Domande e risposte esame Biochimica, prof Iametti

Domande e risposte biochimica alimentare - Lezione 1

Qualità proteica di un alimento

1) Quali aspetti contribuiscono a definire la "qualità" proteica di un alimento? Per quanto riguarda le proteine negli alimenti, la qualità dipende dal rapporto degli amminoacidi essenziali presenti nell'alimento stesso. Se un alimento ha in proporzione tutti gli AA essenziali in uguali quantità avrà una qualità proteica maggiore rispetto ad un alimento carente di più AA. La qualità dipende anche dalla biodisponibilità delle proteine e da quanto il nostro corpo riesce ad assorbirle. Questo può dipendere anche dal processo di lavorazione effettuato sull'alimento, che influisce anche sull'aspetto, aroma e sapore.

Ruolo dell'acqua in un alimento

2) Qual è il ruolo dell'acqua in un alimento? Le qualità di un alimento cambiano a seconda della quantità e della forma dell'acqua, che conferisce la texture. Le funzioni principali sono l'azione come: solvente (solubilizza le piccole molecole), come strutturante (modifica le proprietà e la biodisponibilità di molecole semplici e macromolecole), e come mezzo di reazione (trasformazioni enzimatiche e crescita microbica).

Tipologie di acqua in un alimento

3) Quali sono le tipologie di acqua in un alimento? Ci sono 4 tipi di acqua in un alimento, classificati in base al livello di libertà calcolata come attività dell'acqua:

• Aw tra 0 e 0,25: l'acqua è molto legata e le uniche reazioni possibili sono quelle di autossidazione dei lipidi (ACQUA LEGATA);
• Aw tra 0,25 e 0,8: si possono avere attività enzimatiche, reazioni ossidative e idrolitiche e di imbrunimento non enzimatico (ACQUA COORDINATA);
• Aw tra 0,8 e 0,9: l'acqua è abbastanza disponibile per la crescita di microrganismi e le reazioni si hanno anche a livelli di attività dell'acqua inferiori (ACQUA LIBERA);
• Aw uguale a 1: ACQUA PURA.

Water holding delle proteine

4) Qual è il ruolo di una proteina nella definizione di "water holding"? La capacità delle proteine di trattenere oltre all'acqua di costruzione (legata) anche quella libera. Questa capacità è chiamata water holding e dipende dalla carica e dalla polarità superficiale delle proteine, dalle disposizioni tridimensionali delle proteine e dalle interazioni non covalenti che le proteine sono in grado di sviluppare con l'ambiente acquoso.

Definizione di salting out

5) Definire il salting out. Aggiungendo sale in una soluzione proteica, esso si separa in Na+ e Cl- e intorno agli ioni si forma un'organizzazione di acqua. Il sale quindi prende l'acqua che c'è libera attorno alle proteine, quella di tipo II. In questo momento alla proteina non succede niente. Se aggiungo molto altro sale fino a saturazione, si ha un effetto: Na+ si avvicina alle cariche negative della proteina che non sono più protette dall'acqua che viene "rubata" dal sale che continua a sciogliersi. Questo effetto porta all'associazione di tante proteine tra di loro mediante interazioni elettrostatiche ed idrofobiche. Se tante proteine si associano in forma di polimero, tende a precipitare e perdere solubilità, quindi tende a coagulare la massa proteica.

Proprietà degli ioni lipofili

6) Quale proprietà hanno gli ioni classificati come lipofili? Hanno una modesta solvatazione e riescono ad entrare nelle proteine, interferendo sulle interazioni elettrostatiche tra due residui amminoacidici carichi. Sono ad esempio gli ioni piccoli con una sfera di solvatazione piccola (non i metalli alcalini) ad esempio il calcio.

Solubilità delle proteine denaturate

7) Perché una proteina denaturata è meno solubile? Perde la stabilità (i legami idrofili vanno all'interno e viceversa) e sarà più propensa a formare altri legami con altre proteine. Quindi perdono solubilità perché forma aggregati.

Attività catalitica degli enzimi

8) Descrivere le ragioni per le quali un enzima sottoposto a salting out con solfato d'ammonio mantiene la sua attività catalitica, mentre non presenta attività catalitica se insolubilizzato con perclorato di sodio. Nel primo caso, il solfato di ammonio è un sale liofilico (sfera solvatazione grande) che non modifica la struttura secondaria della proteina, che è quella che permette di avere la sua funzione catalitica. Nel secondo caso, il sale modifica anche la struttura secondaria perché il perclorato è lipofilico (sfera solvatazione piccola).

Lezione 3

Capacità delle sieroproteine

1) Perché non tutte le sieroproteine food grade (commestibili) hanno la stessa capacità di legare molecole idrofobiche e/o acidi grassi? Le interazioni idrofobiche con composti idrofobici come sostanze volatili o aromi. Denaturando una sieroproteina, si rompono i legami solfuro e la tasca si rompe, perdendo la capacità di legare molecole idrofobiche. Dipende se la proteina è nativa o denaturata, dipende dai siti idrofobici, più ce ne sono più c'è affinità, affinità tra sieroproteina e micromolecola.

Interazioni proteina/polifenoli

2) Quali interazioni stabilizzano l'associazione proteina/polifenoli? L'interazione tra proteine e polifenoli (in generale con tutte le micromolecole) è stabilizzata da legami deboli, in particolare sono interazioni idrofobiche e/o elettrostatiche (interazioni non covalenti). Questa proprietà è legata alla struttura tridimensionale delle proteine e quindi solo alcune proteine hanno questa proprietà.

Chiarifica dei vini

3) Per una chiarifica quali isolati proteici sono più adatti per complessare i polifenoli responsabili dei difetti del vino? Motivare la risposta. La chiarifica serve a migliorare le caratteristiche organolettiche eliminando i tannini che sono astringenti, aumentare la stabilità dei vini bianchi controllando l'imbrunimento e la polimerizzazione dei polifenoli e per facilitare la filtrabilità. È possibile utilizzare le proteine per rimuovere i polifenoli sfruttando l'associazione che si ha tra polifenoli e proteine. In passato venivano usati l'ovoalbumina o la BSA-siero albumina bovina, ormai in disuso dopo gli eventi della mucca pazza. Gli isolati proteici di glutine e soia comportano un decremento della torbidità del 50% rispetto a quella iniziale, mentre gli isolati di pisello e lenticchia sono i più efficaci, hanno una diminuzione di 3 volte della torbidità. La perdita della componente aromatica è modesta per tutti gli isolati tranne che per la soia. Oggi il più utilizzato è l'isolato di pisello perché oltre ad avere buone caratteristiche per la chiarifica non è allergenico.

Strategie di chiarifica

4) Dopo un'analisi critica dei due articoli allegati, evidenziare le diverse strategie di chiarifica e motivare quale degli isolati considerati funziona meglio. In generale è stato osservato come gli isolati proteici di origine vegetale sono altrettanto efficaci quanto quelli di origine animale. In particolare, proteine di lenticchie e glutine sono risultate più efficaci nella rimozione di flavonoidi dimerici e monomerici, ma le proteine di lenticchia hanno anche causato una riduzione drastica dei composti responsabili della fermentazione e dell'aroma. Per pisello, soia e glutine, invece, la perdita di aroma non è stata rilevante se paragonata agli altri metodi classici. Un'altra osservazione è stata che soia, lenticchie e piselli non hanno modificato la tonalità del vino nonostante la selettività nel rimuovere gli antociani. Questo studio mostra inoltre come un semplice intervento biotecnologico (come la proteolisi limitata di alcune proteine vegetali utilizzate) può avere impatto positivo sul loro comportamento come agenti chiarificatori. In particolare, alcuni piselli proteolizzati hanno una specificità nel legare le molecole molto elevata sia dal punto di vista qualitativo che quantitativo.

Stabilizzazione di una schiuma

5) Quali sono i tipi di interazioni che possono stabilizzare una schiuma? Esempio di schiuma è la meringa: l'ovoalbumina origina per azione meccanica una struttura reticolata caratterizzata da un reticolo proteico stabilizzato da interazioni interproteina di tipo S-S al cui interno sono trattenute bolle di gas (associate idrofobicamente alle zone idrofobiche esposte della proteina). Una schiuma a livello molecolare presenta una struttura geometrica strutturata in modo che ogni bolla di gas sia circondata da una lamella (di fase liquida) che si incontrano tra di loro nel punto nodale. La stabilità di una schiuma dipende inoltre dall'evaporazione dell'acqua dalle lamelle, dalla fuoriuscita del gas e dallo scorrimento dell'acqua verso i punti nodali. Sono le interazioni disolfuro, elettrostatiche e idrofobiche.

Stabilizzazione di un'emulsione

6) Quali proprietà deve avere una proteina per stabilizzare un'emulsione? Una volta denaturata, deve avere una parte idrofobica e una polare per poter legare entrambe le fasi dell'emulsione. Si deve denaturare perché la proteina non denaturata ha all'interno la parte idrofobica e all'esterno quella idrofilica. La denaturazione serve a portare all'esterno la parte idrofobica.

Formazione di un'emulsione

7) Descrivere a livello molecolare la formazione di un'emulsione costituita da proteine di soia e olio (dressing). La proteina nativa della soia ha regioni idrofobiche all'interno e regioni polari all'esterno. A seguito di una denaturazione meccanica, la proteina si apre portando allo "scoperto" le regioni idrofobiche della proteina che si legano con il grasso. Questo procedimento deve essere effettuato in maniera precisa: mentre denaturo meccanicamente le proteine, devo aggiungere poco alla volta la fase idrofobica (il grasso) che andrà a legarsi con le parti idrofobiche della proteina appena denaturate. Se aggiungessi il grasso tutto insieme, andrebbe a formare micelle invece che interagire con le proteine, separando le fasi. Le proteine stanno nella fase acquosa mentre i piccoli globuli di grasso legati alla proteina riescono ad emulsionarsi e rimanere stabili. La particolarità delle proteine della soia è che riescono a fare l'emulsione anche con poca quantità di lipidi.

Lezione 4

Attività enzimatica

1) Per quali ragioni si determina l'attività enzimatica in un alimento? In alcuni casi, la determinazione dell'attività enzimatica può rappresentare un parametro per la verifica dell'efficienza di un trattamento applicato. L'attività enzimatica si determina con la cinetica enzimatica. Lo scopo è valutare l'inattivazione di un enzima a seguito di specifici trattamenti sull'alimento (ad esempio riscaldamento).

Kit enzimatico

2) Descrivere i principi sui quali si basa in un kit enzimatico la reazione catalizzata dagli enzimi presenti. Quando negli alimenti si vogliono determinare quantitativamente dei composti, come degli zuccheri, gli acidi o altro, si può utilizzare un kit enzimatico. Questo kit si basa sull'utilizzo di uno specifico enzima in base al composto che si vuole determinare. L'enzima reagisce con il composto utilizzandolo per fare uno o più prodotti. Questi prodotti hanno la capacità di assorbire la luce nel visibile o nell'ultravioletto e in questo modo possono essere facilmente quantificati con lo spettrofotometro. In base alla quantità di prodotto che si ottiene, si può calcolare la quantità di composto iniziale.

Composti misurati nei kit enzimatici

3) Quale composto viene normalmente misurato in un kit enzimatico per quantificare il/i composti di interesse? Il composto che viene normalmente misurato in un kit enzimatico è il prodotto della reazione. Si utilizza infatti un enzima che sia in grado di trasformare il reagente che voglio quantificare in un prodotto facilmente rilevabile. Questi prodotti che vengono misurati sono NADH e NADPH.

Reazioni accoppiate nei kit enzimatici

4) Per quali ragioni alcuni kit enzimatici per il dosaggio di un composto in alimenti usano reazioni accoppiate? Alcuni kit enzimatici si servono di una reazione accoppiata perché l'enzima primario non produce nessun prodotto facilmente quantificabile. Si usa quindi un enzima ausiliario che utilizzi questo composto difficilmente quantificabile trasformandolo in uno più facilmente quantificabile (che deve quindi assorbire luce nel visibile o nell'ultravioletto per essere facilmente rilevabile da uno spettrofotometro). Un'altra ragione potrebbe essere il fatto che la prima reazione è in equilibrio e non riesce a spostare l'equilibrio verso i prodotti. In questo caso si può aggiungere una seconda reazione che trasforma i prodotti della prima non appena si formano, portando tutte le reazioni lontane dall'equilibrio, favorendo la formazione dei prodotti.

Lezione 5

Modificazioni strutturali delle proteine

1) Descrivere gli approcci metodologici per descrivere le modificazioni strutturali delle proteine indotte da un trattamento termico. Sono tre gli approcci metodologici utilizzabili:

• Fluorescenza intrinseca che sfrutta la proprietà di specifici AA (marcatori interni);
• Fluorescenza estrinseca che utilizza specifici composti fluorescenti (probe/marcatori fluorescenti);
• Assorbanza che utilizza specifici composti colorati (probe/marcatori specifici).

La fluorescenza sfrutta la capacità di alcune specie chimiche di riemettere l'energia assorbita.