.

1. DETERIORO DE BIOMOLÉCULAS

2. z Uno de los procesos a tomar siempre en cuenta es el de la
desnaturalización proteica.
DESNATURALIZACIÓN DE PROTEÍNAS

3. z En una DESNATURALIZACIÓN, la estructura de una proteína se
aleja de la forma nativa debido a un importante cambio en su
conformación producido por movimientos de los diferentes
dominios de la proteína.
z Este cambio trae como consecuencia pérdidas en las estructuras
secundaria, terciaria o cuaternaria pero no en la primaria
(desnaturalización ≠ hidrólisis).
DESNATURALIZACIÓN DE PROTEÍNAS

4. DESNATURALIZACIÓN DE PROTEÍNAS
z Los enlaces que son afectados son los no covalentes, así como la
relación de esa estructura con el disolvente acuoso.
z La conformación de una molécula de proteína alcanza su mayor
estabilidad termodinámica en su ESTADO NATIVO o ACTIVO (la
que alcanza en condiciones fisiológicas).
z Los cambios conformacionales pueden ocurrir por cambios
TÉRMICOS (calentamiento, enfriamiento), QUÍMICOS (inducidos
por agentes que forman puentes de hidrógeno -urea, cloruro de
guanidinio-), cambios de pH, detergentes, cambios en la fuerza
iónica, por adición de sales, presencia de disolventes orgánicos)
o MECÁNICOS (agitación).

5. DESNATURALIZACIÓN DE PROTEÍNAS
z La desnaturalización implica una pérdida de la estructura
ordenada de la proteína, y se traduce como un daño: hay pérdida
de funciones fisiológicas, de la actividad enzimática o una
modificación de sus propiedades funcionales.
z Pueden ocurrir fenómenos de agregación o insolubilización.
z Las enzimas pierden su actividad catalítica con este proceso.
z Las enzimas pueden, en ocasiones, regresar a su estrutura
original en u proceso que se denomina RENATURALIZACIÓN.

6. ¿CÓMO SEGUIR EL PROCESO DE
DESNATURALIZACIÓN?
z La conformación de una proteína es consecuencia de una
delicada cooperación de una enorme cantidad de enlaces no
covalentes de baja energía.
z La pérdida de la estructura nativa globular implica la exposición
significativa de residuos de aminoácidos hidrofóbicos expuestos
al disolvente. La agregación de las proteínas desplegadas es una
consecuencia de ello.
z Si no existe alguna molécula que estabilice los sitios
hidrofóbicos expuestos, la agregación será la forma en que se
disminuya su exposición al agua, lo que implica dar lugar a una
desnaturalización no reversible.

7. ¿CÓMO SEGUIR EL PROCESO DE
DESNATURALIZACIÓN?
z En el caso de una enzima como la α-
amilasa esto puede seguirse fácilmente,
Esta enzima hidroliza al polisacárido
almidón transformándolo en azúcares
simples: disacáridos y monosacáridos
(como la glucosa).
z Al contacto con una solución que
contenga almidón, el I2 (disuelto en
LUGOL, una solución acuosa de KI e I2 en
donde la especie dominante es el KI3) da
lugar a una coloración azul oscuro muy
intenso.

8. ¿CÓMO SEGUIR EL PROCESO DE
DESNATURALIZACIÓN?
z El proceso es muy simple: la enzima se
adiciona en un medio acuoso en el que
hay almidón y se le permite que reaccione
con él durante un cierto tiempo. Al final,
cuando se adiciona el lugol, se alcanza
una tonalidad amarillenta (la del yodo)
debido a que la enzima ha hidrolizado al
almidón (tubo de la derecha).

9. ¿CÓMO SEGUIR EL PROCESO DE
DESNATURALIZACIÓN?
z A continuación se somete a un medio
estresante a la enzima y posteriormente se
adiciona el almidón. Nuevamente se
espera un tiempo para que la enzima
tenga la oportunidad de hidrolizar al
almidón. Si se desnaturalizó, entonces el
almidón continuará en el medio, y así, al
adicionar el lugol, se alcanzará la
tonalidad azul tipica (tubo de la
izquierda).

10. ¿CÓMO SEGUIR EL PROCESO DE
DESNATURALIZACIÓN?
z La interpretación de los resultados es
entonces muy sencilla. Una coloración
amarillenta indica, al final del
experimento, que no ha habido
desnaturalización de la enzima y que esta
continúa comportándose de manera
normal.
z Una coloración azul por el contrario
indicará la presencia de almidón, lo que
es consistente con la inactivación de la
enzima por desnaturalización.

11. APLICACIONES DE LOS MÉTODOS TÉRMICOS
z Existen casos en donde la proteína no
puede almacenarse a T bajas: al
aplicar frío a la carboxípeptidasa A
bajo se corre el riesgo de
desactivarla.
z Otro caso es el de la mioglobina,
cuya actividad es máxima a 30 ºC. Si
su temperatura disminuye se
desestabiliza.
z Las proteínas con mayor cantidad de
interacciones hidrofóbicas se
conservan mejor a temperatura
ambiente que en refrigeración, como
sucede con la glicinina de soya.

12. APLICACIONES DE LOS MÉTODOS TÉRMICOS
z De lo anterior se deduce que
un factor más, involucrado en
la termodesnaturalización, es
el contenido y tipo de
aminoácidos predominante
en las protelnas: las proteínas
que posean altos contenidos
de residuos de aminoácidos
hidrofóbicos como valina 1,
isoleucina 2, leucina 3 y
fenilalanina 4 resultan por lo
general más estables a
temperatura ambiente que a
temperaturas bajas.
1
2
3
4

13. APLICACIONES DE LOS MÉTODOS TÉRMICOS
z Una aplicación práctica de la desnturalización térmica se maneja
durante el procesamiento de alimentos: de esta manera, en las
verduras que serán congeladas es necesario lograr la
desactivación de enzimas como lipoxidasas y lipoxigenasa.
z La lipoxidasa por ejemplo destruye los CAROTENOS y la
vitamina A al actuar sobre los dobles enlaces de los compuestos
insaturados.

14. DESNATURALIZACIÓN POR CAMBIOS DE pH
z Otro proceso que induce
desnaturalización de proteínas son los
cambios de pH. Éstos pueden dar lugar a
modificaciones importantes en la
conformación de la proteína debido a
uniones o remociones de H+ de las
cadenas laterales con carga, lo que afecta
a los puentes eléctricos.
z Una desnaturalización alcalina implica la
remoción del H+ del átomo de N de las
cadenas residuos de lisina 5, histidina 6 y
arginina 7, y una ácida la protonación de
los grupos carboxilato de las cadenas
residuos de aspartato 8 y glutamato 9.
5
6
7
8
9

15. DESNATURALIZACIÓN POR UREA Y CLORURO
DE GUANIDINIO
z La urea 10 y el cloruro de guanidinio 11,
muy solubles en agua (forman soluciones
acuosas hasta 12 M) y son capaces de
penetrar fácilmente en las moléculas de las
proteínas gracias a su pequeño tamaño.
11
10

16. DESNATURALIZACIÓN POR UREA Y CLORURO
DE GUANIDINIO
z Ambas moléculas se
insertan entre los puentes
de hldrógeno
intramoleculares
proteicos, afectando
directamente a las
interacciones
hidrofóbicas. Además, de
esto, pueden
interaccionar con el agua
ligada al interior de las
proteínas causando más
modificaciones.

17. DESNATURALIZACIÓN POR DETERGENTES
z Un ejemplo es el laurilsulfato de sodio 12:
por debajo de la CONCENTRACIÓN MICELAR
CRITICA (CMC) esta sustancia sólo penetra
superficialmente a la molécula globular de
proteína acomodando sus cadenas alifáticas
(la parte no polar de la molécula) hacia su
interior, mientras que las cabezas polares
(donde se halla el grupo sulfato, con carga)
afectan las interacciones electrostáticas del
exterior.
12

18. DESNATURALIZACIÓN POR DETERGENTES
z Por arriba de la CMC, las micelas logran
desplegar a la molécula formando MICELAS
MEZCLADAS alrededor de las zonas
hidrofóbicas que logran mantenerse
expuestas al ambiente acuoso porque dichas
micelas las estabilizan.

19. DESNATURALIZACIÓN CON DISOLVENTES
ORGÁNICOS
z Las proteínas sufren cambios en su
conformación cuando se exponen a
un disolvente orgánico.
z Se vuelven más o menos solubles
dependiendo del disolvente..
z El cambio puede darse por unión
directa con el disolvente orgánico a la
molécula de la protema y por un
cambio en la constante dieéctrica del
medio.

20. DESNATURALIZACIÓN CON DISOLVENTES
ORGÁNICOS
z La CONSTANTE DIELÉCTRICA ε (relative permittivity) es, desde la
perspectiva de la Química, una medida de los disolventes para
poder solvatar cargas (en este caso, iones); en Física, ε
representa la capacidad de un material para abatir una diferencia
de potencial.
CCl4 CH3OH HOCH2CH(OH)CH2OH H2O HCONH2
ε = 2.2 ε = 32.6 ε = 42.5 ε = 78.5 ε = 182.4

21. DESNATURALIZACIÓN CON DISOLVENTES
ORGÁNICOS
z Los MAPAS DE DENSIDAD ELECTROSTÁTICA permiten visualizar
la manera en la que se distribuye la densidad electrónica en una
molécula. Una molécula con una distorsión elevada
normalmente tiene asociada una mayor capacidad para solvatar
iones y una ε elevada.
CCl4 CH3OH H2O

22. z En presencia de agua (ε alta) las
interacciones entre moléculas de
proteína con cargas opuestas
provenientes de los resíduos de -
otra vez- lisina 5, histidina 6,
arginina 7, aspartato 8 y glutamato
9 se abaten, lo que permite que las
moléculas puedan disolverse.
z Lo anterior a su vez explica el
fenómeno de precipitación
proteínas al adicionarse disolventes
miscibles con el agua, como metano
o etanol.
5
6
7
8
9
DESNATURALIZACIÓN CON DISOLVENTES
ORGÁNICOS

23. DESNATURALIZACIÓN CON DISOLVENTES
ORGÁNICOS
z En presencia de un disolvente orgánico el desdoblamiento, que
es parcial, tiene lugar gracias al rompimiento de las
interacciones hidrofóbicas.

24. z Las proteínas son fuertemente afectadas por esfuerzos físicos. Al
bombear una solución proteínica a través de tuberías se pueden
desdoblar las estructuras oligoméricas, y el rompimiento de
algunos enlaces puede acarrear desnaturalización. Otro tipo de
afectaciones mecánicas son la agitación y el mezclado, que
comunmente se aplican para disolver sustratos o para mantener
en suspensión algún componente del proceso.
LESIONES MECÁNICAS DE LA MOLÉCULA.

25. z Las operaciones como cocimiento,
evaporación, secado, pasteurización,
esterilización, fermentación, irradiación,
etc., o bien la presencia de lípidos
rancios, azúcares reductores o
microorganismos puede ocasionar
cambios en la proteínas.
z La aplicación de calor puede formar
sustancias tóxicas, pero es necesaria para
mejorar digestibilidad y las propiedades
sensoriales de los alimentos, además de
evitar las reacciones de alergenicidad
(como ocurre con algunas proteínas de
soya y de leche).
CAMBIOS FISICOQUÍMICOS.

26. DETERIORO HIDROLÍTICO DE LÍPIDOS
z Los lípidos se deterioran al hidrolizarse y generar los ácidos
carboxílicos correspondientes. Éste es un proceso que puede
inducirse mediante catálisis básica, la SAPONIFICACIÓN. En este
caso, los productos no son los ácidos caarboxílicos RCOOH,
sino sus sales, a las que llamamos JABONES, RCOONa (si la
hidrólisis se hizo con NaOH).
O
O
O
R'
O
R"
O
R
O
3 H-OH
OH
OH
HO
OHR"
O
OHR'
O
OHR
O
+ + +

27. DETERIORO OXIDATIVO DE LÍPIDOS
z Es originado a temperaturas altas, por la presencia de trazas de
metales (como cobre y fierro), peróxidos de grasas oxidadas,
lipoxigenasas, oxígeno a presión, por la presencia de luz
utravioleta y azul y por las radiaciones ionizantes (como rayos
X).
z La poliinsaturación también es un factor desencadenante.

28. DETERIORO OXIDATIVO DE LÍPIDOS
z Los procesos de deterioro oxidativo son de naturaleza diversa y
pueden clasificarse en función del mecanismo de reacción
involucrado. En el proceso denominado AUTOOXIDACIÓN el
lípido sufre la ruptura homolítica del enlace C-H en posición
alílica a dos dobles enlaces creando un radical muy estable. A
esta autodisociación inducida (fotoquímicamente por ejemplo) se
le denomina ETAPA DE INICIACIÓN.
H
hν
H
radical dialílico
estabilizado por
resonancia

29. DETERIORO OXIDATIVO DE LÍPIDOS
z El radical dialílico es atrapado por el OXÍGENO TRIPLETE (el
que respiramos, representado como 3O2) para transformarse en
un RADICAL PEROXILO. Este radical remueve entonces un
átomo de H de otra cadena lipídica para generar un nuevo radical
y transformarse a su vez él en un radical HIDROPERÓXIDO.
Ambos pasos reciben en conjunto el nombre de ETAPAS DE
PROPAGACIÓN.
O2
O
O
radical peróxilo
O
O
H
O
OH
hidroperóxido
radical dialílico
estabilizado por
resonancia

30. DETERIORO OXIDATIVO DE LÍPIDOS
z Las etapas de propagación se suceden consecutivamente una
detrás de la otra modificando la estructura de cuanta cadena
lipídica ingrese a este ciclo, el que únicamente finalizará cuando
ocurra alguno de los eventos conocidos como ETAPAS DE
TERMINACIÓN.
O2
O
O
radical peróxilo
O
O
H
O
OH
hidroperóxido
radical dialílico
estabilizado por
resonancia

31. DETERIORO OXIDATIVO DE LÍPIDOS
z En las etapas de terminación tiene lugar una CONDENSACIÓN
ENTRE RADICALES que genera productos estables; entre dichos
productos de condensación podemos citar los DÍMEROS o los
verdaderos PERÓXIDOS.
dímero
O
O O
O
peróxido

32. DETERIORO OXIDATIVO DE LÍPIDOS
z Como te habrás dado cuenta, el
3O2 no induce directamente la
oxidación: sólo interviene cuando
los radicales ya se han formado.
Independientemente de este
proceso vía radicales libres, el
oxígeno triplete puede ser
excitado fotoquímicamente en un
proceso mediado por sustancias
como la clorofila, la riboflavina o
la mioglobina para transformarse
en una especie molecular
diatómica con mayor contenido
e n e r g é t i c o : e l O X Í G E N O
SINGULETE, 1O2.

33. DETERIORO OXIDATIVO DE LÍPIDOS
z En el oxígeno singulete los electrones no circulan en los
orbitales moleculares en los que de ordinario lo hacen (esto es,
como lo hacen en el estado basal electrónico 3O2), sino en otros
de mayor contenido energético (más adelante analizaremos esto).

34. DETERIORO OXIDATIVO DE LÍPIDOS
z El oxígeno singulete, 1O2 puede generarse cuando se mezcla
cloro elemental, Cl2, con peróxido de hidrógeno al 30 % a
temperatura baja. Para generar el Cl2 con seguridad, éste puede
obtenerse mezclando por ejemplo HCl con NaClO y hacerlo
pasar a través de una manguera que lo burbujea sobre el H2O2.
H2O2
HCl
NaClO

35. DETERIORO OXIDATIVO DE LÍPIDOS
z El oxígeno singulete, un gas, se genera instantáneamente y
comienza a ascender por la probeta. Al hacerlo, choca con las
moléculas del agua de la solución del H2O2 transformándose en
oxigeno triplete y disipando su energía en forma de calor una
parte de ellas y otras en forma de luz roja.
H2O2
HCl
NaClO

36. DETERIORO OXIDATIVO DE LÍPIDOS
z Para poder ver el decaimiento del oxígeno singulete a triplete
basta con apagar la luz. Es la práctica del gas que brilla…

37. DETERIORO OXIDATIVO DE LÍPIDOS
z La razón por la que el 1O2, sí puede atacar directamente a los
enlaces π es porque posee naturaleza electrofílica. Estas
reacciones, de naturaleza CONCERTADA (esto es, aquéllas en las
que los enlaces se rompen y se forman al mismo tiempo) y que
forman parte de las llamadas REACCIONES PERICÍCLICAS dan
lugar a la formación de hidroperóxidos. Debido a ello, al 1O2 se
le clasifica como un PROOXIDANTE.
HO
O
O
O
H

38. DETERIORO OXIDATIVO DE LÍPIDOS
z Un mismo ácido carboxílico con dos dobles enlaces puede
generar bajo estas circunstancias hasta cuatro hidroperóxidos
diferentes.
HO
O
1O2
HO
O OOH
HO
O OOH
HO
O OOH
HO
O OOH

39. DETERIORO OXIDATIVO DE LÍPIDOS
z Una vez formados, los hidroperóxidos son reducidos por trazas
de metales de transición a RADICALES ALCOXILO.
HO
O O
OH
Fe2+
Fe3+ OH
HO
O O radical alcoxilo

40. HO
O O
H
HO
O O
H
HO
O
HO
O
OOH
HO
O
OH
H
O2
HO
+
DETERIORO OXIDATIVO DE LÍPIDOS
z Finalmente, los radicales alcoxilo sufren una ruptura homolítica
dando lugar a un aldehido alifático y a un nuevo radical, el cual
puede estabilizarse formando diversos productos.

41. ANTIOXIDANTES
z Los antioxidantes se adicionan a los lípidos buscando inhibir el
efecto de los radicales libres y de los prooxidantes, así como los
de los intermediarios de los procesos de oxidación.
z Los lípidos poseen de manera natural compuestos antioxidantes
(β-caroteno, lecitina, isoflavonoides, ácidos cafeico, clorogénico,
ferúlico y cumárico), etc. Desafortunadamente, se encuentran en
concentraciones sumamente bajas y no son muy efectivos.

42. z Se adiciona como antioxidante 0.01 % en peso
de TBHQ (ter-butilhidroquinona), esto es, 10
mg en 1 kg de aceite.
ANTIOXIDANTES

43. z El TBHQ es muy eficaz como antioxidante; otros conservadores
que se emplean son el butilhidroxianisol (BHA), el
butilhidroxitolueno (BHT) y el propilgalato (PG). Todos estos
conservadores interrumpen las reacciones de propagación en
cadena vía radicales que son responsables del enranciamiento.
OCH3
OH
CH3
OH
HO
OH
OH
O OOH
OH
BHA BHT TBHQ Galato de isopropilo
ANTIOXIDANTES