya-Guerra, C. A. Alanis-Guzman, M.G. Serna Saldivar, S.O. (2004). Effects of soybean fortification on protein
quality of tortilla-based diets produced from regular and quality protein maize. Plant Foods Hum. Nutr. Spring 59 (2): pp.
45-50.
4. Anfinsen, C.B. y Seberaga, H.A. (1975). Experimental and theoretical aspects of protein folding. Adv. Prot. Chem. 29: p.
205.
5. AOAC (1990) Oficial Methods of Analysis of the Association of Official Analytical Chemists. 15a ed. Vir-ginia pp. 342,
1095, 1096, 1105, 1106.
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7. Arjmandi, B.H., Khalil, D.A., Lucas, E., Smith, B., Sinichi, N., Hodges, S., Juma, S., Munson, M., Pay-ton, M. Tivis R. y
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8. Azakami, H., Mukai, A. y Kato, A. (2005). Role of amyloid type cross beta structure in the formation of soluble agregate
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9. Bienvenue, A., Jiménez-Flores, R., y Singh, H.(2003). Rheological properties of concentrated skim milk: influence of
heat treatment and genetic variants on the changes in viscosity during storage. Journal of Agri-cultural and Food
Chemistry 51:6488-6494.
10. Biesalski, H. (2005). Meat as a component of a healthy diet- are there any risks or benefits if meat a is avoided in the
diet? Meat science 70 (3), pp. 529-534.
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  • 2. Cristhian Y. Hilasaca Zea Sesión 07 Bioquímica de los alimentos Lípidos
  • 3. Pautas de la sesión: Tiempo aproximado: 20 minutos Conservar el silencio durante la presentación Realizar preguntas Momento en que responderé las preguntas formuladas.
  • 4. Objetivos de la sesión online: ✓ Definir los lípidos, su clasificación, análisis y propiedades, sistemas grasos en alimentos y aspectos nutricionales; organizando toda la información provista, respondiendo con el vocabulario adecuado y trabajando de manera grupal y responsable.
  • 5. Contenidos: ▪ Introducción ▪ Clasificación ▪ Análisis físicos y químicos ▪ Manufactura de grasas y aceites ▪ Procesos de modificación de grasas y aceites ▪ Sistemas grasos en alimentos ▪ Deterioro de los lípidos ▪ Determinación de la oxidación ▪ Aspectos nutricionales
  • 6. La palabra lípido proviene del griego “lipos”, que significa grasa y cuya aplicación no ha sido bien establecida; originalmente se definía como “una sustancia insoluble en agua, pero soluble en disolventes orgánicos como cloroformo, hexano y éter de petróleo”; con esta consideración de solubilidad, existen muchos otros compuestos, como terpenos, vitaminas y carotenoides que también están incluidos. Sin embargo, algunos autores consideran como lípidos sólo a aquellas moléculas que son derivados reales o potenciales de los ácidos grasos y sustancias relacionadas; según esta definición, los aceites y las grasas se consideran por antonomasia como lípidos. INTRODUCCIÓN
  • 7. Los lípidos son grupos de compuestos constituidos por carbono, hidrógeno y oxígeno que integran cadenas hidrocarbonadas alifáticas o aromáticas, aunque también contienen fósforo y nitrógeno. Desempeñan muchas funciones en los tejidos, además de que son la fuente energética más importante, ya que cada gramo genera 9 kcal (38.2 kJ) porque en su estructura contienen más átomos de carbono que las proteínas y los hidratos de carbono que producen 4 kcal/g (17 kJ/g) cada uno; muchos cumplen una actividad biológica, unos son parte estructural de las membranas celulares y de los sistemas de transporte de diversos nutrimentos, otros son ácidos grasos indispensables, vitaminas y hormonas, algunos son pigmentos, etc.
  • 8. Los lípidos son un grupo muy heterogéneo de moléculas orgánicas; e incluyen grasas, aceites, esteroides, ceras y otros compuestos relacionados más por sus propiedades físicas que por sus propiedades químicas. Químicamente, los lípidos son biomoléculas que al ser sometidas a hidrólisis producen ácidos grasos y alcoholes complejos que se pueden combinar con los ácidos grasos, formando ésteres.
  • 10. LÍPIDOS Los lípidos son biomoléculas orgánicas formadas por C, H y O pudiendo contener además N, P y S. Son un grupo muy heterogéneo de moléculas aunque tienen en común las siguientes propiedades: Son insolubles en agua, pero solubles en disolventes orgánicos, es decir, no polares, como el éter, cloroformo, benceno, acetona,… y son poco densos. Son un grupo químicamente diverso y por tanto, desempeñan funciones biológicas muy variadas. Algunos almacenan gran cantidad de energía química, como los triacilglicéridos; otros como los fosfolípidos y los esfingolípidos constituyen los principales componentes estructurales de las membranas biológicas; algunos desempeñan funciones de protección al ambiente (como las ceras) y existen otros que desempeñan funciones especiales muy importantes, actuando como: vitaminas, pigmentos, hormonas y mensajeros intracelulares, los cuales a pesar de estar presentes en cantidades relativamente pequeñas en los organismos enteros, tienen una potente actividad biológica.
  • 11. Las grasas y los aceites son los principales lípidos que se encuentran en los alimentos, y contribuyen a la textura y, en general, a las propiedades sensoriales y de nutrición; no hay una distinción entre ambos grupos, aun cuando algunos consideran que las grasas son de origen animal y los aceites de origen vegetal, o bien, las grasas son sólidas a “temperatura ambiente”, mientras que los aceites son líquidos.
  • 12. FUNCIONES DE LOS LÍPIDOS 1. Componentes de: - la dieta normal - membranas celulares - lipoproteínas plasmáticas 2. Función energética: - oxidación de ácidos grasos (beta-oxidación) - almacenamiento(lipogénesis) 3. Precursores en la síntesis de: - Hormonas esteroide,; ácidos biliares y vitamina D3; prostaglandinas y leucotrienos… 4. Aislantes eléctricos 5. Aislantes térmicos y contra traumatismos 6. Regulación de la temperatura corporal
  • 13. GRASA ALIMENTARIA La grasa ayuda a que la alimentación sea más agradable, ejerce en los alimentos un importante papel funcional y nutritivo. Influyen en las características organolépticas de los alimentos como el flavor (gusto y aroma) y la textura, dan cuerpo y volumen, le otorgan brillo, aportan suavidad (palatabilidad) y lubricidad (favorecen la deglución). Y algunas de ellas tienen acción emulsionante.
  • 14. CLASIFICACIÓN El número de sustancias consideradas como lípidos es muy grande y la manera de clasificarlas resulta difícil; existen diversos métodos para hacerlo, cada uno con sus propias ventajas y desventajas, pero todos se basan en las propiedades físicas o químicas que los caracterizan.
  • 15. Ácidos grasos En forma pura, todas las grasas y los aceites están constituidos exclusivamente por triacilglicéridos (o triglicéridos), los que a su vez son ésteres de ácidos grasos con glicerol; por consiguiente, dichos ácidos representan un gran porcentaje de la composición de los triacilglicéridos y en consecuencia de las grasas y los aceites. Los ácidos grasos se producen industrialmente a partir de diversas fuentes de grasas, y se utilizan en la elaboración de aditivos para la industria alimentaria. Los de 16 a 18 átomos de carbono, palmítico, oleico y esteárico, se emplean como emulsionantes en forma de sus respectivos ésteres. Además, las sales de calcio y de magnesio del palmítico y del esteárico se usan como antiaglomerantes en vegetales deshidratados y en otros productos secos porque son insolubles en agua y, al recubrir las partículas sólidas, repelen el agua y evitan la aglomeración.
  • 16. Ácidos grasos saturados Varían de 4 a 26 átomos de carbono y su temperatura o punto de fusión aumenta con el peso molecular o largo de la cadena; así, los de C4 a C8 son líquidos a 25ºC, mientras que los de C10 en adelante son sólidos y su solubilidad en agua es inversamente proporcional al peso molecular.
  • 17. Su nomenclatura se basa en el empleo de los nombres comunes, tal como butírico, cáprico, etc, o bien añadiendo la terminación “oico” a la raíz griega que indica el tamaño de la cadena de átomos de carbono. Su numeración generalmente comienza a partir del grupo carboxilo cuyo carbono corresponde al número uno:
  • 18. Entre los más comunes está el láurico, que abunda en los aceites de palmiste (semilla de la palma) y de coco, el palmítico, que se encuentra en la palma, en el cacao y en la manteca de cerdo, y el esteárico en el cacao y en los aceites hidrogenados. La grasa de la leche o grasa butírica (de donde deriva la mantequilla) contiene ácido butírico, cuya presencia se emplea para identificar y cuantificar la grasa láctea en los productos o su adulteración.
  • 19. Ácidos grasos insaturados Debido a sus insaturaciones, estos compuestos tienen una gran reactividad química, ya que son propensos a la saturación y a transformaciones oxidativas y de isomerización. Son muy abundantes en los aceites vegetales y marinos; su temperatura de fusión disminuye con el aumento de las dobles ligaduras, y siempre es menor que la de los saturados para una misma longitud de cadena
  • 20. Las insaturaciones presentan dos tipos de isomerismo: a) geométrico, cis-trans; y b) posicional, según sea la localización de la doble ligadura en la cadena de átomos de carbono. En estado natural, la mayoría de ellos son “cis”, mientras que los “trans” se encuentran en grasas hidrogenadas comerciales y en algunas provenientes de rumiantes, como el sebo; la mantequilla contiene aproximadamente 4-6% de trans que se sintetizan por un proceso de biohidrogenación en el rumen de la vaca.
  • 21. Desde hace algunas décadas, el consumo de ácidos grasos trans se ha incrementado, debido al aumento en el uso de grasas hidrogenadas, en lugar del tradicional sebo de res.
  • 22. En general, los aceites líquidos a temperatura ambiente presentan más insaturados que las grasas sólidas; los de peces de agua fría tienen el mayor porcentaje de insaturados, el pollo más que el cerdo, y éste, a su vez, más que la res. Hablar de aceites o grasas saturadas e insaturadas es incorrecto puesto que todas contienen ambos grupos de ácidos grasos, únicamente en distinta proporción.
  • 23. Acilglicéridos Son lípidos neutros o sin carga, derivados de la reacción de esterificación entre el glicerol y una, dos tres moléculas de ácidos grasos en las posiciones 1, 2 y 3, o α, β, y α’ del glicerol. Por mucho, los triacilglicéridos son los más importantes. La nomenclatura llamada numeración estereoespecífica (en inglés se nombra como “sn”, de stereospecific numbers), se basa en que los sustituyentes de la molécula se designan 1, 2 y 3, y el 2 está a la izquierda del plano de átomos de carbono.
  • 24. Mono y diacilglicéridos Representan una fracción pequeña de los constituyentes de las grasas y los aceites y, cuando se encuentran en una proporción mayor, indican una hidrólisis de los triacilglicéridos y de la consecuente liberación de ácidos grasos por acción de las lipasas. En forma natural, ambos grupos de sustancias se asocian con las membranas de los glóbulos de grasa, como ocurre con la leche. Los mono y diacilglicéridos, y sus derivados, se usan ampliamente como emulsionantes pues tienen una parte hidrófoba y otra hidrófila y su capacidad emulsificante depende de sus ácidos grasos y de sus otros sustituyentes.
  • 25. Triacilglicéridos (o triglicéridos) Son los acilglicéridos más abundantes en la naturaleza y los principales constituyentes de todas las grasas y los aceites, incluyendo el tejido adiposo de los mamíferos, ya que representan más del 95%de su composición. Figura 7.1. Estructura estereoquímica de un triacilglicérido con los ácidos oleico, esteárico y palmítico
  • 26. Polimorfismo Las cadenas de ácidos grasos, cuando se enfrían, se alinean y forman una estructura compacta llamada cristal; este proceso implica la remoción de calor y, por lo tanto, la reducción de la dinámica de las moléculas, con lo que se provoca que se acerquen unas a otras. Figura 7.2. Sistemas de cristalización de grasas.
  • 27. Fosfoglicéridos Son diacilglicéridos cuyo glicerol está esterificado a una molécula de ácido fosfórico que, a su vez, se enlaza a una base nitrogenada (colina o etanolamina), a la serina o a un alcohol, como el inositol. Por tener un átomo de carbono asimétrico son ópticamente activos, aunque la mayoría pertenece al enantiómero de la serie α.
  • 28. Los fosfolípidos se oxidan fácilmente, pero en algunos casos funcionan como antioxidantes naturales que protegen a los lípidos que los contienen; es decir, de acuerdo con su concentración, pueden actuar como antioxidantes o como prooxidantes. La lecitina desempeña un papel muy importante en las propiedades de textura de los alimentos, actúa como emulsionante debido a que su molécula contiene una parte hidrófoba y otra hidrófila. El grupo fosfato y la base nitrogenada interaccionan con la fase acuosa, mientras que las cadenas hidrocarbonadas lo hacen con la lípida, con lo cual se logra un contacto físico más estrecho entre las dos fases inmiscibles.
  • 29. Comercialmente se obtiene como subproducto de la refinación del aceite de soya y es en realidad una mezcla de aceite con diversos fosfátidos, su uso más importante es como emulsionante, sobre todo en productos infantiles y de confitería.
  • 30. Ceras A diferencia de los acilglicéridos, las ceras son ésteres de un alcohol monohidroxilado de cadena larga con un ácido graso. Son muy resistentes a la hidrólisis, funcionan como agentes protectores en la superficie de las hojas, los tallos y los frutos, al igual que en el pelo, la lana y las plumas de los animales y en los peces; son sólidos en frío, pero líquidos y moldeables en caliente y su temperatura de fusión varía de 40 a 100ºC.
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  • 36. Sólo existen cuatro nucleótidos en el ADN, cada uno de ellos se transcribe en un nucleótido concreto en el ARN, y existen 20 aminoácidos. Obviamente, resulta imposible una correspondencia 1:1 entre el nucleótido y el aminoácido. En realidad, se utilizan tripletes de nucleótidos (codones) para cada aminoácido, lo cual permite 43, o sea 64 combinaciones distintas Figura 3.4 Código genético Obviamente, resulta imposible una correspondencia 1:1 entre el nucleótido y el aminoácido. En realidad, se utilizan tripletes de nucleótidos (codones) para cada aminoácido, lo cual permite 43, o sea 64 combinaciones distintas En realidad, se utilizan tripletes de nucleótidos (codones) para cada aminoácido, lo cual permite 43, o sea 64 combinaciones distintas
  • 37. Traducción La termodinámica de la formación del enlace peptídico requiere que los aminoácidos se activen antes de que puedan añadirse a una cadena polipeptídica. Esta activación se logra acoplando cada aminoácido al extremo 39 de un ARN de transferencia (ARNt) adecuado para dar un aminoacil- ARNt. Figura 3.5. Traducción de un mensaje de ARN en una proteína
  • 38. Estereoquímica de los α-Aminoácidos Los enlaces alrededor del carbono son tetraédricos y se visualizan de forma más realista en las representaciones tridimensionales Figura 3.6. Representaciones tridimensionales de los a-aminoácidos
  • 39. Reactividad química Cada aminoácido presenta una reactividad de acuerdo a la naturaleza de su cadena lateral, y se refleja en la estabilidad o la reactividad de las proteínas.
  • 40. Propiedades ácido-base Los aminoácidos presentan características que se deben fundamentalmente a su naturaleza iónica anfotérica ácido-base. La palabra anfótero proviene del griego anfi, que significa ambos, por lo que a estos compuestos también se les conoce como sustancias anfifílicas, anfolitos o electrolitos anfóteros. Los aminoácidos pueden tener, por lo tanto, tres estados que dependen del pH: a pH < pI se encuentran en forma protonada o catiónica; en el pI su carga es cero, y a pH > pI adquieren una carga negativa o aniónica. Es decir, no existe un pH en el cual estos anfolitos estén completamente ausentes de cargas eléctricas, ya que las presentan aun en el pI. En cualquiera de estos tres estados pueden ejercer fuerzas electrostáticas.
  • 41. La ionización de los aminoácidos es similar a la de cualquier otra molécula, y por lo tanto sigue la ecuación de Henderson-Hasselbalch: donde pK, por definición, es el logaritmo negativo de la constante de disociación (K) del grupo ionizable:
  • 42. Figura 3.7. Curva de valoración de la alanina
  • 43. PÉPTIDOS Y ENLACE PEPTÍDICO Los aminoácidos se unen covalentemente formando un enlace amida entre los grupos α-amino y α- carboxilo. Este enlace suele denominarse enlace peptídico, y los productos que se forman a partir de esta unión se llaman péptidos Para llevarse a cabo este tipo de enlace el extremo amino de uno de los aminoácidos (el cual pierde un hidrógeno) se combina con el extremo carboxílico del otro aminoácido (quien pierde un grupo hidroxilo) creándose un enlace covalente entre ellos y formándose al mismo tiempo una molécula de agua. El compuesto formado recibe el nombre de péptido. El compuesto formado recibe el nombre de péptido.
  • 44. Figura 3.8 Formación de un péptido.
  • 45. Figura 3.9. Formación de un tetrapéptido.
  • 46. Ejemplos de péptidos en alimentos. Varios péptidos tienen funciones biológicas importantes: la anserina (b-alanil-1-metil-L-histidina) y la carnosina (b-alanil-L-histidina) se encuentran en alta concentración en diferentes tejidos animales con funciones de amortiguador de pH. En el pescado es más abundante la anserina en tanto que la carnosina abunda en el músculo de mamíferos, por lo que en un tiempo se utilizó el análisis por HPLC de estos dipéptidos para determinar el tipo de carne utilizada en un alimento. Figura 3.10. Estructuras de (a) carnosina, (b) homocarnosina y (c) anserina
  • 47. Figura 3.11. Estructura del glutatión Se encuentra en papas, frutos cítricos, uvas y en sangre; permite la desintoxicación de muchas sustancias a través de la enzima glutation-S-transferasa, y se adiciona a los derivados cárnicos que serán curados ya que desempeña un papel muy importante en la transformación de los nitritos en nitrosomioglobina característica del color de los embutidos curados. Otro péptido es el glutatión (γ-glutamilcisteíl-glicina) integrado por un residuo de ácido glutámico, cuyo carboxilo γ, en lugar del α de los enlaces peptídicos normales, se une a la cisteína y ésta a su vez a la glicina.
  • 48. Estabilidad y formación del enlace peptídico Los análisis de difracción de rayos X de las proteínas han demostrado que el enlace peptídico tiene un carácter parcial de doble ligadura por la resonancia entre los átomos O-C-N. Figura 3.12. Geometría del enlace peptídico
  • 49. Siendo el enlace C-N de las proteínas más corto que el de otros compuestos orgánicos e inorgánicos semejantes, que además provoca que la unión peptídica no pueda rotar libremente, lo que limita su libertad de movimiento en la cadena polipeptídica. Figura 3.13. Estructura del enlace peptídico
  • 50. De hecho, los átomos O, C, N, H son casi coplanares. El enlace peptídico puede considerarse un híbrido de resonancia de dos formas Figura 3.14. Formas coplanares en resonancia y formas trans y cis del enlace peptídico
  • 51. La cadena polipeptídica en cada residuo tiene un potente donador para formar puentes de hidrógeno: (–NH–) y un importante aceptor de H: (–CO–), crucial para la estructuración tridimensional de las proteínas. Los otros enlaces de la cadena C–C y C–N son normales. Figura 3.15. Enlaces peptídicos que muestran que sólo el C α tiene posibilidad de rotación La cadena no es muy reactiva, excepto por su amino y carboxilo terminales.
  • 52. La formación de un enlace peptídico en un entorno acuoso no está favorecido termodinámicamente, ya que el cambio de energía libre de esta reacción a temperatura ambiente en solución acuosa es de aproximadamente 110kJ/mol. En realidad la reacción favorecida en estas condiciones es la hidrólisis del enlace peptídico. Figura 3.16. Hidrólisis del enlace peptídico
  • 53. DETECCIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE AMINOÁCIDOS PÉPTIDOS Y PROTEÍNAS Los grupos amino, carboxilo de los aminoácidos libres y los sulfhidrilo, fenólico, hidroxilo, tioéter, imidazol y guanidino de los grupos R, en las proteínas son capaces de reaccionar químicamente con otras moléculas orgánicas. Algunas de estas reacciones se utilizan en la industria alimentaria para modificar las propiedades de hidrofobicidad e hidrofilicidad, y por consiguiente, las propiedades funcionales de las proteínas y péptidos.
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  • 57. Reacciones químicas de los grupos funcionales de las proteínas Reacción con Ninhidrina. Se utiliza a menudo para cuantificar aminoácidos libres, péptidos y proteínas. El aminoácido reacciona con un exceso de ninhidrina, que le causa una desaminación oxidativa y la producción de amoniaco, el aldehído correspondiente, que tiene un átomo menos de carbono que el aminoácido original, CO2 e hidrindantina que proviene de la reducción simultánea de la ninhidrina.
  • 58. Reacciones químicas de los grupos funcionales de las proteínas Reacción con fluorescamina Los aminoácidos, péptidos y proteínas que contienen aminas primarias producen, con fluorescamina, un derivado altamente fluorescente con una máxima emisión a 475 nm cuando la excitación se hace a 390 nm. Este método se puede utilizar para cuantificar aminoácidos, proteínas y péptidos. Es mucho más sensible y no tiene las desventajas de la ninhidrina.
  • 59. Reacciones químicas de los grupos funcionales de las proteínas Reacción con Orto-ftalaldehído La reacción de aminoácidos con O-ftalaldehído (1,2-benzeno dicarbonal) en la presencia de 2- mercaptoetanol produce un derivado fluorescente que tiene una excitación máxima a 380 nm y una emisión de fluorescencia máxima a 450 nm. Es tan sensible que es posible cuantificar aminoácidos a niveles de picomoles (10-12 mol). La ninhidrina, fluorescamina y O-ftalaldehído no son específicos para proteínas porque estos reaccionan con otros grupos amino.
  • 60. Cuantificación de proteínas Existen diversos métodos para la cuantificación de las proteínas, todos ellos basados en alguna de sus propiedades típicas, como puede ser la absorbancia de los grupos aromáticos a 280 nm, la reactivi-dad del enlace peptídico o el contenido de nitrógeno total.
  • 61. Absorbancia a 280 nm Las proteínas purificadas son fácilmente detectadas y cuantificadas por sus propiedades de absorbancia en UV a 280 nm, la que depende del número y posición de sus residuos de aminoácidos aromáticos Phe, Tyr, y Trp así como de puentes disulfuro entre los residuos de Cys; se debe conocer el coeficiente de absorción molar para poder calcular su concentración.
  • 62. Reacción de Biuret La reacción de biuret es específica para la medición del enlace peptídico, por lo que sólo se recomienda para la cuantificación de proteínas, mas no de hidrolizados, a menos que se conozcan los tamaños moleculares y se adapte la proteína estándar de la curva. Se utiliza una solución diluida de sulfato cúprico en tartrato fuertemente alcalino, ésta se adiciona a la solución de proteína, resultan-do un compuesto de color entre púrpura y violeta que absorbe a 540 nm, obtenido probablemente por el acomplejamiento del Cu+2 con dos enlaces peptídidos adyacentes.
  • 63. Método de Kjeldahl El método de Kjeldahl para la determinación de N total es el más utilizado, e incluso se toma como referencia cuando se usan otras técnicas. El método no hace distinción entre el N que proviene de proteínas (de grupos amino y amida) y el no proteínico (urea, aminoácidos), lo que da lugar a errores en cálculo. El método consiste en la digestión de la muestra con H2SO4 y la formación de NH4OH que es recibido en ácido para ser titulado con un álcali de concentración conocida. Los compuestos nitrogenados no proteínicos que causan una sobreestimación de la técnica son: glutatión, carnitina, carnosina, dopamina, urea, ornitina, colina y ácido aminobutírico.
  • 64. Métodos de tinción de proteínas Un reactivo que se utiliza comúnmente para teñir proteínas es el azul brillante de Coomassie, en sus formas R250 y G250. Estos colorantes no reaccionan químicamente con las proteínas pero forman complejos no covalentes. Se considera que la interacción es principalmente iónica, involucrando los grupos básicos de las proteínas, por lo que el colorante no se unirá de la misma manera a todas las proteínas.
  • 65. Tinción con nitrato de plata El más sensible de los reactivos para teñir proteínas fijadas en un gel o en un “blot” es la tinción de plata, el cual puede detectar menos que un nanogramo (1029 g) de proteína. Se utiliza nitrato de plata en condiciones ácidas y la reacción está basada en los procesos fotográficos, donde al parecer se involucra a las cadenas laterales básicas de la proteína.
  • 66. ORGANIZACIÓN ESTRUCTURAL Estabilidad de la estructura proteínica Los cuatro niveles de estructuración están estabilizados por los diferentes tipos de uniones químicas. Los enlaces covalentes son los responsables del enlace peptídico, son de menor longitud y los de mayor energía. Figura 3.17. El delicado balance de la estructura de una proteína: termodesnaturalización de la ribonucleasa
  • 67. Estructura primaria El primer nivel de organización de una proteína es la secuencia de aminoácidos dictada por la secuencia de ADN del gen que la codifica, es decir, el orden en que se encuentran unidos los aminoácidos en la cadena polipeptídica. Ésta es una propiedad controlada genéticamente, altamente reproducible y única para cada proteína. Figura 3.18. Esquema de la hidratación (a) y asociación (b) hidrofóbicas
  • 68. Estructura secundaria Se refiere al ordenamiento regular y periódico de las proteínas en el espacio, a lo largo de su eje, y que se estabiliza por diversas fuerzas, de las cuales las electrostáticas, los puentes de hidrógeno, las interacciones hidrofóbicas y las dipolo-dipolo son las más importantes Figura 3.19. Esquema de la hidratación (a) y asociación (b) hidrofóbicas
  • 69. Figura 3.20. Enlaces que estabilizan la estructura secundaria y terciaria de las proteínas; (a), interacción electrostática; (b), puentes de hidrógeno; (c), interacción hidrófobo; (d), interacción dipolo-dipolo, y (e) enlace disulfuro
  • 70. Estructura terciaria Este término se refiere al modo en que la cadena polipeptídica se dobla sobre sí misma para producir una estructura plegada y compacta, característica de las proteínas globulares. La estructura terciaria de la β-lactoglobulina y faseolina, proteína de almacén de frijoles bayos
  • 71. Estructura cuaternaria Está constituida por varias cadenas polipeptídicas unidas entre si de manera covalente. La hemoglobina y la insulina son ejemplo de este tipo de estructura. En el caso de la hemoglobina está constituida por cuatro cadenas polipeptídicas diferentes, mientras que la insulina esta formada por dos. A diferencia de las anteriores, esta estructura no necesariamente existe en todos los polipéptidos y se refiere a la asociación de dos o más cadenas. Las interacciones que estabilizan las cadenas polipeptídicas plegadas en las proteínas con múltiples subunidades son de los mismos tipos que las que estabilizan la estructura terciaria: puentes salinos o interacciones electrostáticas, puentes de hidrógeno, fuerzas de Van der Waals, interacciones hidrófobas y, en ocasiones, enlaces disulfuro.
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  • 75. DESNATURALIZACIÓN En el caso de las proteínas, la palabra desnaturalización indica que la estructuración se aleja de la forma nativa debido a un importante cambio en su conformación tridimensional, producido por movimientos de los diferentes dominios de la proteína, que conlleva un aumento en la entropía de las moléculas. Este cambio conformacional trae como consecuencia pérdidas en estructura secundaria, terciaria o cuaternaria, pero no cambios en la estructura primaria, es decir, que la desnaturalización no implica una hidrólisis del enlace peptídico.
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  • 77. MODIFICACIONES QUÍMICAS El procesamiento de los alimentos frecuentemente induce cambios en las proteínas a través de las operaciones que involucran la aplicación de calor para cocer, evaporar, secar, pasteurizar o esterilizar, o bien en las operaciones de fermentación, irradiación, etcétera. La presencia de otros componentes en los alimentos, como pueden ser los lípidos que han sufrido reacciones de rancidez, o la presencia de azúcares reductores complica el cuadro, así como cuando se encuentra involucrada la acción de microorganismos. Tratamientos térmicos moderados Pirólisis Los tratamientos térmicos drásticos como el asado de carnes y pescados a la parrilla o al fuego directo y el horneado alcanzan temperaturas mayores de 200ºC que dañan notablemente las superficies de los alimentos y los aminoácidos sufren pirólisis convirtiéndose en mutágenos de acuerdo a la prueba de Ames. Entre los más tóxicos están las carbolinas producidas a partir de Trp y los tóxicos a partir de Glu
  • 78. PROPIEDADES FUNCIONALES DE LAS PROTEÍNAS La funcionalidad de una sustancia se define como toda propiedad, nutricional o no, que interviene en su utilización. Este comportamiento depende de las propiedades físicas y químicas que se afectan durante el procesamiento, almacenamiento, preparación y consumo del alimento. Las propiedades funcionales permiten el uso de las proteínas como ingredientes en alimentos, aunque generalmente se incorporan en mezclas complejas.
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  • 80. Empíricamente las propiedades funcionales de las proteínas son una manifestación de dos aspectos moleculares de las proteínas: a) Las propiedades hidrodinámicas b) Las propiedades de la proteína relacionadas con su superficie.
  • 81. Propiedades de hidratación. Dependen de las interacciones proteína–agua y son: absorción de agua, capacidad de mojado (humectación), capacidad de hinchamiento, capacidad de retención de agua, adhesividad, dispersabilidad, solubilidad y la viscosidad como propiedad hidrodinámica. Propiedades relacionadas con interacciones proteína-proteína. Se trata de las propiedades de precipitación, gelación, formación de estructuras como pueden ser la formación de masa, de fibras, de películas, la adhesión y la cohesión. Propiedades de superficie. Dependen en forma importante de la composición superficial de la proteína, puesto que de acuerdo a la misma dependerá la capacidad de ligar grasas y sabores. La emulsificación y el espumado son dos propiedades relacionadas más directamente con los fenómenos de superficie.
  • 82. PROPIEDADES NUTRICIONALES Las proteínas poseen un papel fundamental en la nutrición, ya que proporcionan nitrógeno y aminoácidos que podrán ser utilizados para la síntesis de proteínas y otras sustancias nitrogenadas. Cuando se ingieren aminoácidos en exceso o cuando el aporte de hidratos de carbono y grasa de la dieta no es suficiente para cubrir las necesidades energéticas las proteínas se utilizan en la producción de energía.
  • 83. Evaluación de la calidad proteínica El primer objetivo al evaluar la calidad de una proteína es otorgarle una calificación con base en su valor nutritivo potencial, de esta manera se puede construir un registro de las proteínas y en el caso de que la proteína o el alimento sufran cambios en el valor nutritivo a través del proceso y almacenamiento será más fácil detectar el cambio en su calificación. El segundo objetivo es que se pueda predecir la contribución nutritiva al alimento por parte de la proteína, o mezcla de proteínas alimenticias. Para cubrir estos objetivos se han desarrollado diversos métodos para evaluar su calidad nutrimental.
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  • 85. PROTEÍNAS DE ALGUNOS ALIMENTOS En el mercado se busca constantemente la incorporación de nuevas fuentes de proteína, y su introducción dependerá de aspectos de inocuidad y el costo/beneficio de la explotación de las mismas, particularmente a nivel regional. Desde un punto de vista nutricional, cabe señalar que existe una distribución heterogénea en el patrón de consumo de proteínas, pues así como en Occidente se ingieren en exceso, en otras regiones existe deficiencia. En occidente, el consumo de proteínas rebasa los requerimientos nutricionales y energéticos,82 dado que se basa en proteínas animales, las cuales contienen una alta calidad nutricional.
  • 86. Proteínas del huevo La composición detallada de la clara de huevo aún no está del todo definida. La aplicación de las técnicas proteómicas y genómicas ofrece ahora nuevas herramientas para abordar los estudios sobre composición de los alimentos y ha reflejado una gran microheterogeneidad y la presencia de varias isoformas entre las proteínas más conocidas; se han encontrado numerosas proteínas pequeñas ácidas, no reportadas previamente, como la proteína Ch21.
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  • 88. Proteínas de la carne La carne es un medio muy útil y eficiente de abasto de proteína, puesto que animales y humanos comparten muchas necesidades nutricionales y fisiológicas. Proviene de los músculos esqueléticos de diversos animales y se caracteriza por su estructura fibrosa y su textura. En Occidente, la carne de bovino es la de mayor consumo, seguida por la de porcino, ovino y caprinos, y constituye una excelente fuente de proteínas de alta calidad, especialmente apreciadas por poblaciones urbanas.
  • 89. Gelatina La gelatina es una proteína derivada de la hidrólisis selectiva del colágeno, que es el componente orgánico más abundante en huesos y piel de mamíferos, que tiene aplicaciones en alimentos, farmacia y adhesivos, para lo que se requieren diferentes grados de calidad y pureza. Se puede elaborar a partir de restos de pollo, o de ganado bovino o porcino, y en los últimos tiempos se han hecho esfuerzos para diferenciarlos, por el riesgo de la encefalopatía espongiforme bovina (BSE), a partir del análisis de la composición de péptidos y aminoácidos.
  • 90. Proteínas lácteas Las proteínas lácteas se agrupan en dos grandes conjuntos: las caseínas (80%) y las proteínas del suero (20%). A pesar de que se encuentran entre las proteínas más estudiadas, la generación de información con nuevas metodologías ofrece cada día más detalles acerca de su composición y propiedades. Por otra parte, los avances tecnológicos que permiten la separación y purificación han permitido también generar nuevas aplicaciones y usos.
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  • 92. Proteínas vegetales Las proteínas vegetales se obtienen principalmente de semillas de leguminosas, cereales, oleaginosas y en baja proporción de hojas verde
  • 93.
  • 94. Proteínas de cereales Las proteínas de reserva más abundantes en los cereales se denominan glutelinas, aunque puede haber algunas diferencias entre especies. En las leguminosas, las globulinas constituyen el 70% del to-tal, en tanto las glutelinas y albúminas contribuyen con porcentajes que oscilan entre el 10 y 20% para cada una. El contenido total proteínico es de alrededor del 12%, que resulta bajo si se compara contra el de las leguminosas, que oscila entre el 18 y 25 por ciento. Trigo Las glutelinas del trigo reciben el nombre de gluteninas, mientras que las prolaminas, el de gliadinas, y ambas suman 85% de la fracción proteínica. Éstas, junto con los lípidos y el agua forman el llamado gluten, responsable de las propiedades de cohesividad y de viscoelasticidad de la masa de panificación.
  • 95. Proteínas de cereales Proteínas del maíz El maíz es deficiente en lisina y en triptofano y la relación de concentraciones de leucina/isoleucina es muy elevada, estos factores, aunados a su estructura terciaria rígida, hacen que su calidad nutricional sea reducida.
  • 96. Proteínas de cereales Proteínas de arroz Las proteínas se localizan en diferentes partes del grano, incluyendo el endospermo y precisamente la cascarilla. La extracción de proteína mejora en forma notable cuando se emplean enzimas para facilitar el proceso. Los aislados proteínicos a partir de este grano tienen la ventaja de ser incoloros, ricos en aminoácidos indispensables, hipoalergénicos e hipocolesterolémicos, pero su funcionalidad depende fuertemente del proceso de obtención del aislado.
  • 97. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Agboola, S., Ng, D. y Mills, D. (2005). Characterization and functional properties of Australian rice pro-tein isolates. J. Cereal Sci. 41, pp. 283-290. 2. Ahmedna, M., Prinyawiwatkul, y Rao, R. M. (1999). Solubilized Wheat Protein Isolate: Functional Pro-perties and Potential Food Applications. J. Agric. Food. Chem. 47, pp. 1340-1345. 3. Amaya-Guerra, C. A. Alanis-Guzman, M.G. Serna Saldivar, S.O. (2004). Effects of soybean fortification on protein quality of tortilla-based diets produced from regular and quality protein maize. Plant Foods Hum. Nutr. Spring 59 (2): pp. 45-50. 4. Anfinsen, C.B. y Seberaga, H.A. (1975). Experimental and theoretical aspects of protein folding. Adv. Prot. Chem. 29: p. 205. 5. AOAC (1990) Oficial Methods of Analysis of the Association of Official Analytical Chemists. 15a ed. Vir-ginia pp. 342, 1095, 1096, 1105, 1106. 6. AOAC (1995) Oficial Methods of Analysis of the Association of Official Analytical Chemists. 16a ed. Vir-ginia: p. 62. 7. Arjmandi, B.H., Khalil, D.A., Lucas, E., Smith, B., Sinichi, N., Hodges, S., Juma, S., Munson, M., Pay-ton, M. Tivis R. y Sanborg, A. (2004). Soy protein may alleviate osteoarthritis symptoms. Phytomedicine 7/8: pp. 567-575. 8. Azakami, H., Mukai, A. y Kato, A. (2005). Role of amyloid type cross beta structure in the formation of soluble agregate and gel in heat induced ovalbumin. J. Agric. Food Chem. 53(4); pp. 1254-1257. 9. Bienvenue, A., Jiménez-Flores, R., y Singh, H.(2003). Rheological properties of concentrated skim milk: influence of heat treatment and genetic variants on the changes in viscosity during storage. Journal of Agri-cultural and Food Chemistry 51:6488-6494. 10. Biesalski, H. (2005). Meat as a component of a healthy diet- are there any risks or benefits if meat a is avoided in the diet? Meat science 70 (3), pp. 529-534.