Πρωτεΐνες Νίκος Καλογερόπουλος Αντωνία Χίου
Ο ρόλος των πρωτεϊνών στον οργανισμό
Ο ρόλος των πρωτεϊνών στον οργανισμό Ταξινόμηση βάσει λειτουργίας (όχι δομικά) Ένζυμα καταλυτική δράση Μεταφορικές πρωτεΐνες δεσμεύουν και μεταφέρουν υποκαταστάτες (ligands ligands) Αποθησαυριστικές πρωτεΐνες ωαλβουμίνη, γλουτένη,, καζεΐνη, φερριτίνη Συσταλτές (κίνηση) μπορούν να συσταλούν, να αλλάξουν σχήμα, (ακτίνη ακτίνη, μυοσίνη, τουμπουλίνη) ) Δομικές (υποστήριξη): κολλαγόνο των τενόντων & των χόνδρων, ελαστίνη των συνδέσμων (τροποελαστίνη), κερατίνη σε τρίχες, φτερά, & νύχια, φβ φιβροΐνη στο μετάξι Αμυντικές (προστατευτικές): αντισώματα (ανοσοσφαιρίνες IgG), ινωδογόνο & θρομβίνη, δηλητήρια φιδιών, βακτηριακές τοξίνες Ρυθμιστικές (διαβίβαση σημάτων): ρύθμιση μεταβολικών διαδικασιών, ορμονών, παραγόντων μεταγραφής, πρωτεΐνες παράγοντα αύξησης ης Υποδοχείς (ανίχνευση ερεθισμάτων): φως και ροδοψίνη, πρωτεΐνες μεμβρανών υποδοχέων, ακετυλοχολίνη,, ινσουλίνη.
R-COOH Αμινοξέα Βασική χημική δομή R-NH 2 COOH COOH Καρβοξύλιο NH2 Αμινομάδα H R C α NH 2 Αμινομάδα σε α θέση ως προς COOH
+ H 3 N COOH + H 3 N COO H 2 N COO OH OH H R H + H R H + H R κατιόν zwitterion ανιόν Ισοηλεκτρικό σημείο (isoelectric point) ελάχιστη διαλυτότητα. Ακίνητα σε ηλεκτροφόριση NH 2 CH 2 COO - pi = (pk1 + pk2)/2 + NH 3 CH 2 COO - NH 2 CH 2 COO - + NH 3 CH 2 COOH + NH 3 CH 2 COO - + NH 3 CH 2 COOH + NH 3 CH 2 COO - Ζwitterion Δίπολο ναι, ιόν όχι (ουδέτερο μόριο)
Καμπύλη τιτλοδότησης γλυκίνης και λογαριθμικά διαγράμματα pk a1 pk a2
pι Ι όξινων και βασικών αμινοξέων
Ουδέτερα αμινοξέα Όξινα αμινοξέα Βασικά αμινοξέα
Αμινοξέα Πλευρική ομάδα φυσικών αμινοξέων Ουδέτερα μη πολικά αμινοξέα H R COOH C NH 2 = απαραίτητα αμινοξέα
Αμινοξέα Πλευρική ομάδα φυσικών αμινοξέων Ουδέτερα πολικά αμινοξέα COOH C H NH 2 R = aπαραίτητα αμινοξέα Όξινα αμινοξέα Βασικά αμινοξέα
Αμινοξέα Τρισδιάστατη απεικόνιση Alanine Arginine Asparagine Aspartic Acid Cysteine Glutamic Acid Glutamine Glycine Histidine Isoleucine Leucine Lysine Methionine Phenylalanine Proline Serine Threonine Tryptophan Tyrosine Valine
Αμινοξέα Φυσικές & Χημικές Ιδιότητες Αμινοξέα = δίπολα σε κρυσταλλική μορφή διαλυτότητα σε Η 2 Ο, υψηλό ΣΤ και διπολική ροπή Αντιδρούν με οξέα και βάσεις Δρούν ως ρυθμιστικά δ/τα (σημαντικό για φυσιολογική λειτουργία κυττάρων) L αμινοξέα απαρτίζουν τις συνήθεις πρωτεΐνες L γλυκεριναλδεΰδη L αμινοξύ ρακεμίωση L aμινοξέων προς D μετά θάνατο χρονολόγηση οστών (αρχαιομετρία) αρωματικά αμινοξέα Trp, Tyr, Phe απορροφούν στο UV (280nm)
Αμινοξέα Χημικές Ιδιότητες Καρβοξυλομάδα COOH 1. Αναγωγή προς ΟΗ (ταυτοποίηση C άκρου) 2. Εστεροποίηση 3. Αποκαρβοξυλίωση (ενζυμικώς, με θέρμανση, ή με χημικά μέσα) Ενδιαφέρον έχει η μετατροπή ιστιδίνης προς ισταμίνη (ισταμίνη = βιογενής αμίνη, ισχυρός αγγειοδιασταλτικός παράγοντας, ερεθίζει λείους μυς, διεγείρει ροή γαστρικού υγρού) 4. Οξείδωση 5. Αντίδραση με βάσεις. Παρασκευή γλουταμινικού νατρίου (Glu + NaOH) = ενισχυτικό γεύσης τροφίμων, ειδικά κρέατος και κρεατοσκευασμάτων
Αμινοξέα Χημικές Ιδιότητες Αμινομάδα ΝΗ 2 1. Αντίδραση με νινυδρίνη (Ανίχνευση ί αμινοξέων: ιώδες χρώμα, εξαίρεση= προλίνη και υδροξυπρολίνη: κίτρινο χρώμα) ποιοτικός & ποσοτικός προσδιορισμός ρ αμινοξέων 2. Αλκυλίωση (ταυτοποίηση Ν τελικού αμινοξέος) 3. Αντίδραση με ΗΝΟ 2 (εκλύεται Ν 2 ποσοτικός προσδιορισμός αμινοξέων κατά Van Slyke) 4. Αντίδραση με φορμόλη ποσοτικός προσδιορισμός κατά Sorensen 5. Βάσεις Schiff (R CHNH 2 COOH + R CHO μη ενζυμική αμαύρωση) Υδροξυλομάδα ΟΗ εστεροποίηση (Ser, Thr, Hyp) Σουλφυδρυλική ομάδα SH (Cys) οξείδωση δισουλφιδικές γέφυρες θείου (S S) δημιουργία σταυροδεσμών (cross linking)
Αμινοξέα σε υδρόλυμα κρέατος 1. ALA 2. GLY 3. VAL 4. BAIB* 5. NORVALINE 6. LEU 7. ILE 8. THR 9. SER 10. PRO 11. ASP 12. MET 13. GLU 14. PHE 15. LYS 16. HIS 17. TYR * BAIB= β αμινοϊσο βουτυρικό οξύ Προσδιορισμός με υγρή χρωματογραφία υψηλής απόδοσης (HPLC)
Αμινοξέα σε φιλέτα κρανιών ιχθυοκαλλιέργειας 3.5 3.0 Μικρός Μεγάλος 2.5 mg/100 0 mg fw 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0
Πεπτίδια (1/4) 2 Αμινοξέα Απομάκρυνση 1 μορίου Η 2 Ο Σχηματισμός πεπτιδικού δεσμού (CO NH)
Πεπτίδια (2/4) Ο πεπτιδικός δεσμός είναι πολικός και έχει εν μέρει χαρακτηριστικά διπλού δεσμού: έχει επίπεδη διαμόρφωση, παρουσιάζει ακαμψία
Πεπτίδια (3/4) COO - C +H 3 N R H +H 3 N C H R COO - + H 3 N R H H R C CO N COO - H C + Η2Ο Ασπαρτάμη ασπαραγινικό + φαινυλαλανίνη
Πεπτίδια (4/4) Νισίνη Πολυκυκλικό πεπτίδιο με 34 αμινοξέα, με αντιβιοτική δράση (φυσικό αντιβιοτικό). Υπάρχει στα γαλακτοκομικά προϊόντα. Επιτρέπεται η χρήση του ως συντηρητικό σε τρόφιμα
Ονοματολογία Διπεπτίδιο = 2 αμινοξέα Τριπεπτίδιο = 3 αμινοξέα Πεπτίδιο= μικρή αλυσίδα αμινοξέων (20 30) Πολυπεπτίδιο = πολλά αμινοξέα (έως 4000) Πρωτεΐνη = πολυπεπτίδιο με καλά καθορισμένη τρισδιάστατη δομή Το μέγεθος των πρωτεϊνών καθορίζεται από τη μάζα τους Mr σε daltons (1Da = 1 amu, 1KD=1000Da)
Πρωτεΐνες Πρωτεΐνες: υψηλής βιολογικής αξίας για διατροφή ανθρώπου, κυρίως οι ζωικές πρωτεΐνες (υψηλό Protein Efficiency Ratio, PER) Αιμογλοβίνη Μέση σύσταση: N=16%, C=50%, H=7%, O=22%, S=0,5 3% Ν =16% συνήθης συντελεστής μετατροπής Ν κατά άkjeldahl σε πρωτεΐνη = 100/16 = 6.25
Πρωτεΐνες Πρωτοταγής δομή Πρωτοταγής δομή: Η αλληλουχία των αμινοξέων που την απαρτίζουν
Ρόλος πρωτοταγούς δομής Καθορίζει σε μεγάλο βαθμό τις ιδιότητες πρωτεΐνης Επηρεάζει δευτεροταγή και τριτοταγή δομή
Πρωτεΐνες Δευτεροταγής δομή Δευτεροταγής δομή: Ο τρισδιάστατος τρόπος διευθέτησης της πεπτιδικής αλυσίδας. Τοπικές αναδιπλώσεις που δημιουργούν επαναλαμβανόμενες δομές Κυρίως υπεύθυνοι οι δεσμοί (γέφυρες) H. δεσμοί Η
Δευτεροταγής δομή (1/4) (i) β πτυχωτό φύλλο (πριονωτή δομή) Είναι εκτατή (αντοχή ίνας μεταξιού)
Δευτεροταγής δομή (2/4) (ii) α έλικα 3,6 αμινοξέα ανά στροφή Η δομή καθορίσθηκε για πρώτη φορά από τον Linus Pauling (Nobel Χημείας 1954) Η έλικα σχηματίζεται από δεσμούς Η Το 25% των πρωτεϊνών είναι σε αυτή τη μορφή Εύκαμπτη δομή λόγω θραύσης δεσμών Η (μαλλί)
έλικα κολλαγόνου (α έλικα) Δευτεροταγής δομή (3/4) 3 πολυπεπτιδικές αλυσίδες πλεγμένες Γλυκίνη, προλίνη, ΟΗ προλίνη, ΟΗ λυσίνη
Βασικές Δευτεροταγείς δομές (4/4) α έλικα β φύλλα κολλαγόνο Ινώδεις πρωτεΐνες: Σχετικά αδιάλυτες, σταθερές σε οξέα και βάσεις Ανεπηρέαστες σχετικά από μέτρια θέρμανση Σφαιρίνες (γλοβουλίνες): Σφαιρίνες (γλοβουλίνες): Λιγότερο σταθερές
Τριτοταγής δομή Ινσουλίνη Υπεύθυνη ηγια τον προσανατολισμό των πρωτεϊνικών μορίων στον χώρο Η θερμοδυναμικά σταθερότερη διαμόρφωση ενός πρωτεϊνικού μορίου Περιοχές με σαφή β ταγή δομή, περιοχές χωρίς β ταγή δομή Διαμορφώνεται από ομάδες που δεν συμμετέχουν σε α β ταγή δομή: ασθενείς μη ομοιοπολικές αλληλεπιδράσεις υδρόφοβο εσωτερικό & υδρόφιλο εξωτερικό δεσμοί Η δισουλφιδικές γέφυρες S S
Τριτοταγής δομή: Πρωτεΐνες Τριτοταγής δομή Αλληλεπιδράσεις μεταξύ των πλευρικών ομάδων (R) της πολυπεπτιδικής αλυσίδας.αναδιπλώσεις μεγαλύτερης κλίμακας Δεσμοί Η CH CH 2 H 3 C CH O 3 H H 3 C CH 3 O CH Υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις και αλληλεπιδράσεις Van der Waals Πολυπεπτιδική αλυσίδα HO C CH 2 CH 2 S S CH 2 Γέφυρα θείου O CH 2 NH + 3 O C O CH 2 Ιονικός δεσμός
Πρωτεΐνες Τεταρτοταγής δομή Τεταρτοταγής δομή: Οργάνωση του μακρομορίου μέ αλληλεπιδράσεις μεταξύ των υπομονάδων (subunits) της πρωτεΐνης από ίδιες δυνάμεις ή δεσμούς που σταθεροποιούν την τριτοταγή δομή Διαφορετικές αναπαραστάσεις της λυσοζύμης, όπου οι υπομονάδες (subunits) παρουσιάζονται με διαφορετικά χρώματα
Αιμοσφαιρίνη Ο άδ ( b it ) ΐ άζ δ φ ά Οι υπομονάδες (subunits) της πρωτεΐνης παρουσιάζονται με διαφορετικά χρώματα
Ταξινόμηση πρωτεϊνών (1/3) Απλές Συζευγμένες Παράγωγες Υπάρχουν στη φύση Απλές πρωτεΐνες (με υδρόλυση δίνουν μόνο αμινοξέα) Ιστορικά, οι απλές πρωτεΐνες διακρίνονται βάσει διαλυτότητας 1. Αλβουμίνες: Διαλυτές σε νερό & δ/τα αλάτων. Σφαιρικές, εύκολη θρόμβωση με θέρμανση, (ωαλβουμίνη, γαλακταλβουμίνη κα) 2. Γλοβουλίνες: Ελάχιστα διαλυτές στο νερό. Δ/νται σε αραιά δ/τα αλάτων, ισχυρά οξέα και βάσεις (μυοσίνη ί κα) ) 3. Γλουτελίνες: Διαλυτές σε αραιά δ/τα οξέων, βάσεων, όχι σε δ/τα αλάτων. Φυτικά προϊόντα (γλουτενίνη σίτου) 4. Προλαμίνες: Αδιάλυτες σε νερό, διαλυτές σε αλκοόλη 50 90%, Φυτικά προϊόντα (γλοιαδίνη σίτου κα) 5. Σκληροπρωτεΐνες: Αδιάλυτες σε ουδέτερα δ/τα. Ινώδης δομή. Χόνδροι και συνεκτικός ιστός (κολλαγόνο, κερατίνη κα) 6. Ιστόνες και πρωταμίνες: Πλούσιες σε βασικά αμινοξέα (80 90% Arg). Διαλυτές σε νερό, οξέα, βάσεις (ιστόνηό κρέατος)
Ταξινόμηση πρωτεϊνών (2/3) Συζευγμένες πρωτεΐνες (με υδρόλυση αμινοξέα + άλλα μόρια) ) 1. Λιποπρωτεΐνες: Προσθετική ομάδα: λιπίδιο Περιέχουν TG, PL, Chol Κύτταρα, ορός, μεμβράνες Διάκριση ανάλογα με πυκνότητα (HDL, LDL, VLDL) 2. Γλυκοπρωτεΐνες: Προσθετική ομάδα: ετεροσακχαρίτης (πχ εξοζαμίνες) Βλεννώδεις εκκρίσεις θηλαστικών, πλάσμα, αυγό, σόγια 3. Χρωμοπρωτεΐνες (μεταλλοπρωτεΐνες). Έγχρωμες προσθετικές ομάδες που περιέχουν μεταλλοϊόντα όπως χλωροφύλλες, αίμη, φερριτίνη 4. Νουκλεοπρωτεΐνες: Προσθετική ομάδα: νουκλεϊνικό οξύ. Υπάρχουν στους ιούς, ριβοσώματα 5. Φωσφοπρωτεΐνες: Προσθετική ομάδα: φωσφορικά. Καζεΐνη, πεψίνη
Ταξινόμηση πρωτεϊνών (3/3) Παράγωγες πρωτεΐνες Δεν υπάρχουν στη φύση Παράγονται με επίδραση χημικών ή ενζυμικών μέσων 1. Πρωτοταγή παράγωγα: αδιάλυτες, μετουσιωμένες 2. Δευτεροταγή παράγωγα: διαλυτές, δεν θρομβώνονται πρωτεόζες, πεπτόνες, πεπτίδια
Λειτουργικές ιδιότητες πρωτεϊνών Οι πρωτεΐνες χρησιμοποιούνται στα τρόφιμα και για τις λειτουργικές τους ιδιότητες, που είναι: Διαλυτότητα Γαλακτωματοποιητική ικανότητα Ικανότητα σχηματισμού αφρού Σχηματισμός πηκτών Σχηματισμός σταυροειδών δεσμών
Λειτουργικές ιδιότητες πρωτεϊνών σε συστήματα τροφίμων Λειτουργική ιδιότητα Μηχανισμός Τρόφιμο Τύπος πρωτεΐνης Διαλυτότητα Υδρόφιλος χαρακτήρας Ποτά Πρωτεΐνες τυρογάλακτος (ορού) Ιξώδες Δέσμευση νερού, υδροδυναμικό σχήμα Σούπες, σάλτσες κρέατος, ντρέσιγκ σαλάτας, επιδόρπια Ζελατίνη Δέσμευση νερού Δεσμοί υδρογόνου, ενυδάτωση Λουκάνικα, κέικ, ψωμιά Μυικές πρωτεΐνες, πρωτεΐνες αυγών Ζελατινοποίηση Μυικές πρωτεΐνες, Δεσμευση και "αδρανοποίηση" νερού, Κρέατα, ζελέ, κέικ, αρτοσκευάσματα, τυρί πρωτεΐνες αυγών και σχηματισμός δικτύου γάλακτος Συνοχή συγκόλληση Υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις, δεσμοί ιοντικοί Κρέατα, λουκάνικα, ζυμαρικά, ψημένα Μυικές πρωτεΐνες, και υδρογόνου τρόφιμα αυγά Ελαστικότητα Υδρόφοβοι δεσμοί, γέφυρες θείου Κρέας, αρτοποιία Μυικές πρωτεΐνες, πρωτεΐνες δημητριακών Γαλακτωματοποίηση Σχηματισμός αφρών Προσρόφηση και σχηματισμός φιλμ σε διεπιφάνειες Προσρόφηση και σχηματισμός φιλμ σε διεπιφάνειες Αλλαντικά, σούπες, σάλτσες κρέατος, κέικ, ντρέσιγκ Σαντιγύ, παγωτά, κέικ, επιδόρπια Μυικές πρωτεΐνες, πρωτεΐνες αυγών και γάλακτος Πρωτεΐνες αυγών και γάλακτος Ενσωμάτωση λίπους και γεύσης Υδρόφοβοι δεσμοί, ενσωμάτωση Προϊόντα αρτοποιίας με μειωμένα λιπαρά, ντόνατ Πρωτεΐνες αυγών, γάλακτος, δημητριακών
Ιδιότητες πρωτεϊνών σχηματισμός αφρού Σχηματισμός αφρού (διεπιφάνειες κατά μήκος των οποίων τείνουν να διαχωριστούν υδρόφοβες από υδρόφιλες ομάδες) Ρόλος των επιφανειακών υδρόφοβων τμημάτων στην πιθανότητα προσρόφησης πρωτεϊνών ϊώ στη διεπιφάνεια νερού αέρα ή νερού ελαίου ελαίου (Damodaran Damodaran. 1990. Adv. Food Nutr. Res. 34, 1 79.)
Ιδιότητες πρωτεϊνών Διαλυτότητα Διαλυτότητα επηρεάζεται από: Ηλεκτρικό φορτίο πρωτεΐνης (Ελάχιστη διαλυτότητα στο ισοηλεκτρικό σημείο) Ιόντα ουδετέρων αλάτων Η παρουσία τους αυξάνει τη διαλυτότητα (ελάττωση ηλεκτροστατικών έλξεων,, αύξηση η επιδιαλύτωσης). Μεγάλη αύξηση της συγκέντρωσης αλάτων μπορεί να προκαλέσει καθίζηση (συναγωνισμός με πρωτεΐνη για επιδιαλύτωση) Οργανικοί διαλύτες (αλκοόλη, ακετόνη): συναγωνίζονται με την πρωτεΐνη για το νερό. Ελάττωση της διηλεκτρικής σταθεράς του δ/τος, άρα ελάττωση απωστικών δυνάμεων μεταξύ μορίων πρωτεΐνης συσσωμάτωση καθίζηση (μείωση διαλυτότητας) Θερμοκρασία: Διαλυτότητα αυξάνεται μέχρι Θ = 40 o C. Σε Θ > 40 o C μετουσίωση, ελάττωση διαλυτότητας
Ιδιότητες πρωτεϊνών Διαλυτότητα Διαγράμματα ph διαλυτότητας πρωτεϊνών ορού γάλακτος που διατηρήθηκαν στους 70 C για διάφορους χρόνους (Zhu & Damodaran. 1994. J. Agric. Food Chem. 42, 846 855) 855)
Ιδιότητες πρωτεϊνών Μετουσίωση Η μετουσίωση (denaturation) μπορεί να επηρεάσει τη 2ταγή, 3ταγή, 4ταγή δομή Αποδίπλωση πρωτεΐνης, Διάσπαση κάποιων δεσμών Έκθεση υδρόφοβων δεσμών (κανονικά στο εσωτερικό) στο διαλύτη Ελάττωση διαλυτότητας Αδύνατη η κρυστάλλωση Αύξηση ιξώδους Ευκολότερη υδρόλυση πεπτιδικών δεσμών Απώλεια βιολογικής δράσης (ενζυμικής, ανοσολογικής)
Μετουσίωση Μετουσιωμένη πρωτεΐνη Κανονικά διαταγμένη πρωτεΐνη Υδρόφοβη ομάδα Δεσμός Η Μόριο H 2 O Έκθεση υδρόφοβων δεσμών (κανονικά στο εσωτερικό) στο διαλύτη
Ιδιότητες πρωτεϊνών Μετουσίωση Μετουσίωση γίνεται με φυσικά & χημικά μέσα Φυσικά: Θέρμανση (θ 10 C 600 φορές μεγαλύτερος ρυθμός μετουσίωσης) Περιεχόμενη υγρασία (χαμηλή υγρασία, μεγαλύτερη ανθεκτικότητα) Υψηλή πίεση Ακτινοβολία Σχηματισμός αφρού (διεπιφάνειες κατά μήκος των οποίων τείνουν να διαχωριστούν υδρόφοβες από υδρόφιλες ομάδες) ) Χημικά: ph (πρωτεΐνες σταθερές σε στενή περιοχή ph) Άλατα ουρίας ς( (διάσπαση η δεσμών Η), Απορρυπαντικά (γέφυρες μεταξύ υδρόφιλου υδρόφοβου) Οργανικοί διαλύτες
Μετουσίωση πρωτεϊνών Σχηματισμός αφρού (διεπιφάνειες κατά μήκος των οποίων τείνουν να διαχωριστούν υδρόφοβες από υδρόφιλες ομάδες) Διαφορά στον τρόπο απορρόφησης ενός μικρού τασιενεργού μορίου και μιας πρωτεΐνης στη διεπιφάνεια αέρα νερού ή ελαίου νερού (Fennema s Food Chemistry,, 4 th Ed. 2008)
Ιδιότητες πρωτεϊνών Σχηματισμός πηκτών Σχηματισμός πηκτών (gelation) Οφείλεται στο γεγονός ότι η δομή κάποιων πρωτεϊνών επιτρέπει τη συγκράτηση μεγάλου ποσοστού «αδρανοποιημένου νερού» Αδρανοποιημένο νερό: έχει ιδιότητες νερού αλλά δεν ρέει ελεύθερα Παραδείγματα: Κολλαγόνο (ζελατίνη), θρομβωμένη καζεΐνη
Ιδιότητες πρωτεϊνών Σχηματισμός πηκτών Παρασκευή πηκτής από κολλαγόνο Κολλαγόνο: μόρια πρωτεΐνης σε συμπαγή διάταξη (αδιάλυτο σε νερό) Κατεργασία με θερμό Η 2 Ο και οξύ ή άλκαλι διάσπαση σταυροδεσμών και παραγωγή ζελατίνης (υδατοδιαλυτή) Ζελατίνη και κρύο Η 2Ο διόγκωση ζελατίνης (ενυδατωμένη ζελατίνη) και συγκράτηση μεγάλης ποσότητας νερού μέσα σε χαλαρό πλέγμα πολυπεπτιδικών αλυσίδων Θέρμανση ενυδατωμένης ζελατίνης υγροποίηση = σχηματισμός υδρολύματος (sol) Ψύξη υδρολύματος πηκτή (gelation)
Ιδιότητες πρωτεϊνών Υδρόλυση Υδρόλυση: η διάσπαση πεπτιδικών δεσμών. Αποτέλεσμα: παραλαβή πεπτιδίων και τελικά αμινοξέων Προκαλείται από Οξέα Βάσεις Ένζυμα Συνηθέστερα με οξύ (12 72 h). Πλεονέκτημα: όχι ρακεμοποίηση η αμινοξέων. Παρατεταμένη θέρμανση μερική καταστροφή Trp, Met, Cys. OC C HN R H N H C H R CO C HN R H COO +H 3 N 3 C H R CO
Οι πρωτεΐνες στην παρασκευή τροφίμων Απαραίτητες στα τρόφιμα: (α) βιολογική αξία I. Πρωτεΐνες γάλακτος 1. Παρασκευή τυριού πρώτο στάδιο = θρόμβωση καζεΐνης (οξίνιση λόγω λακτοβακίλλων, πρωτεολυτικά ένζυμα) 2. Συνεισφέρουν στο Άρωμα των γαλακτοκομικών προϊόντων (β) προσδίδουν επιθυμητές ιδιότητες (θρόμβωση,σχηματισμός πηκτών,γαλακτωμάτων) 3. Εγκλεισμός αέρα αφρισμός παρασκευή παγωτών και κρέμας 4. Ζαχαροπλαστική, αρτοποιία Πρωτεΐνη γάλακτος ή απολιπανθείσα σκόνη γάλακτος αύξηση ικανότητας προσρόφησης νερού από το αλεύρι βελτίωση αρτοποιητικής ικανότητας, διευκόλυνση ζυμώματος
Οι πρωτεΐνες στην παρασκευή τροφίμων II. Πρωτεΐνες αυγών 1. Διευκολύνουν σχηματισμό πηκτών, γαλακτωμάτων, ιζημάτων 2. Σχηματισμός αφρού, βελτίωση ζυμωτικής ικανότητας 3. Θέρμανση συγκράτηση αέρα λόγω θρόμβωσης σφαιρινών, αλβουμινών και συγκράτηση υγρασίας λόγω επιφανειακού στρώματος μετουσιωμένης πρωτεΐνης (κέικ, μαρέγκες, σουφλέ) 4. Κρόκος αυγού λιποπρωτεϊνες (λεκιθίνες) προσροφώνται στη διεπιφάνεια νερού λίπους σταθεροποίηση γαλακτωμάτων (μαγιονέζες, salad dressings) Kurti &This Benckhard. 1994. Chemistry and Physics in the Kitchen. Scientific American, 270, 44 50
Οι πρωτεΐνες στην παρασκευή τροφίμων ΙΙΙ. Πρωτεΐνες δημητριακών Γλουτένη άλευρα που δίνουν ζύμη με δυνατότητα συγκράτησης αερίων καλή αρτοποιητική ικανότητα (επόμενη διαφάνεια)
Γλουτένη σίτου Διαγραμματική παράσταση της πιθανής σχέσης μεταξύ των μορίων της γλουτενίνης (α) και της γλοιαδίνης (β) στο σχηματισμό γλουτένης (γ)
Γλουτένη σίτου Aμέσως μετά το ζύμωμα: μεγάλες και μικρές οπές στη ζύμη από τη διαφυγή αερίων Δύο ώρες μετά: πλήρης ανάπτυξη του δικτυωτού πλέγματος γλουτένης, συγκρατεί αέρια (CO 2 ζύμωσης και εξατμιζόμενου νερού διόγκωση ζύμης προϊόντα μικρού ειδικού βάρους
Οι πρωτεΐνες στην παρασκευή τροφίμων IV. Πρωτεΐνες κρέατος Ιδιότητα πρωτεϊνών: συγκράτηση νερού μέσω σχηματισμού δεσμών υδρογόνου τρυφερό, γευστικό κρέας και προϊόντα κρέατος N C O H H H H H O N H O H
Οι πρωτεΐνες στην απομίμηση λίπους Μικροτεμαχισμός (microparticulation) Πρωτεΐνη Θέρμανση (έως σχηματισμού δομής πηκτής) διάτμηση έντονη ανάμιξη ( <3μm) Στο στόμα αίσθημα παρόμοιο με αυτό του λίπους Εφαρμογή σε λίπη χαμηλής θερμιδικής αξίας (1 4kcal/g), επαλειφόμενα τυριά,, μαγιονέζες κλπ
Ελλείποντα αμινοξέα (Limiting amino acids) Ελλείποντα αμινοξέα: αυτά που υπάρχουν σε ελάχιστα ποσά στο τρόφιμο ή τη δίαιτα σε σχέση με διατροφικές ανάγκες Δείκτης διατροφικής αξίας πρωτεΐνης= Μέτρο διατροφικής αξίας πρωτεΐνης: Protein Efficiency Ratio (PER) = g αύξησης βάρους σώματος ανά g προσλαμβανόμενης πρωτεΐνης Ελλείποντα αμινοξέα είναι συχνά τα θειούχα (Met, Cys) και η Lys Παρασκευή νιφάδων δημητριακών απώλειες σε πρωτεΐνη: αναπλήρωση με προσθήκη Lys ποσότητα αμινοξέως σε πρωτείνη απαιτούμενη ποσότητα αμινοξέως
Θέρμανση. Επεξεργασία τροφίμων: Επίδραση σε πρωτεΐνες και αμινοξέα Μέτρια θέρμανση: θετική επίδραση Αιτία: η μερική μετουσίωση πρωτεϊνών διευκολύνει την υδρόλυση + απενεργοποιούνται αντιδιατροφικοί παράγοντες που παρεμποδίζουν διάφορα ένζυμα (πχ χ παράγων αναστολής θρυψίνης) 1. αλεύρι/ψωμί: θέρμανση διαθεσιμότητα Τrp, Thr, Μet 2. μερική προστασία βιταμινών: απενεργοποίηση θειαμινάσης (ψάρια) è προστασία Β1 απενεργοποίηση αβιδίνης (αυγά) è προστασία βιοτίνης Υψηλή θέρμανση: αρνητική επίδραση, ελάττωση διατροφικής αξίας Pr 1. Oξείδωση και αντιδράσεις που προκαλούν αλλαγές δεσμών και παρεμποδίζουν την υδρόλυση αμινοξέων 2. Αντιδράσεις Μaillard (μη ενζυμική αμαύρωση), συχνά μέσω Lys, με ανάγοντα σάκχαρα ή καρβονυλικά προϊόντα οξείδωσης λιπών. Οδηγούν σε παραγωγή μη διασπώμενων προϊόντων
Αφυδάτωσηά Επεξεργασία τροφίμων: Επίδραση σε πρωτεΐνες και αμινοξέα Αυξάνει το όριο συντήρησης Όμως μεταβολές στην υφή και γεύση (καλύτερα υπό κενό, χαμηλή θ) λυοφιλίωση (αφυδατωμένο κρέας, κατά την ενυδάτωση πιο σκληρό) spray drying, drum drying (αυγά, γάλα σχηματισμός νέων αμινοξέων: φουροσίνη) H 2 N (CH 2 ) 4 N H COOH φουροσίνη Παστερίωση (72 C επί 15 sec) O O H 2 N CH COOH + H 2 O H 2 N CH COOH + H 2 S CH 2 CH 2 SH OH 2 H 2 N CH COOH H 2 N CH COOH CH 2 CH 2 μετουσίωση β λακτοσφαιρίνης CH 2 παραγωγή Η2S από κυστεΐνη H 2 N CH COOH SH S S + H 2 S
Επεξεργασία τροφίμων: Το χρώμα του κρέατος Το χρώμα του κρέατος οφείλεται στην μεταλλοπρωτεΐνη μυοσφαιρίνη (μυογλοβίνη). λ Η μυοσφαιρίνη έχει στο κέντρο της ιόν Fe +2 και μπορεί να συγκρατεί μοριακό οξυγόνο χωρίς να αλλάζει ο αριθμός οξείδωσης του Fe (οξυμυοσφαιρίνη) Στους ζωντανούς οργανισμούς οι δύο μορφές βρίσκονται σε χημική ισορροπία. Οξυμυοσφαιρίνη Λαμπερό κόκκινο χρώμα Μυοσφαιρίνη Κόκκινο χρώμα
Επεξεργασία τροφίμων: Το χρώμα του κρέατος Οταν το ζώο θανατωθεί η μυοσφαιρίνη οξειδώνεται από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο. Σχηματικά Μυοσφαιρίνη Κόκκινο χρώμα Μεταμυοσφαιρίνη Καστανό χρώμα Στο νωπό κρέας υπάρχουν αναγωγικοί παράγοντες που μετακινούν την ισορροπία προς τα αριστερά. Με την πάροδο του χρόνου μετά τον θάνατο, οι αναγωγικοί παράγοντες εξαντλούνται και το κρέας παίρνει μόνιμο καστανό χρώμα.
Μεταβολές στο κρέας κατά το μαγείρεμα Θέρμανση κρέατος Μετουσίωση πρωτεϊνών Θρόμβωση (οι πρωτεΐνες σχηματίζουν δεσμούς μεταξύ τους) μείωση δραστικών ομάδων που μπορούν να σχηματίσουν δεσμούς υδρογόνου με το νερό μείωση ικανότητας συγκράτησης νερού των πρωτεϊνών του κρέατος 1. Το κρέας που προορίζεται για παρασκευή σούπας τοποθετείται στο μαγειρικό σκεύος από την αρχή της θέρμανσης, ώστε λόγω της σταδιακής μετουσίωσης να αποβληθεί μεγάλη ποσότητα οπού (ζωμός) 2. Στο «σωτάρισμα»» («τσιγάρισμα») το κρέας θερμαίνεται απότομα και προκαλείται θρόμβωση και σκλήρυνση των πρωτεϊνών που βρίσκονται στην επιφάνεια. Έτσι δημιουργείται ένα προστατευτικό περίβλημα το οποίο εγκλωβίζει τον οπό στο εσωτερικό του κρέατος 3. Το μαρινάρισμα του κρέατος σε όξινα υγρά που περιέχουν ξύδι, λεμόνι ή κρασί, προκαλεί ελάττωση του pη Η και απομάκρυνση από το ισοηλεκτρικό σημείο των πρωτεϊνών που το αποτελούν. Οι ιονισμένες ομάδες που δημιουργούνται σχηματίζουν νέους δεσμούς υδρογόνου με το νερό και έτσι αυξάνεται η τρυφερότητα του κρέατος.
Μεταβολές στο κρέας κατά το μαγείρεμα A Β Γ Φυσικοχημικέςμεταβολές κατά το μαγείρεμα του κρέατος: Α. Στο νωπό κρέας οι ίνες του κρέατος (κόκκινες) χωρίζονται από κολλαγόνο (κίτρινο) Β. Με σύντομη θέρμανση, το κολλαγόνο αρχίζει να διαχωρίζεται Γ. Το καλά μαγειρεμένο κρέας είναι τρυφερό, επειδή σχεδόν όλο το κολλαγόνο έχει μετατραπεί σε ζελατίνη και έχει διαχωρισθεί. (Kurti &This Benckhard. 1994. Chemistry and Physics in the Kitchen. Scientific American, 270, 44 50 50)
45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Περιεκτικότητα τροφίμων σε πρωτεΐνη Πρωτεΐνη (% f.w.) Μπύρα ξανθιά Μήλα Μπανάνες Γάλα ανθρώπου Π Γάλα αγε ατάτες Λάχανο Μανιτάρια Σταφύλια Ρ'υζι λάδας Ζυμαρικά Παγωτό Σοκολάτα απλή Γιαούρτι πλήρες Λευκό ψωμί Ολικής Άλεσης Λουκάνικα χοιρινά Μπακα Αυγό λιάρος Κρέας μοσχαρίσιο Κοτόπουλο Κρέας αρνίσιο Αμύγδαλα Φακές, ξηρές Φιστίκια Τόνος κονσέρβα Τυριά Τυριά
Πρωτεΐνες φυτικών τροφίμων 6% 10 15% 17%- 36% φρούτα, λαχανικά Δημητριακά όσπρια/ελαιούχοι σπόροι Πατάτα 2%, Lys, Thr Ενδόσπερμα:13% Πίτουρο: 15% Φύτρο: 26% Υστερούν σε Lys Πρωτεϊνες σόγιας, φυστικιού, βαμβακόσπορου: Εκχυλίσεις πρωτεϊνικά συμπυκνώματα μ (70% concentrates), ή υπερσυμπυκνώματα (90%, isolate) Κατεργασία με εξώθηση (extruders) προϊόντα με υφή και σχήμα που μοιάζουν με φυσικές ζωϊκές πρωτεΐνες (λουκάνικα, ά υποκατάστατα κρέατος,σνακς) )
Πρωτεΐνες ζωικών τροφίμων 3%- 4% 12% 20% Γάλα Αυγά Κρέας (αλβουμίνες και Κρόκος: 20% λιποβιτελίνη, Μυικός ιστός: γλοβουλίνες) λί ) λιποβιτελενίνη σαρκοπλασματικές, καζεΐνη 80%, συσταλτικές Ασπράδι: πρωτεΐνες ορού >10 πρωτεΐνες συνεκτικές (ωαλβουμίνη, λυσοζύμη, Μυικές ίνες:ακτίνη, αβιδίνη κ.α.) μυοσίνη Ευκολία θρόμβωσης Συνεκτικός ιστός: μαγειρική κολλαγόνο, ελαστίνη ζαχαροπλαστική (σκληρές δύσπεπτες) Μαγείρεμα: Κολλαγόνο ζελατίνη
Σύσταση του γάλακτος 3.5 3.2 5.0 1.0 87.3 Νερό Λιπαρά Πρωτεΐνες (3 4%) Υδατάνθρακες Τέφρα Πρωτεΐνες του γάλακτος Καζεΐνες Λακταλβουμίνες Λακτοσφαιρίνες Πρωτεόζες, πεπτόνες Άλλες πρωτεΐνες (λακτοφερίνη κλπ)
Novel proteins Έλλειψη εδωδίμων πρωτεϊνών ανάγκη για νέες, μη συμβατικές πηγές Μικροοργανισμοί, φύλλα, ελαιούχοι σπόροι κλπ Μονοκύτταροι: ζύμες Candida Utilis, Saccharomyces carlbergenesis Βακτήρια: κυρίως αυτά που καταναλώνουν υδατάνθρακες Mύκητες: μανιτάρια Mύκητες: παρασκευή τυριών (P. Roqueforti, P. Camemberti) Fusarium graminearum : άμυλο πρωτεΐνη = Quorn Άλγες (φύκη): Chlorella (χλωροφύκος), Spirulina (κυaνοφύκος) 50% πρωτεΐνη επί ξηρού, με απαραίτητα αμινοξέα, όχι Met Συμπυκνώματα πρωτεϊνών από μη εδώδιμα ψάρια (υστερούν σε Met) Προβλήματα που πρέπει να συνεκτιμούνται: Διαλυτότητα, απορρόφηση νερού, μυκοτοξίνες, ανωμαλίες GI tract και νεφρών από πολλά νουκλεϊκά οξέα (Pr από ζύμες)