PROTEINAS VEGETALES DE INTERES GENERAL Y/O ALIMENTARIO

AMINOÁCIDOS

Las proteínas se pueden clasificar en : Holoproteinas formadas sólo por aminoácidos Heteroproteinas formadas por aminoácidos más otras moléculas o elementos adicionales no aminoacídicos.

Las proteínas pueden clasificarse de acuerdo a:

 Sus propiedades físicas y/o químicas: separa a las proteínas en grupos basados en su tamaño, estructura, solubilidad o grado de basicidad (tipo y número de aminoácidos básicos: lisina, arginina e histidina)

El tipo de moléculas que pueden unirse a las proteínas: separa a las proteínas en clases como lipoproteínas (grupo prostético lipídico), nucleoproteínas (grupo prostético nucleoproteico), cromoproteínas (grupo prostético pigmento) , metaloproteínas (grupo prostético metálico) y glicoproteínas (grupo prostético carbohidrato)

La función de la proteína en la célula: las proteínas pueden ser agrupadas en tres clases generales basadas en su función: proteínas estructurales (proteínas de membranas, paredes celulares o citoesqueletos proteínas de almacenamiento y  enzimas.

Las proteínas de semilla son proteínas de almacenamiento.

Pueden dividirse en cuatro clases en relación a la solubilidad: •Albuminas: solubles en agua y buffer diluído a pH neutro. •Globulinas: solubles en soluciones salinas pero insolubles en agua. •Glutelinas: solubles en ácidos y álcalis diluídos. •Prolaminas: solubles en etanol al 70-90%. En semillas de cereales predominan las gutelinas y prolaminas: mientras que en las fabáceas predominan las albúminas y globulinas.

La calidad de los alimentos de proteínas de origen animal es superior al de origen vegetal, debido a que contienen todos los aminoácidos esenciales en diversas proporciones. La inferior calidad de la proteína vegetal se debe a una escasez de uno o más aminoácidos esenciales. Este aminoácido, se le llama el aminoácido limitante.

En: los cereales, por lo general, les falta la lisina y el triptófano. dicha carencia puede dar lugar a una deficiencia de vitamina B3 (niacina). Las legumbres, muy ricas en proteínas de diferentes calidades , son deficientes en aminoácidos sulfurados como son la metionina y la cisteína que son importantes para el crecimiento de cabello y las uñas y para la síntesis de glutatión, que es un potente antioxidante que protege las células de nuestro estrés oxidativo (radicales libres).

Los principales compuestos almacenados en las semillas son proteínas, lípidos e hidratos de carbono. Estas reservas son movilizadas durante la germinación y sus catabolitos son utilizados para el crecimiento de la misma hasta que se forma una planta autotrófica capaz de fotosintetizar

Semilla de Maíz

Semilla de Poroto

Aproximadamente el 70 % del alimento humano proviene de las semillas y una gran proporción del remanente proviene de los animales que también son alimentados con semillas

Se ha determinado que existen numerosos factores que afectan el contenido de proteínas en semillas: Variación genética Adquisición de nutrientes Vigor de la planta Maduración Edad de la semilla Tamaño de la semilla Síntesis y acumulación de almidón Factores ambientales Localización geográfica

PROBLEMA Proteínas incompletas de fabáceas

CAUSAS Cantidades limitantes de Metionina y Cisteína

Proteínas incompletas de Cantidades limitantes de cereales Lisina Aprovechamiento Por ej: un aumento en la incompleto de concentración de taninos ( aminoácidos complejan las proteínas y disminuye el aprovechamiento Flatulencia Oligosacáridos rafinosa y estaquinosa, fibras y almidón no digerible Sabores indeseables Lipooxigenasas

La producción mundial de granos de fabáceas es relativamente pequeña comparada a la de los cereales. Sin embargo el contenido proteico de los cereales varía entre 7 y 14 %, mientras en fabáceas oscila entre 20 y 40 %.

Especie

Albúminas Globulinas Prolaminas Glutelinas (%) (%) (%) (%)

Trigo

9

5

40

46

Maíz

4

2

55

39

Arroz

5

10

5

80

Avena

11

56

9

23

Arveja

40

60

0

0

Soja

30

70

0

0

Proteínas del gluten Gluteninas

Gliadinas

Poliméricas

Monoméricas

LMW α Gliadinas

ϒ Gliadinas

α β Gliadinas

HMW

Albúminas: Son proteínas globulares compactas con residuos de cisteína. Se encuentran principalmente en fabáceas. También están en cereales donde tienen propiedad de inhibidor de tripsina o α amilasa.

Prolaminas: Son mezclas altamente polimórficas de polipéptidos de 30 – 90 KDa. Las prolaminas se clasifican en:

•Ricas en azufre •Pobres en azufre •HMW (de alta masa molecular)

Globulinas: Son subcategorizadas de acuerdo a su coeficiente de sedimentación: -Vicilinas 7 S: tienen entre 150 y 200 Kda, pierden residuos de cisteína y no forman puentes disulfuro. Se encuentran en el embrión y en la capa de aleurona de cereales, son menos abundantes que las leguminas 11 S. - Leguminas 11 S: tienen entre 350 y 400 Kda; tienen subunidades de 60 Kda las que a su vez tienen subunidades de de 40 y 20 KDa. Forman puentes disulfuro.

LOCALIZACIÓN CELULAR semillas de fabáceas: no se observan inclusiones cristaloides pero si numerosos cuerpos globoides pequeños en la matriz proteica.

cuerpo proteico granos de cereal: la matriz proteica generalmente está libre de inclusiones tanto globoides como cristaloides.

SÍNTESIS DE PROTEÍNAS DE ALMACENAMIENTO FORMACIÓN DE CUERPOS PROTEICOS EN SEMILLAS DE FABACEAS retículo endoplasmático rugoso

retículo endoplasmático liso aparato de Golgi

vesículas

vacuola

cuerpo proteico

FORMACIÓN DE CUERPOS PROTEICOS EN GRANOS DE CEREAL

Dos tipos de tejidos de almacenamiento

Endosperma amiláceo .1

cuerpos proteicos esféricos y angulares de 1 a 3 µm de diámetro

.2 cuerpos proteicos esféricos y angulares de 0,1 a 1 µm de diámetro . 3 cuerpos proteicos cristalinos de 1 a 5 µm de diámetro

Capa de aleurona

prolaminas

no prolaminas

Mecanismos de formación de los cuerpos proteicos •Los cuerpos proteicos esféricos y angulares del parénquima amiláceo (prolaminas) se comprobó que estos cuerpos proteicos son directamente dilataciones del Retículo endoplasmatico rugoso.

•Los cuerpos proteicos cristalinos son los sitios de acumulación de proteínas no prolaminas y el proceso de acumulación es semejante al que sucede en las semillas de fabáceas

En la capa de aleurona los cuerpos proteicos son generalmente esféricos, de 2 a 5 µm de diámetro, contienen inclusiones globoides y ocasionalmente cristaloides. La formación de cuerpos proteicos es igual que en fabáceas.

MOVILIZACION DE LAS PROTEINAS DE RESERVA MOVILIZACION DE PROTEINAS EN CEREALES La hidrólisis y la síntesis de proteínas (enzimas) ocurren simultáneamente en la capa de aleurona Hidrólisis: resultado de la actividad de las proteinasas sintetizadas algunas veces en respuesta a una estimulación hormonal Síntesis: Los aminoácidos producidos pueden ser reciclados para producir más enzimas hidrolíticas, que son liberados al endosperma amiláceo.

MOVILIZACION DE PROTEINAS EN FABACEAS Los cotiledones de las semillas de leguminosas secas y maduras contienen pocas enzimas hidrolíticas pero sus niveles se incrementan notablemente después que la germinación se ha completado 1- Estado seco y durante la germinación. Los cuerpos proteicos están intactos y el retículo endoplasmático tubular con pocos ribosomas fijos. .

2- Cuando la germinación se ha completado el retículo endoplasmático tubular comienza a organizarse y se forman nuevas cisternas del retículo endoplasmático y los ribosomas se fijan. No cambian los cuerpos proteicos 3- Cuando las semillas están creciendo, las enzimas hidrolíticas son sintetizadas en los ribosomas fijos del retículo endoplasmático. Dilataciones de las cisternas que contienen las enzimas, son transportadas como vesículas a los cuerpos proteicos con los cuales se fusionan. Aquí comienza la hidrólisis de las proteínas

.

4- Cuando las proteínas son hidrolizadas los cuerpos proteicos se fusionan para formar grandes vacuolas y se insertan otras enzimas hidrolíticas

5- Se forman vacuolas autofágicas, englobando retículo endoplasmático y mitocondrias. Mas cuerpos proteicos se fusionan para formar una gran vacuola central que contiene enzimas hidrolíticas

Los productos de hidrólisis son redistribuídos para el crecimiento de la semilla.

MODIFICACIONES DE LAS PROTEINAS EN EL RETICULO ENDOPLASMATICO QUE PRECEDEN A SU DESTINO FINAL.

•Modificaciones de ciertos aminoácidos tales como prolina que se convierte en hidroxiprolina. •N- Glicosilacion •Formación de puentes disulfuros catalizados por glutatión y una proteína, la disulfuro isomerasa. •Plegamiento correcto de las proteínas •Ensamblaje de proteínas oligomericas

GLICOSILACION CO-TRANSLACIONAL DE LAS PROTEINAS

La Glicosilacion inicial de las proteínas es un evento llamado co translacional. Las cadenas de oligosacaridos presentes en las proteínas de almacenamiento pueden ubicarse en una de las dos categorías siguientes: •Oligosacaridos simples o de alta manosa, compuestos casi exclusivamente de Manosa y N – acetilglucosamina •Oligosacaridos complejos, ricos en manosa, Nacetilglucosamina y otros azucares adicionales tales como fucosa, xilosa y galactosa.

PROTEÍNAS EN LA ALIMENTACIÓN HUMANA La calidad de los alimentos de proteínas de origen animal es superior al de origen vegetal, debido a que contienen todos los aminoácidos esenciales en diversas proporciones. La inferior calidad de la proteína vegetal se debe a una escasez de uno o más aminoácidos esenciales. Este aminoácido, se le llama el aminoácido limitante.

A A

Factores antinutricionales: En el análisis de la calidad nutricional de los alimentos de origen vegetal deben considerarse tres aspectos importantes . 1.Composición de aminoácidos 2.Disponibilidad o digestibilidad de aminoácidos 3.Presencia de componentes químicos capaces de afectar un proceso nutritivo denominados Factores antinutricionales (FAN).

FAN: compuestos que afectan el valor nutricional de algunos alimentos, especialmente semillas, pues dificultan o inhiben la asimilación de nutrientes que provienen de alimentos generalmente de origen vegetal

son de naturaleza variada ; son sustancias naturales no fibrosas, generadas por el metabolismo secundario de las plantas como mecanismo de defensa a situaciones estresantes o contra el ataque de mohos, bacterias, insectos y aves  pueden ser tóxicos  pueden causar efectos fisiológicos poco deseables como flatulencia; distensión estomacal, afectaciones pancreáticas, aglutinación de glóbulos rojos, disminución en la asimilación de nutrientes

Lábiles al calor

Estables al calor

Inhibidores de tripsina

Saponinas

Lectinas (Hemoaglutininas) Fitoestrógenos Anti-vitaminas

Factores de flatulencia

Fitatos

Sustancias alergénicas

Lectinas:

También llamadas fitohemaglutininas por su capacidad aglutinante. Se ligan reversiblemente a complejos carbohidratos y a glicoproteínas presentes en la superficie de células animales, con los cuales muestran alta afinidad, mediante sus receptores específicos expuestos

las lectinas:  resisten el rompimiento enzimático digestivo Al ligarse a receptores de la superficie del tracto digestivo provocan un deterioro en la pared intestinal , afectando:  los procesos de absorción y transporte de nutrientes a través de ella a las células endocrinas y con ello a la producción hormonal intestinal;

causan hipertrofia e hiperplasia intestinales;  incrementan el metabolismo de poliaminos y la síntesis de proteína de la mucosa;

inhiben a las hidrolasas del borde de cepillo; inducen cambios en el sistema local inmune y  afectan la ecología bacteriana del intestino, incluido el intestino delgado, al incrementar la adhesión y el crecimiento selectivo de ciertas cepas

Inhibidores proteolíticos: Son compuestos de naturaleza proteica que inhiben la acción de las enzimas cuya acción digestiva se enfoca hacia las proteínas de la dieta. Los más conocidos son los que reaccionan con proteasas de serina, como la tripsina y la quimiotripsina

. Se identifican diez familias de inhibidores de proteasas en función de la secuencia de aminoácidos que las conforman. Las más ampliamente distribuidas, a saber, las familias: Bowman-Birk,  Kunitz y  de la papa-1.

Se les atribuye un efecto depresor del crecimiento Los inhibidores de proteasas se encuentran presentes en la mayoría de las leguminosas. Las de Glycine max han recibido gran atención por la utilización generalizada de este ingrediente, así como por su alto contenido. Este efecto se observa si la semilla o la harina son consumidas crudas.

PROTEÍNAS FUNCIONALES Y PÉPTIDOS BIOACTIVOS

Son proteínas y péptidos que, además de su valor nutricional por ser fuente de aminoácidos, son capaces de ejercer efectos biológicos específicos

Los péptidos bioactivos pueden atravesar el epitelio intestinal y llegar a tejidos periféricos vía circulación sistémica, pudiendo ejercer funciones específicas a nivel local, tracto gastrointestinal, y a nivel sistémico. Los péptidos bioactivos podrían alterar el metabolismo celular y actuar como antioxidantes, antimicrobianos, vasoreguladores, factores de crecimiento, inductores hormonales y neurotransmisores

Peptido/proteina

Semilla

Actividad biológica

Globulina 7S Soja cadena alfa Proteina de lupino almacenamiento

Reducción de los niveles de triglicérido y colesterol Reducción de los niveles de triglicérido y colesterol

Inhibidor de serin- Soja y pea proteasa

Anticander, antiinflamatorio, antiobesidad, antidegenerativo

Glicinina Inhibidor amilasa

Soja hipocolesterolemica de Varias leguminosas Hipoglucemiante, hipocolesterolemico, antiobesidad Conglutina gama Lupino lectinas

Secuencia aminoacidos

LPYPR

Varias leguminosas Anticancer

Péptido inhib idor Soja de ECA Gliadina Trigo Trigo Trigo orizatensina Arroz Glutelinas Arroz Globulinas Amaranto (seudocereal)

Hipotensor

NWGPLV

inmunomodulador Agonista opioide antioxidante inmunomodulador Inhibidor de la ECA antioxidante

IAP GYYPT GYPMYPLR RPLKPW

de