Domande e risposte per preparazione dell'esame di Biochimica alimentare

Risposte domande riflessione

B4. Perché la solubilità delle proteine è minima al loro punto isoelettrico?

La solubilità delle proteine è minima al loro punto isoelettrico in quanto in questa condizione la proteina presenta il minor numero di cariche possibili, presentando una carica netta pari a zero, per cui la sua capacità di interagire con l'acqua è la minore possibile. Al PI le cariche negative eguagliano le positive, non vi è repulsione tra le cariche che interagiscono tra loro creando aggregati insolubili resi stabili da interazioni elettrostatiche.

B5. Cosa si intende per "salting in" e "salting out"?

La condizione di salting in è definita la condizione in cui la proteina è perfettamente solubile nel suo mezzo. In dipendenza appunto al mezzo se aggiungiamo dei sali, questi in ambiente acquoso si solubilizzano ed intorno allo ione

dissociato viene a crearsi l'acqua diidratazione; aggiungendo sale quindi questo prende l'acqua libera intorno alla proteina quella di tipo II. Aggiungendo ulteriormente sale si hanno due effetti:

1. Na+ si avvicina alle cariche negative della proteina, le proteine non hanno più una carica netta tale che si respingono ma tendono invece ad associarsi
2. Il sale continuando a sciogliersi sottrae sempre più acqua alla proteina.

I due effetti citati contemporanei comportano un'associazione della proteina mediante interazioni elettrostatiche ed idrofobiche con conseguente formazione di un polimero proteico meno solubile del singolo monomero che lo costituisce e la proteina tende quindi a precipitare; il fenomeno per il quale la proteina precipita è definito con il termine salting out.

I fenomeni di salting in e salting out sono variazioni della solubilità di una proteina in cui la proteina mantiene la struttura nativa.

Perché le prolammine sono

soluzioni alcooliche concentrate  Alcuni solventi organici come il cloroformio e il metanolo  Alcuni acidi e basi forti Questi solventi alterano la struttura proteica perché interagiscono con le molecole di proteine, rompendo i legami idrofobici e idrogeno che stabilizzano la struttura tridimensionale delle proteine. Questo porta alla denaturazione delle proteine, cioè alla perdita della loro struttura nativa e alla conseguente perdita delle loro funzioni biologiche.acqua come etanolo e isopropanolo, questi alterano la struttura proteica in quanto vanno ad alterare la struttura dell'acqua alterando di conseguenza la spinta entropica che costringe le proteine ad aggregarsi al fine di diminuire la superficie idrofobica esposta al solvente; tutto questo porta alla soluzione dell'aggregato che si dissociano alle singole proteine che entrano in soluzione con perdita della struttura nativa della proteina. I solventi denaturanti come l'urea bloccano i legami deboli, come i legami idrogeno e le interazioni idrofobiche, che stabilizzano la struttura proteica. In particolare, l'urea interagisce con le regioni idrofobiche delle proteine, causando la dissociazione delle interazioni idrofobiche. Anche alcuni Sali possono modificare la struttura della proteina nativa, sono i Sali destrutturanti detti anche Sali lipofilici, molto piccoli che non hanno una solvatazione elevata. Questi agiscono sulle cariche superficiali e penetrano.anche all'interno della struttura proteica andando a rompere le coppie ioniche che stabilizzano la struttura nativa, destrutturano quindi la proteina. B8. Come si fa – in linea di principio - a capire se le modificazioni strutturali di una proteina sono reversibili o irreversibili? In linea di principio per capire se una modificazione strutturale di una proteina è reversibile o irreversibile bisogna capire quanto queste trasformazioni portano alla perdita della struttura nativa, infatti la denaturazione non è da considerarsi come un fenomeno assoluto ma piuttosto un processo sovente a diversi stadi in cui la proteina passa da: forma nativa → forma parzialmente denaturata → forma totalmente denaturata → aggregato di proteine denaturate. Il primo passaggio è reversibile, passando alla forma totalmente denaturata abbiamo che tornare alla forma nativa è pressoché impossibile. Questa sequenza concettuale accompagna tutte le modificazioni strutturali delle proteine.trasformazioni delle proteine della tecnologia alimentare tranne una, ovvero la precipitazione di una proteina qualunque o una sua solubilizzazione per eccesso di sali in quanto può essere reversibile per norma ma irreversibile solo per alcune proteine e per alcune tipologie di sali.

Clara Rech P a g . 3 | 25

BIOCHIMICA

Modulo: Biochimica alimentare Prof. Bonomi

Risposte domande riflessione

B9. Su cosa si basa la classificazione delle proteine in base alla solubilità, proposta da Osborne nel 1909 e ancora utilizzata?

La classificazione di Osborne è una tipica classificazione di proteine di diversa tipologia a seconda del tipo di solvente in grado di rompere le interazioni tra proteina-proteina e quindi di portarle in soluzione. In generale, è un sistema per classificare le proteine e questa classificazione divide le proteine a seconda appunto della loro solubilità in famiglie:

• Proteine che sono solventi in acqua: chiamate albumine, comprendono la

che le proteine sono molecole molto complesse e diverse tra loro. Esistono diverse classificazioni delle proteine in base alle loro proprietà chimiche e fisiche. Una delle classificazioni più comuni si basa sulla solubilità delle proteine in diversi solventi. Le proteine possono essere suddivise in quattro gruppi principali in base alla loro solubilità: 1. Proteine solubili in acqua: queste proteine si dissolvono facilmente in acqua e sono chiamate albumine. Le albumine possono essere ulteriormente suddivise in due categorie: l'albumina del latte e l'albumina del siero. 2. Proteine che non si sciolgono in acqua: queste proteine possono passare in soluzione solo se sono presenti quantità più o meno grandi di NaCl e vengono definite come la famiglia delle globuline. Le globuline comprendono diverse proteine come le vicine, la BLG, le immunoglobuline e le legumine. 3. Proteine solubili in alcali o acidi: queste proteine si dissolvono in soluzioni alcaline o acide, di solito a pH inferiore a 2 o superiore a 8. Questa famiglia di proteine è chiamata glutenine e comprende anche la caseina. Tuttavia, la solubilizzazione di queste proteine a pH estremi può causare la perdita della loro struttura. 4. Proteine solubili in miscele di acqua e alcoli: queste proteine sono definite come la famiglia delle prolammine e includono le gliadine. Queste proteine si dissolvono in miscele di acqua e alcoli. La solubilizzazione avviene a causa della mancanza di spinta entropica in presenza di un solvente organico, che agisce sui legami idrofobici. Infine, ci sono anche proteine che non sono solubili in nessun solvente e sono chiamate scleroproteine. Un esempio di scleroproteina sono le cheratine. In conclusione, le proteine sono molecole molto diverse tra loro e la loro solubilità in diversi solventi è una delle caratteristiche che le differenzia.

che le “scleroproteine” sono del tutto insolubili? Le scleroproteine sono una classe di proteine insolubili in acqua, che si trovano in vari tessuti biologici. A differenza delle proteine solubili, le scleroproteine non si dissolvono facilmente in acqua o altri solventi polari. Sono caratterizzate dalla loro struttura fibrosa e resistente, fanno parte di questa classificazione due proteine molto conosciute:

1. La cheratina, insolubile in acqua ma può essere solubilizzata mediante l'utilizzo di agenti chimici o enzimi specifici
2. Il collagene, insolubile in acqua ma può essere solubilizzato attraverso processi d'estrazione o trattamenti enzimatici specifici.

C1. Presentare e commentare un esempio di gel proteico stabilizzato da legami a idrogeno

Un esempio di gel proteico stabilizzato nel legame idrogeno è il gel formato dalla proteina collagene. Il collagene è formato da legami non covalenti accanto ai cross-links che invece sono covalenti.

l'acqua compete con le funzioni amminiche del legame peptidico e con altre funzioni amminiche presenti, quindi in tutti i punti non covalenti la struttura elica del collagene si sfalda, creando una soluzione di collagene denaturato noto anche come brodo. Non si ha la rottura di tutti i legami covalenti, ma solo l'inserimento nel mezzo dell'acqua. In questo modo alcune regioni conservano le loro interazioni, mentre altre risultano fluttuanti. Per effetto del calore e per eccesso di acqua, i legami idrogeno intramolecolari vanno a rompersi. Abbassando la temperatura, l'acqua tornerà ad agire con l'acqua e quindi si ha la formazione di nuovi legami a idrogeno che però non presentano una maniera strutturata, ma una struttura abbastanza casuale che trattiene l'acqua in eccesso formando una gelatina. In generale, più il collagene presenta legami covalenti, più sarà stabile. La transizione di fase da liquido a gel.viceversa è una fase reversibile ed è legata alla mobilità dei legami adidrogeno. C2. Presentare un esempio di gel proteico stabilizzato da legami disolfuro Un esempio di gel proteico stabilizzato da legame disolfuro è l'uovo sodo, nel quale il 45% delle proteine presenti è rappresentato dalla ovoalbumina. Ciascuna molecola di ovalbumina contiene cinque cisteine di cui tre sono libere e due formano un legame disolfuro, questa particolare disposizione delle cisteine libere e di quelle che formano di solfuri facilita le reazioni di scambio di disolfuri intra- ed inter-proteina. Ogni molecola di ovoalbumina contiene ampie superfici idrofobiche che sono poste a protezione delle strutture beta-sheet della proteina, e le catene laterali di questi residui sono rivolte verso l'interno della struttura. Se si prende l'uovo e lo si mette in acqua fredda, successivamente alzando la temperatura si nota che: oltre i 65-70°C le proteinerispettivamente gruppi carbossilici e gruppi ammidici che possono formare legami idrogeno con le molecole d'acqua. Tuttavia, il Glutammato ha un gruppo carbossilico in più rispetto all'Asparagina, il che significa che ha un potenziale maggiore per formare legami idrogeno con l'acqua. Pertanto, una proteina che contiene 20 Glu e 80 Asn avrà una maggiore capacità di legare l'acqua rispetto a una proteina che contiene 20 Asn e 80 Glu.