Desnaturalizacion

DESNATURALIZACION

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. La desnaturalización generalmente se considera como una pérdida de la estructura ordenada. La desnaturalización puede ser deseable cuando se habla de elevar la digestibilidad de las proteínas por cocción o por la desnaturalización de inhibidores de tripsina presentes en las leguminosas. También sirve para mejorar funcionalidad, como cuando se aumentan sus propiedades de espumado y emulsificación por el desdoblamiento de las moléculas que favorece la estabilización en interfaces al lograr la exposición de sitios hidrofóbicos que interaccionan con la fase orgánica o hidrofóbica de una emulsión.

Termodinámica de la desnaturalización

La estabilización de una macromolécula es un proceso cooperativo, es decir, está dada por la intervención de múltiples enlaces no covalentes, que son de baja energía pero muy frecuentes en la estructura. El estudio de la termodinámica de este proceso implica lograr realizarlo de forma reversible, lo que requiere que una vez eliminado el agente desnaturalizante, la proteína pueda regresar a su conformación original.

El estado nativo o activo de una proteína puede ser detectado gracias a diferentes técnicas que observan el estado en equilibrio de las moléculas de proteína.

Cuando se despliega una proteína globular, la pérdida de la estructura nativa aumenta, en forma significativa, el número de residuos de aminoácidos hidrofóbicos ahora expuestos al solvente. La agregación de las proteínas desplegadas es una consecuencia de la ex-posición de los residuos hidrofóbicos, cuyo contacto con el solvente acuoso no es termodinámicamente conveniente, dado que a su alrededor se ordenan las moléculas de agua y disminuye la entropía del sistema. Mientras no exista alguna molécula que estabilice esos sitios hidrofóbicos expuestos, la agregación será la forma en que se disminuya su exposición al agua, y esto trae como consecuencia una desnaturalización no reversible. Este efecto se ve incrementado con la concentración de proteína. La desnaturalización presenta el comportamiento de un proceso cooperativo con la forma de una curva que súbitamente cambia de pendiente previo al punto en el que se alcanza el equilibrio entre la forma nativa y desnaturalizada.

Desnaturalización por cambios de temperatura

La aplicación de calor es uno de los agentes desnaturalizantes que se utilizan con mayor frecuencia en alimentos ya que facilita la digestión de las proteínas, y logra desnaturalizar los inhibidores de proteasas que frecuentemente se hallan en alimentos basados en proteínas de leguminosas. Ambos procesos facilitan la digestión por las enzimas hidrolíticas del tracto gastrointestinal. La aplicación de calor afecta la estabilidad de las interacciones no-covalentes de la estructura tridimensional de las proteínas, pues se eleva la entalpía de la molécula y se rompe el delicado balance de los enlaces que mantienen el equilibrio.

cuando se calienta una proteína sufre una transición súbita y cuando se tiene la mitad de las moléculas en estado desnaturalizado se alcanza el equilibrio, que coincide con la temperatura de transición, de “melting”Tm o temperatura de desnaturalización TD.

Las interacciones electrostáticas por naturaleza son impulsados por la entalpía ∆H

Las interacciones hidrofóbica son, por el contrario, producidas como una consecuencia de la entropía ∆S.

La misma cadena de proteínas en su estructura terciaria guarda también un delicado balance, estabilizado por las interacciones no-covalentes. Su entropía conformacional se ve afectada por un aumento en el calor que aumenta su energía cinética y facilita el desplegamiento. Entonces, en el proceso de termo desnaturalización, las interacciones hidrofóbica se refuerzan conforme se eleva la temperatura por arriba de los60 y 70°C,las otras interacciones no-covalentes se debilitan y la entropía conformacional va disminuyendo al irse desordenando la cadena poli peptídica y la temperatura de desnaturalización TD

se alcanza cuando la suma de las energía libres de todos los procesos involucrados es igual a cero y KD=1.

Una aplicación práctica de la desnaturalización térmica se maneja durante el procesamiento de alimentos donde es necesario lograr la desactivación de algunas enzimas, como lipoxidasas y lipoxigenasas, en las verduras que serán congeladas.

La desnaturalización térmica de las proteínas está fuertemente influida por el contenido de humedad: las proteínas deshidratadas son más resistentes a los tratamientos térmicos que las proteínas en solución.

Otro efecto es el hinchamiento de la matriz de la proteína por hidratación, que facilita el acceso de las moléculas de agua al interior de la molécula disminuyendo las temperaturas de desnaturalización (Td). La estrategia para proteger a una proteína en medio acuoso de la desnaturalización térmica generalmente recurre a la adición de azúcares que pueden actuar como protectores o bien por la adición de concentraciones moderadas de cloruro de sodio.

Desnaturalización por cambios de pH

Un cambio en el pH del ambiente natural o fisiológico de las proteínas puede acarrear modificaciones importantes en su conformación debido a cambios en la ionización de las cadenas laterales cargadas porque se afecta el número de los puentes salinos que estabilizan la estructura nativa. Una desnaturalización alcalina implica la neutralización de la carga positiva de cadenas laterales de Lys, His y Arg, una desnaturalización ácida implica la protonación de cargas de Asp,Glu; ambos casos impiden la formación de una interacción electrostática.

Desnaturalización por urea y cloruro de guanidinio

Ambos compuestos son, por naturaleza, formadores de puentes de hidrógeno (figura 3.33),y debido a su gran solubilidad en agua, es posible obtener soluciones hasta de 12 moles/L, que aunado a su pequeño tamaño molecular, les permite penetrar fácilmente en las moléculas proteínicas

Se considera que este agente desnaturalizante es el único que logra formar la cadena al azar, que se estabiliza en su nuevo estado desnaturalizado con los puentes de hidrógeno formados con la propia urea, en lugar de los antiguos puentes intramoleculares.

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