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