3.4 REACCIONES QUIMICAS

La modificación química de la proteína es Importancia para una serie de razones. Proporciona Derivados adecuados para el análisis de secuencias, Identifica los grupos reactivos en forma catalítica Sitios activos de una enzima, permite la unión de Proteína a un portador (inmovilización de proteínas) y Proporciona cambios en las propiedades proteicas que son Importante en la elaboración de alimentos. En contraste con el Aminoácidos y, a excepción de los relativamente pequeños Número de grupos funcionales en el terminal Aminoácidos, sólo los grupos funcionales Las cadenas laterales de proteínas están disponibles para reacciones.

3.4.1  Residuo de lisina

Las reacciones que implican el residuo de lisina se pueden dividir En varios grupos, (a) reacciones que conducen a Un derivado cargado positivamente, (b) reacciones que eliminan La carga positiva, (c) derivatizaciones que introducen Una carga negativa, y (d) reacciones reversibles.

Estos últimos son de particular importancia.

3.4.1.1  Reacciones que retengan

La carga positiva La alquilación del grupo amino libre de lisina con Aldehídos y cetonas es posible, con una Reducción:

Un derivado de dimetilo [Prot - N (CH _ {3}) _ {2}] puede Se obtiene con formaldehído (R = R ^ {1} = H) (Véase 1.2.4.2.2).

La guanidinación puede lograrse usando O-metilisourea como reactivo. Los grupos \ alpha – amino Reaccionan a una velocidad mucho más lenta que ε-amino grupos:

Esta reacción se utiliza analíticamente para evaluar La cantidad de \ varepsilon – amino Y para medir la digestibilidad de las proteínas.

También es posible la derivatización con ésteres imidos.

El reactivo es fácilmente accesible a partir del correspondiente nitrilos:

Las proteínas pueden ser reticuladas con el uso de un bifuncional Imido éster (véase 1.4.4.10). El tratamiento del residuo de aminoácido con Carbohidratos de aminoácidos produce una policondensación Producto de reacción:

El valor n depende de las condiciones de reacción.

Los carbohidratos son fácilmente accesiblesMediante la interacción del aminoácido con

3.4.1.2 Reacciones que resultan en una pérdida

De Carga Positiva El anhídrido acético reacciona con lisina, cisteína, Histidina, serina, treonina y tirosina.

El tratamiento subsiguiente de la proteína con hidroxilamina (1M, 2 h, pH 9, 0 ◦C) deja sólo el Grupos amino acetilados intactos:

Carbamoilación con ataques de cianato α- y Grupos ε-amino así como cisteína y tirosina Residuos. Sin embargo, su derivatización es Reversible en condiciones alcalinas:

La arilación con 1 - fluoro - 2,4 – dinitrobenceno (Reactivo de Sanger, FDNB) y trinitrobenceno Sulfónico se describe en la Sección 1.2.4.2.2.

El FDNB también reacciona con cisteína, histidina y Tirosina.

Ácido 4 - fluoro - 3 - nitrobenceno sulfónico, un reactivo Que tiene buena solubilidad en agua, también es de interés Para derivatización de proteínas:

La desaminación puede realizarse con nitrógeno ácido:

Esta reacción implica grupos α- y ε-amino Así como triptófano, tirosina, cisteína y Metionina.

3.4.1.3 Reacciones resultantes

En una carga negativa Acilación con anhídridos de ácidos dicarboxílicos, p. gramo.

Anhıdrido de ácido succınico, introduce un Grupo en la proteína:

La introducción de un grupo de ácido fluorescente es posible Por interacción de la proteína con piridoxal Fosfato seguido por la reducción del Base de Schiff:

3.4.1.4 Reacciones reversibles

Los derivados N-maleílicos de proteínas se obtienen al PH alcalino por reacción con anhıdrido de ácido maleico.

El producto acilado se escinde a pH <5, Regenerar la proteína:

La semivida (τ) de ε-N-maleil lisina es de 11 h A pH 3,5 y 37 ◦C. Una escisión más rápida es Observada con el derivado 2 - metil – maleílico (Τ <3 min a pH 3,5 y 20 ◦ C) y El derivado 2,2,3,3-tetrafluoro-succinilo (\ cr Muy bajo a pH 9,5 y 0◦C). La cisteína se une Anhídrido maleico a través de una reacción de adición. El derivado S-succinilo es bastante estable.

Esta reacción secundaria es, sin embargo, La derivatización de proteínas se realiza con exo-cis- 3,6 - end - oxo - 1,2,3,6 – tetrahidroftálico Anhídrido Para lisina ε-N-acilada, τ = 4-5 h a pH 3 y 25 ◦C.

Los derivados de acetoacetilo se obtienen con diceteno:

Este es el tipo de reacción que también se produce con cisteína Y residuos de tirosina. El grupo acilo es fácilmente Se separaron de la tirosina a pH 9,5. Lanzamiento completo De la proteína de su forma derivatizada es posible Por tratamiento con fenilhidrazina o hidroxilamina A pH 7.

3.4.2 Residuo de arginina

El residuo de arginina de las proteínas reacciona con α- o Β-dicarbonilo para formar derivados cíclicos:

El derivado de nitropirimidina absorbe al 335 nm. El enlace arginilo de este derivado es No se escinde por tripsina sino que se escinde en su Tetrahidro, obtenido por reducción con NaBH _ {4} (véase la Reacción 1.113). En la reacción Con benzilo, un derivado de iminoimidazolidona Se obtiene después de un reestructuración ácida bencılica (Véase la Reacción 1.114).

La reacción del residuo de arginina con 1,2- Ciclohexanodiona es altamente selectiva y Procede bajo condiciones suaves. Regeneración Del residuo de arginina es de nuevo posible con Hidroxilamina (véase la Reacción 1.115).

3.4.3 Residuos de ácido glutámico y aspártico

Estos residuos de aminoácidos están normalmente esterificados Con HCl metanólico. Puede haber reacciones secundarias, Tales como metanólisis de derivados de amida O migración de N, O-acilo en serina o treonina residuos:

La diazoacetamida reacciona con un grupo carboxilo y También con el residuo de cisteína:

Los ésteres de aminoácidos u otros compuestos nucleófilos similares Pueden unirse a un grupo carboxilo Grupo de una proteína con la ayuda de una carbodiimida: La amidación también es posible activando la Carboxilo con una sal de isooxazolio (Woodward Reactivo) a un enolaster y su conversión Con una amina.

3.4.4 Residuo de cistina

(Véase también la sección 1.2.4.3.5) La escisión de cistina es posible por un nucleófilo ataque:

La reactividad nucleófila de los reactivos Disminuye en la serie: hidruro> arsenito y Fosfito> alcanotiol> aminoalcanotiol > Tiofenol y cianuro> sulfito> OH-> P-nitrofenol> tiosulfato> tiocianato. La escisión con borohidruro sódico y con Tioles en la sección 1.2.4.3.5. Completar Clivaje con sulfito requiere que la oxidación Agentes (por ejemplo, Cu2 +) y que el pH sea Mayor que 7:

El derivado S-sulfo resultante es bastante estable en Neutro y ácido y es bastante soluble en agua. El grupo S-sulfo puede eliminarse con Un exceso de reactivo tiol.

La escisión de residuos de cistina con cianuros (nitrilos) Es de interés ya que el tiocianato formado En la reacción se cicliza a una 2-iminotiazolidina Derivado con escisión del enlace N - acilo:

Esta reacción puede utilizarse para Clivaje de las cadenas peptídicas. Inicialmente, todo el disulfuro Los puentes se reducen con ditiotreitol, y Luego se convierten en disulfuros mixtos a través de Reacción con 5,5 \ alpha - ditio - bis- (2 - nitro – benzoico ácido). Estos disulfuros mixtos son entonces escindidos por Cianuro a pH 7.

La escisión electrofílica se produce con Ag + y Hg + O Hg ^ {2+} como sigue:

La escisión electrofílica con H + sólo es posible en Ácidos fuertes (por ejemplo, 10 mol / l de HCl). El sulfenio Catión que se forma puede catalizar un disulfuro Reacción de intercambio:

En soluciones neutras y alcalinas, un intercambio de disulfuro La reacción es catalizada por el anión tiolato

3.4.5 Residuo de cisteína

(Véase también la sección 1.2.4.3.5)

Una serie de agentes alquilantes producen derivados Que son estables bajo las condiciones para ácidos Hidrólisis de proteínas. La reacción con etileno Imina dando un derivado S-aminoetilo y, Por lo tanto, una posición de unión adicional en la proteína Para la hidrólisis por tripsina, se mencionó en Sección 1.4.1.3. El ácido yodoacético, dependiendo del PH, puede reaccionar con cisteína, metionina, lisina Y residuos de histidina:

La introducción de grupos metilo es posible Con yoduro de metilo o metil-isourea, y el Introducción De grupos metiltio con metiltiosulfonilmetano:

Anhídrido de ácido maleico y metil-p-nitrobenceno Sulfonato son también agentes alquilantes:

Una serie de reactivos permiten medir El contenido de grupos tiol espectrofotométricamente.

El coeficiente de absorción molar, ε, para el Derivado de bromuro de azobenceno - 2 - sulfenilo, Ε353, es de 16.700 M-1 cm-1 a pH 1:

El ácido 5,5 \ alpha - ditiobis- (2 - nitrobenzoico) tiene un ligero Ε412 inferior de 13.600 a pH 8 para su producto, un anión de tionitrobenzoato:

El derivado de p-hidroxivercuribenzoato tiene Un ε250 de 7500 a pH 7, mientras que el derivado De imida N - etilmaleica tiene un \ leq 300 de 620 \ mu l a PH 7:

Especialmente adecuado para el aislamiento específico de Péptidos que contienen cisteína de gran sensibilidad Es imida de ácido N – dimetilaminoazobencenemaleico (DABMA).

3.4.6 Residuo de metionina

Los residuos de metionina se oxidan a sulfóxidos Con peróxido de hidrógeno. El sulfóxido

Puede ser reducido, regenerando metionina, Utilizando un exceso de reactivo de tiol (Véase 1.2.4.3.6). Los ácidos α-halógeno-carboxılicos, Β-propiolactona y alquil halogenuros se convierten Metionina en derivados de sulfonio, A partir de los cuales se puede regenerar metionina en Un medio alcalino con un exceso de tiol reactivo:

La reacción con bromuro de cianógeno (BrCN), que Divide el enlace peptídico en el lado carboxilo De la molécula de metionina, se delineó en Sección 1.4.1.3.

3.4.7 Residuo de histidina

Modificación selectiva de los residuos de histidina Presentes en sitios activos de serina proteinasas es posible. Los análogos del sustrato tales como Las cetonas metiladas halogenadas inactivan tales Enzimas (por ejemplo, 1-cloro-3-tosilamido- 7-aminoheptan-2-ona inactiva tripsina y 1- Cloro - 3 - tosilamido - 4 - fenilbutan - 2 – ona Quimotripsina) por N-alquilación del Residuo histidina:

3.4.8 Residuo de triptófano

La N-bromosuccinimida oxida el triptófano Cadena lateral y también tirosina, histidina y cisteína:

La reacción se utiliza para la escisión selectiva de Cadenas peptídicas y la determinación espectrofotométrica De triptófano.

3.4.9 Residuo de tirosina

La acilación selectiva de la tirosina puede Acetilimidazol como reactivo:

El ácido arsanílico diazotizado reacciona con la tirosina y Con histidina, lisina, triptófano y arginina:

El tetranitrometano introduce un grupo nitro en La posición orto:

3.4.10 Reactivos bifuncionales

Los reactivos bifuncionales permiten la interacción intra e intermolecular Reticulación de proteínas. Ejemplos son Imidoéster bifuncional, fluoronitrobenceno, isocianato Derivados e imidas de ácido maleico:


3.4.11 Reacciones involucradas en los alimentos.

Tratamiento La naturaleza y extensión de los cambios químicos inducidos En las proteínas por el procesamiento de alimentos dependen de Una serie de parámetros, por ejemplo, composición Alimentos y las condiciones de elaboración, Como la temperatura, el pH o la presencia de oxígeno. Como Una consecuencia de estas reacciones, la biológica El valor de las proteínas puede disminuir:

• Destrucción de aminoácidos esenciales

• Conversión de aminoácidos esenciales en Derivados que no son metabolizables

• Disminución de la digestibilidad de las proteínas como resultado De entrecruzamiento intra o inter-cadena.

La formación de productos de degradación tóxica posible. La evaluación nutricional / fisiológica y toxicológica Evaluación de los cambios inducidos por el procesamiento De alimentos es un tema de controversia Y opiniones opuestas.

La reacción de Maillard del grupo ε-amino de La lisina prevalece en presencia de azúcares reductores, Por ejemplo, lactosa o glucosa, que producen Ε-N-desoxilactulosil-1-lisina unida a proteína o Ε-N-desoxi-fructosil-1-lisina, respectivamente. Lisina No está biológicamente disponible en estas formas.

La hidrólisis ácida de dicha reacción primaria Producen lisina, así como la degradación Productos furosina y piridosina en una (Véase 4.2.4.4):

Un azúcar no reductor (por ejemplo sacarosa) también puede Causar una pérdida de lisina cuando las condiciones para el azúcar Hidrólisis son favorables.

Las pérdidas de lisina, cistina, serina, treonina, Arginina y algunos otros aminoácidos A valores de pH más altos. Hidrolizados de álcalis Las proteínas a menudo contienen Compuestos, tales como ornitina, β-aminoalanina, Lisinoalanina, ornitinoalanina, lantionina, Metillantotionina y D-aloiso-leucina, así como Como otros D-aminoácidos.

La formación de estos compuestos se basa en la Siguientes reacciones: 1,2-eliminación en el caso de Resultados de hidroxi aminoácidos y aminoácidos En ácido 2 - amino - acrílico (deshidroalanina) o ácido 2 - Ácido aminocrotónico (ácido deshidroaminobutírico):

En el caso de la cistina, la tiolcisteína eliminada Pueden formar un segundo residuo de deshidroalanina:

Alternativamente, la escisión del disulfuro de cistina Enlace puede ocurrir por ataque nucleofílico sobre azufre, Dando un resto de deshidroalanina a través de tiol y Intermedios de sulfinato:

Reticulación intra e inter-cadena de proteínas Puede ocurrir en las reacciones de deshidroalanina que Adiciones de aminas y tioles. El amoníaco puede También reaccionan a través de una reacción de adición La hidrólisis ácida de dicha proteína reticulada Produce los aminoácidos inusuales listados en Tabla 1.29. La ornitina se forma durante la escisión De arginina (Reacción 1.54).

La formación de D-aminoácidos se produce a través de Abstracción de un protón a través de un carbanión C2.

La reacción con L-isoleucina es particularmente interesante. L-isoleucina se isomeriza a D - aloisoleucina que, a diferencia de otros D – amino Ácidos, es un diastereoisómero y por lo tanto tiene una retención Tiempo diferente de la L-isoleucina, haciendo Posible directamente de un aminoácido Cromatograma ácido:

Calentamiento de proteínas en estado seco a pH neutro Da lugar a la formación de enlaces isopeptídicos Entre los grupos \ varepsilon - amino de los residuos de lisina Y los grupos β- o γ-carboxamida de la asparagina Y residuos de glutamina:

Estos enlaces isopéptidos se escinden durante Hidrólisis de proteínas y, por lo tanto, no Contribuyen a la aparición de aminoácidos Ácidos. Un tratamiento térmico más intensivo de proteínas En presencia de agua conduce a una mayor degradación.

Los cambios oxidativos en las proteínas Metionina, que forma relativamente fácilmente metionina sulfóxido:

Se observó la formación de sulfóxido de metionina En relación con la peroxidación lipídica, el fenol Oxidación y exposición a la luz en presencia De oxígeno y sensibilizadores tales como riboflavina.

Después de la reducción in vivo a la metionina, El sulfóxido de metionina es aparentemente biológicamente disponible.

La figura 1.37 muestra el efecto del tratamiento alcalino De un aislado de proteínas de semillas de girasol. Serina Treonina, arginina e isoleucina Se reducen marcadamente con concentraciones crecientes De NaOH. Nuevos aminoácidos (ornitina Y aloisoleucina). Inicialmente, lisina Concentración disminuye, pero aumenta a Concentraciones de álcali. Lysinoalanine se comporta en La manera opuesta. El grado de formación de D-aminoácidos como resultado del tratamiento alcalino de Proteínas se muestra en la Tabla 1.30.

Los datos presentados en las Figs. 1.38 y 1.39 claramente Muestran que la formación de lisinoalanina es Influenciado no sólo por el pH sino también por la proteína fuente. Se produce una reacción extensa en caseína Incluso a pH 5,0 debido a la presencia de fósforo Residuos de serina, mientras que las reacciones Ocurren en gluten de trigo o en zeína de Maíz sólo en el rango de pH de 8-11. Figura 1.40 Ilustra la dependencia de la reacción Concentración de proteínas.

La tabla 1.31 enumera el contenido de lysinoalanine en Productos alimenticios procesados ​​industrialmente o preparados Bajo las "condiciones habituales del hogar".

El contenido está obviamente afectado por la comida Tipo y por las condiciones de procesamiento.

En la radiación de los alimentos, la o-hidroxifenilalanina Llamada o-tirosina se forma a través de la re Acción de fenilalanina con radicales OH. En Hidrolizados, el compuesto se puede detectar con La ayuda de HPLC (detección de fluorescencia o Detección electroquímica). Está en discusión Como indicador de la radiación alimentaria. La cantidad Depende de la dosis irradiada y de la la temperatura. En muestras de pollo y cerdo, Pescado y camarones, <0,1 mg / kg (no irradiados Control), 0,5 - 0,8 mg / kg (5 kGy, -18ºC) y 0,8-1,2 mg / kg (5 kGy, 20 ◦C).