REACCIONES QUÍMICAS
DE
AMINOÁCIDOS
REACCIONES DE IDENTIFICACIÓN
Reacciones que identifican los grupos N-terminal de péptidos y proteínas
Reacción con ninhidrina
O
O
N
2 +
CO2 3H2O
O
O
OH
OH
R CH
NH2
COOH
+ + +R COH
Calentamiento → Complejo color azul ó violeta (λ=570 nm)
Prolina → Color amarillo (λ=440 nm)
Reacción con Compuestos CarbonílicosReacción con Ninhidrina (con Fenilalanina) ......1
O
O
OH
OH
NH2 C COOH
H
CH2
+
O
O
OH
N
H
C COOH
H
CH2
H2OH2O
O
O
O
N C H
CH2
OO H
CO2
O
OH
N C
H
CH2
OH
Base de Schiff
O
O
N C
H
CH2
H
H
O H
CH2
CH O
O
O
NH2
O
O
OH
OH
O
O
NH2
H2O
O
O
N
O
O
H
OH
H2O
O
O
N
O
O
Reacción con Ninhidrina(con Fenilalanina) ......2
MODIFICACIONES DE PROTEÍNAS DURANTE EL PROCESADO Y
ALMACENAMIENTO
(ALTERACIONES EN EL VALOR NUTRITIVO Y EFECTOS TÓXICOS)
1. Desnaturalización por tratamientos térmicos intensidad moderada.
2. Pérdidas de aminoácidos durante fraccionamiento proteico*.
3. Destrucción de aminoácidos*.
4. Degradación alcalina.
5. Interacciones proteína-proteína. 5.1 Tratamientos a pH alcalino 5.2 Formación de isopéptidos
6. Interacciones entre proteínas y agentes oxidantes.
7. Interacciones entre proteínas con compuestos carbonilo, carbohidratos y aldehídos.
8. Reacciones con Productos de la oxidación de lípidos.
9. Radiólisis.
10. Interacciones de proteínas con otros constituyentes de los alimentos, con contaminantes y aditivos*.
1.Desnaturalización por tratamientos térmicos
de intensidad moderada
Las proteínas son modificadas por:
Procesos: •Autoclave, •Extrusión, •Esterilización, •Horneado, •Tratamiento culinario.
Efectos:
• Desnaturalización de los factores antinutritivos de naturaleza protéica y de toxinas.
Toxinas ó factores antinutritivos de naturaleza proteica termolábiles
a) Toxina botulínica (Inactivada fácilmente a 100ºC)
b) Inhibidores de tripsina.
• Presentes en leguminosas (soja, cacahuates, habas)• Producen pérdida de tioaminoácidos.
c) Inhibidores de quimotripsina
d) Fitohemaglutininas (lectinas)• Presentes en leguminosas• Son proteínas termolábiles• Disminución de valor nutritivo de
proteínas nativas• Dificultad en absorción de aminoácidos• Aglutinan eritrocitos
4. Degradación Alcalina
- Tratamientos usados en la industria de alimentos
• Pelado de frutas y verduras
• Solubilización y texturización de proteínas
• Manufactura de caseinato
• Gelatina
• Envolturas de embutidos
• Tortillas de maíz
Cambios Químicos:
• Hidrólisis
• β-Eliminación
• Racemización de aminoácidos
Aminoácidos
1) Alifáticos (no polares)
CH3 CHAlanina
COOH
NH3
CHValina *H3C
H3C
CH
Leucina H3C
H3CCH2
* CH2H3CIsoleucina CH
CH3
*
CH2Fenilalanina * Triptofano
NH
CH2* Metionina CH2CH2SH3C*
* Aminoácidos esenciales
NH2
Prolina
2) Alifáticos Polares (con carga)
CH2CH2CH2NHCH2N
NH2
Lisina Arginina
Histidina
CH2CH2CH2CH2H3N
HN
NH
CH2
CH
* *
*
Ac. Aspártico Ac. GlutámicoOrnitina
H3N CH2 CH2 CH2C CH2 CH2C CH2
O
O
O
O
3) Alifáticos Polares (sin carga)
CH CH2HO CH
CH3
HO
CH2HS CH2HO
Glicina Serina Treonina
Cisteína Tirosina
H
C
Asparagina Glutamina
CH2 C CH2 CH2
H2N
O
H2N
O
Hidrólisis en condiciones alcalinas
del
enlace Peptídico
Hidrólisis .......1
R C NH R' OH R C NH R'
OH
H2O R C OH
R' NH2
+
R C O
Amida
OH
OO O O
Residuo carbonilo-terminal
H3N C C N
H
C
R1
O
N
R2
HH
C
H
C N
R3
H
C
H
C N
R4
H
C
H
C
R5
H
C
OH
OOO O
O
Residuo amino-terminal
H3N CH C NH CH
R1
O
NH
R2
C
O
CH NH
R3
C
O
CH NH
R4
C
O
CH
R5
COO
OH
H3N CH C NH CH
R1
O
H2N
R2
C CH NH
R3
C
O
CH NH
R4
C
O
CH
R5
COO
OH
+
OH
O
O
Hidrólisis .......2
Hidrólisis en condiciones alcalinas
de
Arginina
CH (CH2)3 NH NH2
CO
C
NH
P
NH
OH, H2OCH (CH2)3 NH NH2
CO
C
NH NH2
OHARGININA
P
PP
CH (CH2)3 NH NH2
CO
C
NH NH2
O
H2O OH
CH (CH2)3 NH NH2
CO
C
NH
+
NH3
CITRULINA
P
P
P
P
O
H2O
OH
CH (CH2)3 NH2
CO
NH
ORNITINA
+ C
NH2
NH2
UREA
P
P
O
Hidrólisis de Arginina
(formación de
Citrulina y Ornitina)OH
H2O
Formación de
DHA
(Dehidroalanina)
β-Eliminación
@ Racemización de aminoácidos
y Formación de DHA
NH C
CH2
C
O
R
OH
NH C
CH2
C
P
NH C
CH2
C
R
NH C C
DEHIDROALANINA
+ R
H
NH C
CH2
C
R
H
L/D AMINOÁCIDOS
Carbanión
P
P P
P P P P
P P
CH2
H
R
O
O O
O
C
H
CHN
CH2
R
O
OH
C CHN
CH2
R
O
H
C CNH
H O
CH2
R
C CHN
CH2
R
O
C CHN
CH2 O
Residuo D-aminoácido
Residuo L-aminoácido
Dehidroalanina
Carbanión
+
L-aminoácido
Isomerización de aminoácidos
Isomerizaciones- Temperaturas superiores a 200°C y pH alcalino
-Isomerizaciones de aminoácidos por β-eliminación. - Formación de isómeros “D” ó “L”
- D-aminoácidos carecen de valor nutritivo
- Disminuyen digestibilidad y algunos ejercen actividad tóxica
C
R
NH2 H
COOH
OHC
R
NH2 COOH
H
HC
R
NH2
COOH
H+ C
R
NH2H
COOH
D-aminoácido L-aminoácido
1 2
1 2
CH
C
CH3H3C
H2NCOOH
H
CH
C
CH3H3C
H2N COOH
CH
C
CH3H3C
HCOOH
CH
C
CH3H3C
H2NCOOH
NH2 H
H
+H
1 2
1 2
D-valina L-valinaValina
OH
CH
CH2N
COOH
H
CH2
CH3
H3CCH
CH2N
CH2
CH3
H3CCH
CH
COOH
CH2
CH3
H3C CH
CH2N
COOH
CH2
CH3
H3C
COOHNH2 H
OH H +
H
1 2
D-Isoleucina L-IsoleucinaIsoleucinaH
Isomerización de aminoácidos......1
Aminoácidos que forman
Dehidroalanina
C
H
CHN
CH2
R
O
OH
C CHN
CH2
R
O
H
C CNH
H O
CH2
R
C CHN
CH2
R
O
C CHN
CH2 O
Residuo D-aminoácido
Residuo L-aminoácido
Dehidroalanina
Carbanión
+
L-aminoácido
Formación de Dehidroalanina
Formación de Dehidroalanina con:
a) Serina
H2N C COOH
CH2
OH
H
OHH2N C COOH
CH2
OH
+ H2O
1
H2N C COOH
CH2
OH
HH2N C COOH
CH2
OH
H
D-Serina
H2N C COOH
CH2
OH
H2N C COOH
CH2
H2O+
Dehidroalanina
2
Formación de Dehidroalanina a partir de:CISTINA CISTEÍNA
H
CCP NH
CH2
S
S
CH2
P
CCNH P
O
O
H
OH
OH
P
CCP NH
CH2
P
O
+ S + S=
H
CCP NH
CH2
P
O
SH
OH
CISTINA
DEHIDROALANINA
CISTEINA
a)
Formación de
Enlaces entrecruzados con DHA
5. Interacciones Proteína-Proteína
5.1 Tratamiento térmico a pH alcalino
◆ Formación de aminoácidos: - Lisoalanina- Lantionina- Ornitoalanina
◆ Formación de enlaces cruzados covalentes:- Intramoleculares- Intermoleculares
◆ Formación por β-eliminación de dehidroalanina (DHA)
◆ Enlaces cruzados producen disminución de valor nutritivo
◆ Lisoalanina provoca en ratas: diarrea a hiperplasia pancreática
C C
NH
CH2
O
P
NH2Lys Proteina
Dehidroalanina
P NHCH2C (CH2)4 CHP
P
P
C
NH
O
P
H2O
OH
H2O OH
NHCH2C (CH2)4 CHP
P
P
C
OH
P
NHCH2CH (CH2)4 CHP
P
P
C
NH
O
P
LISINOALANINA
Formación de LISINOALANINA (DHA)
b)
H2N C C
CH2
OH
O
Dehidroalanina
+ H2N (CH2)3 C H
COOH
NH2
Ornitina
H2N C C
CH2
OH
NH
O
(CH2)3
C COOH
H
H2N
H2N C C
CH2
OH
NH
O
(CH2)3
C COOH
H
H2N
H
H2O OH
H2N C C
CH2
OH
NH
O
(CH2)3
C COOH
H
H2N
H
Ornitoalanina
Formación de ORNITOALANINA (DHA)
H2O OH
H2N C C OH
OH
CH2
S
CH2
C
H
H2N COOH
H2N C
CH2
S
CH2
C
H
H2N COOH
H
Lantionina
C
O
OH
H2N C C OH
O
Dehidroalanina
C HH
S CH2 C H
COOH
NH2
+ H
Cisteína
c)H2N C C OH
O
CH2
S
CH2
C
H
H2N COOH
Formación de LANTIONINA (DHA)
P P
P
P P
NH2
NH CH CO
(CH2)4
Lisilo
P P
NH2
NH CH CO
(CH2)3
P P
SH
NH CH CO
CH2
Ornitilo Cisteilo
NH C CO
CH2
+ + +
P P
NH2
NH CH CO
(CH2)3
P
CH2
Resto deornitinoalanina
P
P P
NH
NH CH CO
(CH2)4
PNH CH CO
CH2
Resto delisinoalanina
Resto delantionina
P
P P
S
NH CH CO
CH2
PNH CH CO
CH2
CH CONH
Formación de
LISINOALANINAORNITOALANINA LANTIONINA
• Formación de enlaces entrecruzados en proteínas producen disminución de Valor nutritivo
• La eficiencia neta, el PER y el valor biológico de las proteínas disminuyen dependiendo de severidad del tratamiento (alcalinidad, temperatura, tiempo).
* Efecto de tratamiento alcalino en aislado de proteína de semillas de girasol.
▪Posible toxicidad del la lisinoalanina, por sí misma ha mostrado daño en
hígado de rata, pero no cuando forma parte del complejo proteínico.
• Formación de enlaces entrecruzados, inhibida por:
Amoniaco
Cisteína,
Glucosa,
Bisulfito de sodio;
Acetilación y succinilación de la lisina.
▪ Formación de DHA en Proteínas es reducido por
- Cisteína
- Bisulfito sódico
- Hiposulfito de sodio
5.2 Formación de isopéptidos Condiciones
Calentamientos prolongados >10 hrs
Alta temperatura >100ºC
Enlaces entrecruzados entre el grupo ε-amino de la lisina con el grupo carbonilo del aspártico o glutámico.
Formación de enlaces cruzados covalentes isopeptídicos(ε~N~(γ~Glutamil)lisilo y (ε~N~(β~aspartil)lisilo).
P1 glu C
O
NH2 + H2N lis P2
glutamina lisina
P1 glu C
O
NH lis P2 + NH3
enlace entrecruzado
C
O
CH CH2
NH
CH2 C
O
NH (CH2)4 CH
NH
C
O
Descenso en la digestibilidad del nitrógeno, el coeficiente de eficacia proteica y el valor biológico de la proteína.
Reducción de la disponibilidad de otros aminoácidos, aparte de la lisina.
NH2 CH2 CH2 CH2 CH2P1 CH2 CH2 C
O
NH2
P2
C
O
NH
NH2
CH2 CH2 CH2 CH2 P2CH2CH2P1
C NH CH2 CH2 CH2 CH2 P2CH2CH2P1
O
6. Interacciones entre las Proteínas y los agentes oxidantes
- Agentes oxidantes pueden modificar los restos de aminoácidos de las proteínas.
Algunos usos de los agentes oxidantes en la industria alimentaria:
Peróxido de Hidrógeno- Acciones bactericidas (esterilización “en frío”).- Capacidad decolorante (concentrados proteicos, harinas,
cereales, etc.).- Detoxicación de triturados.- Descascarillado de semillas.
Hipoclorito de sodio-Bactericida.-Eliminación toxinas.
Peróxidos lipídicos:
Se encuentran en alimentos por- Autooxidación.- Radiaciones.
- Secado con aire.- Aireación en procesos de fermentación.
Degradan las proteínas de su entorno debido a Reacciones de oxidación.Acción de sistemas sulfito~metales~oxígeno.
Los aminoácidos más sensibles a la oxidación son:- Tioaminoácidos.- Triptófano.- Tirosina.- Histidina.
6.1Oxidación de metionina
◦Ácido perfórmico la oxida formando metioinsulfona
◦Hipoclorito de sodio a metioninsulfóxido
◦Metioninsulfóxido en caseína disminuye PER y NPU.
EFECTOS:
◦La metioninsulfona tiene cierto grado de toxicidad.
◦La Metionina puede ser sustituida por el sulfóxido de metionina, eficacia depende de la configuración D ó L
NH CH CO
(CH2)2
S
CH3
NH CH CO
(CH2)2
S
CH3
O
NH CH CO
(CH2)2
S
CH3
OO
Resto de metionina Resto de metioninsulfóxido Resto de metioninsulfona
6.2 Oxidación de cisteína y cistina Se forman mono y disulfóxidos de L-cistina, ácido
cisteinsulfónico.
Los derivados pueden sustituir a la L-citeína (muy inestables)
Ácido cisteín-sulfénico
CH CH2
NH
CO
SOH
NH2
CH CH2 SHC
O
HO
cisteína
CH CH2
NH
CO
S S CH2 CH
NH
COCistina
CH CH2
NH
CO
SO2H
Ácido cisteín-sulfínico
CH CH2
NH
CO
SO3H
Ácido cisteín-sulfónico(ácido cisteico)
CH CH2
NH
CO
S S CH2 CH
NH
CO
O (O)
Ácido mono o disulfóxidode cistina
CH CH2
NH
CO
S S CH2 CH
NH
COO (O)
O (O)
Ácido mono o disulfonade cistina
6.3 Oxidación del triptófanoCon perácidos forma β-oxiindolilalanina y N-formilquinurenina.
Con dimetilsulfóxido ó N-bromosuccinimida forma β-oxiindolilalanina.
Con periodato sódico u ozono por fotoxidación forma: N-formilquinurenina,
β-carbolina,
Hexahidropirrolindol,
Quinazolina.
Con peróxido de hidrógeno forma quinurenina (cancerígena).
Los productos de degradación inhiben crecimiento de Fibroblastos
1.- En presencia de RCOOOH, CH3, SOCH3 y
2.- En presencia de RCOOOH, NaIO4, O3 y O2 + hν
EFECTOS:Formación de β~carbolina, hexahidropirrolindol y quinazolina
Quinurenina y formilquinurenina no reemplazan a Triptofáno
Velocidades oxidación diferenes: Metionina >Cisteína >TriptofánoNH
CH2 CH
COOH
NH2
NH
CH2 CH
COOH
NH2
O
NH
C
O
CH2 CH
COOH
NH2
CHO
Triptofano
(1)
(2)
EFECTOS:Formación de β~carbolina, hexahidropirrolindol y quinazolina
Quinurenina y formilquinurenina no reemplazan a Triptofáno
Velocidades oxidación diferenes: Metionina >Cisteína >Triptofáno
NH
CH2 CH
COOH
NH2
NH
CH2 CH
COOH
NH2
O
NH
C
O
CH2 CH
COOH
NH2
CHO
Triptofano
(1)
(2)
7. Reacción con Compuestos Carbonilo
Compuestos carbonilo
◦ Azúcares reductores
Productos reacciones de Maillard
◦ Productos de autooxidación Monocarbonilos (Hexanal. Hexenal. Nonenal, Bases de
Schiff)
Dicarbonilos (Glioxal, Malonaldehido, Entrecruzamientos)
Reacciones◦ Formación de bases de Schiff (Grupos ε-amino de las proteínas)
◦ Aldehídos bifuncionales (malonaldehído) producen enlaces intrao intermoleculares.
7.1 Interacciones entre proteínas y carbohidratos o aldehídos
Produce pardeamiento enzimático o Reacción de Maillard.
COH
C
R
H OH
NH
C
C
H OH
P
OHH
R
- H2O
N
C
C
H
P
OHH
R
Carbonilamina Aldimina(base de Schiff)
NH
C
C
H
P
OHH
R
Aldosilamina
O
NH
CH2
C
P
O
R
Cetosamina(producto deAmadori)
70-75% en lechessobrecalentadas
CH2OH
C O
R
+
NH
C
R
CH2OH
P
OH- H2O
N
C
R
CH2OH
P
NH
C
R
CH2OH
P
O
CarbonilaminaCetimina(base de Schiff)
Cetosilamina
Aldosamina(producto de Heyns)
Aldosa
+
(NH2
proteína)
(NH2
proteína)
Cetosa
NH
C
R
CHO
P
H
• Reacción entre proteínas, carbohidratos reductores y compuestos carbonílicos.
• Durante la cocción, evaporación, deshidratación ótratamiento térmico.
• Condensación de una amina y un carbohidrato reductor
• Formación de base de Shiff, formación de cetoaminas o aldosaminas
7.2 Cetosaminas o aldosaminas
se transforman en derivados no saturados, carbonilos o policarboniloscomo la reductonas.
R C
OH
C C
OH
R'
O
Reductona
Los derivados no saturados pueden reaccionar con aminas (Degradación de Strecker).
C O
C O
+ H2N CH
COOH
R
C O
C N CH
COOH
R
+H2O
+ 2 H2O
C O
CH OH
NH3 CO2 RCHO+++
Derivado-dicarbonilo
-aminoácido
7.3 Policarbonilos pueden
• romperse formando compuestos volátiles,
• polimerizarse a melanoidinas.
• Pérdidas de lisina. Pérdidas en el valor nutritivo.
• Producto de Amadori inhiben la absorción intestinal de aminoácidos
escenciales.
• Melanoidinas con enlaces covalentes destruyen la digestibilidad de
proteínas.
• Melanoidinas tienen propiedades mutagénicas.
Efectos:
Con la reacción de escisión:- Se forman compuestos volátiles que dan olor a alimentos.
Aminoácido
Olor
100° C 180° C
Ninguno (sólo glucosa) Ninguno Caramelo
Valina Pan de centeno Chocolate muy fuerte
Leucina Chocolate dulce Queso quemado
Prolina Proteína quemada Aroma agradable de pan
Glutamina Chocolate Caramelo
Ácido aspártico Azúcar Caramelo
Lisina Ninguno Pan
Olores producidos por el calentamiento de un aminoácido con glucosa
• Si se polimerizan forman melanoidinas las cuales:- Disminuyen la digestibilidad de la proteína- Pueden tener propiedades mutagénicas.
8. Reacción con Productos de la Oxidación de Lípidos
8.1 Hidroperóxidos formados durante la oxidación de lípidos.
Cambios en estructura y propiedades funcionales de• proteínas/aminoácidos.
Factores:
• Accesibilidad de aminoácidos reactivos sobre la superficie de la proteína y molécula de lípido.• Interacciones hidrofóbicas.• Enlace de hidrógeno.• Iniciadores de radicales en el sistema.
Mecanismo incluye:
• Formación de radicales de proteína,• Entrecruzamiento de los radicales con lípidos,• Polimerización de lípidos-proteínas.
Aminoácidos con mayor susceptibilidad:- Histidina- Cisteína/cistina- Metionina- Lisina
Producen una gran variedad de productos.
HistidinaGenera Radicales libres con:
• Desaminación• Descarboxilación
Para producir:• Ácido láctico imidazol• Ácido acético imidazol
N NH
CH2 CH COOH
NH2
LOO LOOH
RCH2CHCOOH+NH3
O2
RCH2CHCOOH
OO
LH LR CH2 CH COOH
B
A OOH
ARCH2CHCOOH
O
LH
L
RCH2CHCOOH
OHRCH2CHO
O2RCH2COOH
Ácido láctico imidazolÁcido acético imidazol
Para la cisteína,
productos incluyen alanina, Ácido cistéico y cistína.
RSH
LOO LOOHRSSR
RSOH RSO2H RSO3H
RS
8.2 Productos Carbonílicos
• Aldehídos (formaldehido y malonaldehido) forman enlaces covalentes con proteínas.
P1 NH CH CH2 CH O
OH
P1 NH2
O
C
H
CH2
C
O H
P1 NH CH CH2 CH O
H
O
P1 N CH CH2 CH O
H
P1 N CH CH2 CH O
H2N P2
P1 N CH CH2 CH NH
O
H
P2P1 N CH CH CH NH
OH
P2
H
P1 N CH CH CH NH P2
9. Radiólisis
Alimentos sometidos a:
- Radiaciones γ o en presencia de lípidos en oxidación.
- Formación de enlaces cruzados inter o intramolecularmente.
- Ocurre vía radicales libres proteicos seguida de una polimerización.
PH + LOO P + LOOH
Proteína Radical lipídico Peróxidonativa libre lipídico
P + P P P
P PLOO
P PP
P P P