Bioquímica de Alimentos
Proteases
PROF. DRA. ADRIANA DANTAS
CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE ALIMENTOS
CAXIAS DO SUL, RS
Introdução Proteinases
 Principal função é a hidrólise de proteínas;
 Envolvidas no processo de digestão, ativação de en...
 As enzimas são proteínas, cadeias de
aminoácidos.
 Enzimas que catalisam a quebra das
ligações peptídicas em proteínas ...
Hidrólise das proteína
 Favorece a digestão e absorção pelo organismo
 Formação de compostos responsáveis pelo aroma e t...
Especificidade das Proteases
Diferentes proteases
resultam em
diferentes produtos
de hidrolises
Enzimas proteases produzidas em escala comercial
 75% são hidrolases;
Destas, 60% são proteases
25% proteases alcalinas...
Modo de ação
 As proteases são classificadas pelo modo de ação pelo
seu sítio catalítico:
 Exopeptidases
 atuam nas ext...
Exopeptidases
 1. Aminopeptidases
 Proteases que agem na
extremidade N-terminal
da cadeia polietitidaica
 Liberam amino...
Exopeptidases
 2. Carboxipeptidases
 Proteases que agem na extremidade C-terminal da cadeia
polipeptidica
 Liberam amin...
Carboxipeptidase
 A carboxipeptidase é uma enzima digestiva.
 A hidrólise completa de uma proteína leva à separação dos
...
Serina-proteases (EC 3.4.21)
 Presença do aminoácido serina no sitio ativo
 Inibidas irreversivelmente:
 3,4-dicloroisc...
Serina-proteases
 Ativas em pH neutro e alcalino. Principais exemplos: tripsina,
quimiotripsina e subtilisina.
Classe Exe...
Cisteína-proteases ou proteases sulfidrilicas
(EC 3.4.22)
 Apresentam em seu sitio ativo cisteina conjugada com histidine...
Proteases aspárticas ou acidas
(EC 3.4.23)
 Contém ácido aspartico em seu sitio ativo;
 Inibidas por 1,2-epoxy-3-p-nitro...
 O mecanismo geral de base-ácido para a hidrólise do polipeptidio catalisado por proteases aspárticas
(Figura),
 Requer ...
Metalo-Proteases
 Dependem de íons metálicos divalentes para sua atividade;
 Inibidas por agentes quelantes, como ácido ...
Proteases Vegetais
 Mais empregadas na indústria de
alimentos
 Consideradas seguras para consumo
humano
 Papaina, brome...
Papaina (EC. 3.4.22.2)
 É uma cisteína-protease extraída do látex dos frutos do mamoeiro
(Carica papaya)
 Comercializada...
Bromelina (EC. 3.4.22.4)
 É uma cisteina-protease extraída do pendúnculo
do fruto do abacaxizeiro (Ananas comusus)
 Ativ...
Ficina
 Extraída do látex de diversas espécies
do gênero Ficus
 Apresenta maior atividade: pH 6,0 a 8,0
 Temperatura es...
Proteases microbianas
 São excelentes fontes de enzimas
em razão da grande diversidade e
produção em escala
 Representam...
Origem bacterianas
 Gênero Bacillus e Geobacillus
 Proteases neutras:
 Ativas pH 5,0 a 8,0
 Baixa estabilidade térmica...
Origem fúngica
 Aspergillus oryzae produz três proteases extracelulares
 Extrato é obtido por fermentação
 Atividade pr...
Clarificação de cerveja
 Após fermentação alcóolica a cerveja passa por um período de
maturação (cerca de C)
 A duraçã...
Turvação da cerveja
 Interação de compostos fenólicos e polipeptídios provenientes do malte e de
cerais não-maltados, que...
Uso de proteases na cerveja
 Seu uso é permitido em alimentos
 Apresenta alta estabilidade térmica
permanecendo ativa ap...
Formação de espuma na cerveja
 A presença de proteínas é vital a
formação de espuma em cervejas com
alta massa molécula.
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Panificação
 As farinhas de trigo para uso industrial são classificadas de acordo com seu conteúdo
de proteínas
 Variam ...
Essas proteínas são a farinha a propriedade de formar uma
massa visco elástica com capacidade de reter o ar.
GLÚTEN
 A rede de glúten é formada por ligações do tipo de
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mais difíci...
Modificação do GLUTEN
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adição de metabissulfito de sódio que torna a far...
Uso das proteases na panificação
 As proteases modificam a rede proteica pela quebra das ligações
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Uso de proteases na panificação
 Na etapa de maceração mecânica a finalidade é o rompimento das
cadeias polipeptídicas do...
A aplicação das proteases é feita durante a fase de
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 A hidrólise enzimática permite a liberação de grupos –NH2 e –COOH
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Valor proteico das farinhas
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Bioquimica de alimentos proteases

  1. 1. Bioquímica de Alimentos Proteases PROF. DRA. ADRIANA DANTAS CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE ALIMENTOS CAXIAS DO SUL, RS
  2. 2. Introdução Proteinases  Principal função é a hidrólise de proteínas;  Envolvidas no processo de digestão, ativação de enzimas e no transporte de proteínas pelas membranas;  A posição da ligação da cadeia polipetidica e o tamanho da cadeia influenciam na sua atividade;  Apresentam grau de especificidade em relação aos aminoácidos envolvidos na ligação e na sua posição na molécula.
  3. 3.  As enzimas são proteínas, cadeias de aminoácidos.  Enzimas que catalisam a quebra das ligações peptídicas em proteínas através da utilização de água são chamadas hidrolases.
  4. 4. Hidrólise das proteína  Favorece a digestão e absorção pelo organismo  Formação de compostos responsáveis pelo aroma e textura especificos;  Proteases (EC 3.4) são enzimas que pertencem ao grupo das hidrolases  Catalisam a reação de hidrólise das ligações peptídicas das proteínas  Atividades também nas ligações éster e amida.
  5. 5. Especificidade das Proteases Diferentes proteases resultam em diferentes produtos de hidrolises
  6. 6. Enzimas proteases produzidas em escala comercial  75% são hidrolases; Destas, 60% são proteases 25% proteases alcalinas 10% quimiosina 3% tripsina 21% outras;
  7. 7. Modo de ação  As proteases são classificadas pelo modo de ação pelo seu sítio catalítico:  Exopeptidases  atuam nas extremidade da cadeia polipeptidica  Endopeptidases  agem nas ligações no interior da cadeia proteica
  8. 8. Exopeptidases  1. Aminopeptidases  Proteases que agem na extremidade N-terminal da cadeia polietitidaica  Liberam aminoacidos livres, dipeptidios ou tripepetidios  Geralmente são metalo- proteases
  9. 9. Exopeptidases  2. Carboxipeptidases  Proteases que agem na extremidade C-terminal da cadeia polipeptidica  Liberam aminoacidos livres ou dipeptidios;  São as serina-proteases, metalo-proteases ou cisteina-proteases  Classificadas pela natureza quimica de seu sitio ativo.
  10. 10. Carboxipeptidase  A carboxipeptidase é uma enzima digestiva.  A hidrólise completa de uma proteína leva à separação dos resíduos dos aminoácidos componentes dessa proteína.
  11. 11. Serina-proteases (EC 3.4.21)  Presença do aminoácido serina no sitio ativo  Inibidas irreversivelmente:  3,4-dicloroiscocumarina (3,4-DCI) Disopropilfluorofosfato (DFP) Fluoreto de fenilmetilsulfonila (PMSF)
  12. 12. Serina-proteases  Ativas em pH neutro e alcalino. Principais exemplos: tripsina, quimiotripsina e subtilisina. Classe Exemplo Aminoácidos do Sítio Ativo Serina-Protease Quimitripsina Substilisina His57, Asp102, Ser195 His32, His64 Ser221 Histidina, Ácido aspártico, Serina.
  13. 13. Cisteína-proteases ou proteases sulfidrilicas (EC 3.4.22)  Apresentam em seu sitio ativo cisteina conjugada com histidine  Mais ativas em meios de pH neutron do que ácido  Ativadas na presença de agentes oxidantes e substância  reagem com grupo sulfidril, p-cloromercuriobenzoato (PCMB)  Bromelina, ficina e papaina são as principais cisteina-proteases Classe Exemplo Aminoácidos do Sítio Ativo Cisteína-Protease Papaína Cys25, His159,Asp158 Císteina, Histidina, Ácido aspártico
  14. 14. Proteases aspárticas ou acidas (EC 3.4.23)  Contém ácido aspartico em seu sitio ativo;  Inibidas por 1,2-epoxy-3-p-nitrofenoxipropano (EPNP) na presencça de íons cobre;  Maior atividade em valores de pH ácido e maior afinidade por ligações que envolvem aminoacidos apolares e aromáticos  Pepsina e a renina  Proteases microbianas fungicas  gêneros Aspergillus, Penicillium, Rhizopus, Neurospora, Endothia e Rhizomucor Classe Exemplo Aminoácidos do Sítio Ativo Protease aspártica Pepsina de Peniciluim sp. Asp33 , Asp213
  15. 15.  O mecanismo geral de base-ácido para a hidrólise do polipeptidio catalisado por proteases aspárticas (Figura),  Requer um resíduo Asp, a fim de ser protonado, enquanto o segundo não é ionizado;  Os dois aspartatos compartilhar um protões a um pH fisiológico;  A ligação amida sofre ataque por uma molécula de água que é ativado pelo resíduo de ácido aspártico catalítico desprotonado.
  16. 16. Metalo-Proteases  Dependem de íons metálicos divalentes para sua atividade;  Inibidas por agentes quelantes, como ácido etilinodiaminotetracético (EDTA) Classe Exemplo Aminoácidos do Sítio Ativo Metalo-protease Carboxipeptidase Zn , Glu270, Try248 Neutras: colagenases de Costridium bystoliticum elastases de Pseudomonas aeruginosa Termolisina - protease neutra comercial de alta termoresistência Alcalinas: gêneros Serratia e Myxobacter, com atividade pH 7,0 a 9,0
  17. 17. Proteases Vegetais  Mais empregadas na indústria de alimentos  Consideradas seguras para consumo humano  Papaina, bromelina e ficina
  18. 18. Papaina (EC. 3.4.22.2)  É uma cisteína-protease extraída do látex dos frutos do mamoeiro (Carica papaya)  Comercializada a forma de extrato bruto que contem:  Papainas (QP-A)  Quimopapaina (QP-B)  Apresenta atividade proteolítica em valores de pH 5,0 a 9,0  Enzima permanece estável até 90º C  Apresenta atividade sobre ligação éster e amida e boa atuação na síntese de peptídeos
  19. 19. Bromelina (EC. 3.4.22.4)  É uma cisteina-protease extraída do pendúnculo do fruto do abacaxizeiro (Ananas comusus)  Atividade ótima pH 6,0 a 8,0  Perda atividade > 70º C
  20. 20. Ficina  Extraída do látex de diversas espécies do gênero Ficus  Apresenta maior atividade: pH 6,0 a 8,0  Temperatura estável até 60º C  Baixa especificidade de substrato e hidrolisa ligações que envolve diversos aminoácidos
  21. 21. Proteases microbianas  São excelentes fontes de enzimas em razão da grande diversidade e produção em escala  Representam 40% do total utilizado no mercado de enzimas
  22. 22. Origem bacterianas  Gênero Bacillus e Geobacillus  Proteases neutras:  Ativas pH 5,0 a 8,0  Baixa estabilidade térmica  Preferência ligações hidrofóbicas  Proteases alcalinas:  pH 8,0 a 11,0 – temperatura 50 a 60º C  Baixa especificidade de substrato mais utilizadas na indústria de detergentes
  23. 23. Origem fúngica  Aspergillus oryzae produz três proteases extracelulares  Extrato é obtido por fermentação  Atividade proteolítica pH 4,0 a 11,0  Temperatura ótima 40º C  Inativas a 50º C
  24. 24. Clarificação de cerveja  Após fermentação alcóolica a cerveja passa por um período de maturação (cerca de C)  A duração da maturação depende do tipo de cerveja  Varia de poucos dias a varias semanas  Finalidade é a destruição de diacetil (substância de sabor desagradável que se acumula durante a fermentação)  O diacetil é transformado em acetoína pela adição de enzimas como acetolactato-descaboxilases e diacetil-redutases
  25. 25. Turvação da cerveja  Interação de compostos fenólicos e polipeptídios provenientes do malte e de cerais não-maltados, que insolubilizam em temperatura baixa;  A simples filtração não garante nova precipitação portanto é necessário tratamento com proteases;  As proteases hidrolisam os peptídeos e impedem que eles se insolubilizem, evitando a turvação;  Em geral é usado papaínas pois tem baixa especificidade e hidrolisam peptídeos de diferentes fontes e tem baixo preço no mercado;
  26. 26. Uso de proteases na cerveja  Seu uso é permitido em alimentos  Apresenta alta estabilidade térmica permanecendo ativa após a operação e pausterização e ao longo de vida ativa ao longo da vida de prateleira  Chamado, no qual o uso de papaína vem sendo substituído pela aplicação de proteases microbianas
  27. 27. Formação de espuma na cerveja  A presença de proteínas é vital a formação de espuma em cervejas com alta massa molécula.  A adição de papaina não afeta a formação de espuma, pois as substâncias envolvidas nesse processo são moléculas complexas formada por resíduos de polipeptideos e polifenóis e carboidratos, além de fosfato, não constituindo substrato para a papaina.
  28. 28. Panificação  As farinhas de trigo para uso industrial são classificadas de acordo com seu conteúdo de proteínas  Variam de 5 a 20%  Essa variação deve-se a fatores genéticos. Ambientais e de manejo do trigo  Fração proteica do trigo: chamada glúten  A força do glúten é uma função da concentração dessas proteínas e da sua composição  Formada por dois constituintes básicos:  Glutelina – proteína fibrilar se dispõem em forma de rede  Gliadina – proteína globular que interage com a glutelina
  29. 29. Essas proteínas são a farinha a propriedade de formar uma massa visco elástica com capacidade de reter o ar.
  30. 30. GLÚTEN  A rede de glúten é formada por ligações do tipo de dissulfeto e quanto maior o numero dessas ligações mais difícil será trabalhar a massa;  A quantidade de proteína na farinha e a proporção de seus constituintes determinam as características de extensibilidade e de elasticidade da massa e do produto final;  Uma massa de pão que contem pouco glúten gerará um produto pouco macio incapaz de se expandir pela ação do gás produzido pelo fermento químico. Com glúten Sem glúten
  31. 31. Modificação do GLUTEN  As propriedade do glúten e redução da força pela adição de metabissulfito de sódio que torna a farinha mais adequada a finalidade desejada (produção de bolos, biscoitos, etc)  A utilização deste produto é regulamentada por legislação especifica para cada pais  Uma alternativa é utilizar proteases
  32. 32. Uso das proteases na panificação  As proteases modificam a rede proteica pela quebra das ligações peptídicas  A extensão da quebra depende do tipo de protease utilizada, sua concentração e do tempo de reação  Fornece produto mais macio  Menor densidade  Aparência agradável  Eliminina o sabor (after taste) provocado pelo metabissulfito
  33. 33. Uso de proteases na panificação  Na etapa de maceração mecânica a finalidade é o rompimento das cadeias polipeptídicas do glúten para que essa rede formada por essas proteases não impeçam o crescimento da massa;  As protease hidrolisa os constituintes do glúten reduz o tempo de trabalho mecânico em até 30%  As proteases utilizadas Aspergillus oryzae e A. ninger  Consideradas seguras para o consumo;  Apresentam baixa especificidade  São menos ativas que as protease vegetais o que garante a integridade do glúten
  34. 34. A aplicação das proteases é feita durante a fase de fermentação para que haja tempo para sua ação, uma vez que são inativas na temperatura do forno.
  35. 35. Cheiro e sabor de pão  A hidrólise enzimática permite a liberação de grupos –NH2 e –COOH  pelo rompimento da ligação peptídica entre eles;  Esses grupos reagem com o açúcar usando da formulação ou o produzido pelo por -amilase  responsável é o desenvolvimento do sabor e da cor característico do pão (reação de Maillard)  Utilizado a papaína ou bromelina, sendo a ultima mais efetiva, e proteases neutra de Bacillus subtilis
  36. 36. Valor proteico das farinhas  Uso de proteases em farinhas com alto teor proteico, dará origem a produtos com valor nutricional  Em biscoitos do tipo cracker o uso de proteases de A. oryzae permite a abertura homogênea da massa e evita deformação do pão no formo  Produção de bolos e waffers, que exigem farinhas com baixo conteúdo de proteínas o uso de proteases vegetais pode substituir a aplicação de metabissulfito de sódio

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