ESCUELA SUPERIOR

POLITÉCNICA DEL LITORAL

FACULTAD DE INGENERÍA

MECÁNICA Y CIENCIAS DE LA

PRODUCCIÓN

INGENIERÍA EN ALIMENTOS

INTEGRANTES:

Solange Del Rosario Morales.

Karla Franco Reyes.

Jhonathan Ramírez García.

Diego Guzmán Silva.

TEMA:

Disociación de aminoácidos y

proteínas.

PROFESORA

MSc. María Fernanda Morales

FECHA DE ENTREGA

07/11/2016

INDICE

Introducción ................................................................................................................................. 3

Estructura de aminoácidos y comportamiento anfótero. ...................................................... 4

Punto de isoeléctrico (pI) y Constante de Disociación: ........................................................ 6

Punto Isoeléctrico: .................................................................................................................. 6

Constante de disociación. ..................................................................................................... 9

Disociación de aminoácidos (curvas) dependiendo de sus cadenas radicales. ........... 14

Disociación de proteínas en alimentos ácidos, básicos y comportamiento neutro. ....... 18

Ejemplos de comportamiento proteico en leche cuando es acidificada o alimentos ..... 20

Conclusiones ............................................................................................................................. 22

Bibliografía .................................................................................... ¡Error! Marcador no definido.

Introducción

Las macromoléculas de mayor abundancia y que se encuentran presentes en las células

y que a su vez están presentes en todas las partes de las mismas, son las proteínas.

Además las proteínas presentan una amplia diversidad en lo que respecta a su función

biológica y son los productos finales más importantes de las rutas de información de

síntesis de aminoácidos.

Las proteínas son los instrumentos moleculares mediante los que se expresa la

información genética, los aminoácidos son estructuras que desempeñan roles

específicos para el adecuado metabolismo de nuestro organismo, los aminoácidos se

dividen en: no esenciales, que son aquellos que el organismo los produce por intermedio

de reacciones. Y los aminoácidos esenciales, aquellos que el organismo no los produce

por medio de reacciones y debe ser consumido para los diferentes fines del organismo.

Los aminoácidos son compuestos anfóteros, ya que pueden comportarse como ácidos

ó como bases, debido a que contienen al menos un grupo carboxilo (-COOH) y un grupo

amino (-NH2) en su estructura.

La presencia de grupos acido (-COOH) y básico (-NH2) otorga a los aminoácidos unas

propiedades ácido base características.

Podemos decir que el grupo amino de un aminoácido presenta un comportamiento

básico, ya que se puede protonar para dar -NH3+, o que un grupo carboxilo, -COOH,

presenta un comportamiento ácido, ya que se puede desprotonar para dar -COO–.

Si todos los aminoácidos que forman las proteínas tienen una estructura similar, con un

grupo amino y un grupo carboxilo en posiciones adyacentes,¿Todos ellos tendrán el

mismo comportamiento ácido-base? La respuesta es que no, y el motivo es el entorno

de dichos grupos. Es decir, no solo los grupos con comportamiento ácido base en sí

mismos, sino también los átomos que hay a su alrededor en la molécula (como la cadena

lateral R), afectan a la tendencia de dichos grupos para ceder o captar electrones. Por

este motivo, cada uno de los 20 aminoácidos que forman las proteínas en nuestro

organismo tiene un comportamiento ácido-base distinto a pesar de poseer los mismos

grupos, el grupo amino y el grupo carboxilo. Es más, su comportamiento puede llegar a

ser muy distinto, no solo por estos dos grupos que indicábamos previamente, sino

porque en las cadenas laterales, R, también puede haber grupos con características

ácidas o básicas. En general, podemos decir que se trata de sustancias anfóteras, que

podrán comportarse como ácidos y como bases en función del pH del medio en el que

se encuentren

Estructura de aminoácidos y comportamiento anfótero.

Todos los organismos emplean los mismos 20 aminoácidos como bloques constructivos

para armar las moléculas de proteína. A estos 20 aminoácidos se les llama aminoácidos

comunes, estándar o normales. A pesar de la poca cantidad de los aminoácidos, se

puede obtener una variedad enorme de distintos polipéptidos al unir los 20 aminoácidos

comunes para formar distintas combinaciones.

En los nombres químicos de los aminoácidos, los átomos de carbono se identifican con

números que comienzan en el átomo de carbono del grupo carboxilo. [El nombre

químico correcto, o nombre sistemático, se apega a reglas establecidas por la Unión

Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC, de International Union of Pure and

Applied Chemistry) y la Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular (IUBMB,

de International Union of Biochemistry and Molecular Biology))]. Si el grupo R es —CH

3 , el nombre sistemático de ese aminoácido sería ácido 2-aminopropanoico. (El ácido

propanoico es CH 3 —CH 2 —COOH). El nombre trivial de CH 3 —CH(NH 2 )—COOH

es alanina. Hay una nomenclatura alternativa que usa letras griegas para identificar al

carbono α y los átomos de carbono de la cadena lateral. La nomenclatura alternativa

identifica al átomo de carbono en relación con el grupo carboxilo, por lo que no se

especifica al átomo de carbono del grupo carboxilo, a diferencia de la nomenclatura

sistemática, donde ese carbono tiene el número 1. Los bioquímicos han usado, por

tradición, la nomenclatura alternativa.

Los aminoácidos se llaman así porque son derivados aminados de ácidos carboxílicos.

Los aminoácidos son pequeñas moléculas orgánicas que contienen al menos un

grupo amino (-NH2), de naturaleza básica, y un grupo carboxilo (-COOH) de carácter

ácido, además de una cadena variable (-R) y un hidrógeno (-H)

Todos estos grupos se unen a un Carbono (C) que se denomina Cα con lo cual este

carbono tendría sus cuatro posibles enlaces ocupados por grupos distintos dispuestos

en una estructura tetraédrica. Estos α-aa (alfa-aminoácidos) presentan isomería

óptica, de modo que tienen dos conformaciones posibles dependiendo de la disposición

de sus grupos en el espacio, una L (Levo, Izquierda) y otra D (Dextro, derecha), también

llamados enantiómeros. (Para que lo entiendan, si dispusiéramos la molécula con el

grupo carboxilo en su parte superior y su cadena variable hacia abajo, habría dos

posiciones posibles de los otros dos grupos. Si el grupo amino está a la izquierda sería

L, y si el grupo amino está a la derecha, sería D como se ve en la figura 2. Todos los

aminoácidos que aparecen en las proteínas son L.

Simetría óptica

Los distintos aminoácidos se diferencian entre sí en la denominada “cadena lateral” o

“grupo R”. De ésta dependen las propiedades singulares de cada aminoácido: polaridad,

carga eléctrica, hidrofobia, volumen. Es importante comprender estas propiedades

porque son la clave de la estructura y función de una proteína.

La característica más llamativa de los aminoácidos (AA) es la existencia en una misma

molécula de grupos ácidos (capaces de ceder H+) y grupos básicos (capaces de

captar H+). Por lo tanto, en medio ácido se comportan como bases, y en medio básico

se comportan como ácidos. Las moléculas que presentan esta característica se dice

que son anfóteros, anfolitos o zwitterion.

Los grupos ácidos y básicos pueden neutralizarse mutuamente, constituyendo una sal

interna formada por un ión híbrido (carga positiva y carga negativa), que se llama

zwitterión.

Punto de isoeléctrico (pI) y Constante de Disociación:

Punto Isoeléctrico:

La presencia de grupos acido (-COOH) y básico (-NH2) otorga a los aminoácidos unas

propiedades ácido base características.

En medios ácidos fuertes, tanto el grupo amino como el grupo ácido se encuentran

protonados y el aminoácido tiene la siguiente forma:

Al subir el pH se desprotona el grupo más ácido, H de menor pKa, formándose una

especie neutra llamada Zwitterión.

Cuando el aminoácido se encuentra en medios básicos pierde el protón del grupo amino,

dando lugar a la especie desprotonada.

Se llama pH isoeléctrico o punto isoelectrico al pH en el que la concentración de

Zwitterión es máxima (el aminoácido no presenta carga neta).

Otra definición de punto isoelectrico es: pH al que la concentración de especies

protonadas y desprotonadas se iguala.

El pH isoelectrico se calcula como media de pKa,1 y pKa,2, es decir, la media de los

pKas de las etapas que forman y descomponen el Zwitterión.

Un pH en que la carga neta del aminoácido es nula; en este punto el aminoácido se

encuentra en forma de ion dipolar, así como en pequeñas cantidades equimolares de

aniones y cationes y una pequeña fracción de aminoácido no ionizado. El pI de los

aminoácidos neutros se localiza a pH ≈ 6-8.

Los grupos α-COOH y α-NH2 de los aminoácidos son capaces de ionizarse (al igual que

los grupos-R ácidos y básicos de los aminoácidos). Como resultado de su capacidad de

iotización las siguientes reacciones de equilibrio iónico pueden ser escritas:

R-COOH <——> R-COO– + H+

R-NH3+ <——> R-NH2 + H

Éstas reacciones de equilibrio demuestran que los aminoácidos contienen por lo menos

dos grupos ácidos débiles. Sin embargo, el grupo carboxilo es un ácido más fuerte que

el grupo amino. A pH fisiológico (alrededor 7.4) el grupo carboxilo no estará protonado

y el grupo amino protonado. Un aminoácido con un grupo-R no ionizable sería

eléctricamente neutro a este pH. Esta especie se llama un zwitterion.

Como los ácidos orgánicos típicos, la fuerza ácida de los grupos carboxilos, amino y

grupos-R ionizables en los aminoácidos se pueden definir por la constante de

disociación, Ka o más comúnmente el logaritmo negativo de Ka, la pKa. La carga neta (la

suma algebraica de todos los grupos con carga presentes) de cualquier aminoácido,

péptido o proteína, dependerá del pH del ambiente acuoso circundante. Cuando el pH

de una solución de aminoácido o proteínas cambia la carga neta de los aminoácidos

también cambiará. Este fenómeno se puede observar durante la titulación de cualquier

aminoácido o proteína. Cuando la carga neta de un aminoácido o de una proteína es

cero el pH será equivalente al punto isoeléctrico:pi.

El pI es el valor de pH en el que una molécula posee una carga neta cero y, por tanto,

carece de movilidad en un campo eléctrico. De acuerdo con esto una molécula tiene

carga neta positiva en una disolución de pH<pI, y negativa cuando pH>pI. El pI de un

aminoácido se calcula obteniendo la media aritmética de los dos valores de pKa que

dan la forma isoeléctrica. Por ejemplo, en el caso de Ala, que no tiene R ionizable, el

cálculo del pI se hace con los dos valores de pKa que corresponden a los únicos grupos

ionizables del aminoácido (2,4 y 9,9), y da un valor de 6,15. Para un aminoácido acido,

por ejemplo Asp, que se ioniza según:

El valor del pI es 2,95. Y para uno básico, por ejemplo Lys, el pI es 9,8:

Aquellos aminoácidos cuyo pI = pH del tampón de electroforesis no presentarán

carga neta, ya que la forma predominante es el Zwitterion o ion dipolar; dichos

aminoácidos no presentarán movilidad electroforética.

Aquellos aminoácidos cuyo pI > pH estarán cargados positivamente y, por lo

tanto se comportarán como cationes – se desplazarán hacia el polo negativo o

cátodo.

Aquellos aminoácidos cuyo pI < pH estarán cargados negativamente y, por lo

tanto se comportarán como aniones – se desplazarán hacia el polo positivo o

ánodo.

Constante de disociación.

Cuando un ácido, como el ácido acético, se disuelve en agua se lleva a cabo una

reacción ácido-base hasta llegar a un equilibrio que se representa, de acuerdo a la ley

de acción de masas, como:

En donde Keq. es la constante de equilibrio, la cual se determina precisamente cuando

se establece el equilibrio y está dada por la siguiente ecuación:

[CH3COO-] = es la concentración molar de CH3COO-] en el equilibrio.

[H3O+] = es la concentración molar de [H3O+] en el equilibrio.

[CH3COOH] = es la concentración molar de CH3COOH en el equilibrio.

Para fines prácticos, la concentración molar del agua se considera constante e igual a

55.6 M a 25 C.

Si se multiplica la Keq. por otra constante, la concentración del agua en el equilibrio, se

obtiene una nueva constante (Ka) llamada constante de acidez, ionización o disociación

en agua:

Para el caso de una base protonada:

Con el propósito de manejar números enteros y comparar la acidez de las sustancias

más fácilmente, se toma el logaritmo negativo de la Ka y se obtiene la constante pKa:

Las constantes de disociación de los aminoácidos se pueden determinar, por ejemplo,

por valoración del ácido.

Considere la liberación de un proton por un acido débil representado por HA:

HA ←→ H+ + A-

Ácido débil Protón Base conjugada (sal)

La (sal) o base conjugada, A-, es la forma ionizada de un ácido débil. La constante de

disociación Ka es igual a:

𝑲𝒂 =[𝑯+][𝑨−]

[𝑯𝑨]

Ecuación de Henderson-Hasselbalch

La ecuación de Henderson–Hasselbalch es de mucha utilidad, ya que permite conocer

la forma protonada o no protonada de un ácido o una base débil a un pH determinado.

𝐾𝑎 =[𝐻3𝑂+][𝐴−]

[𝐻𝐴] 𝑅𝑒𝑜𝑟𝑔𝑎𝑛𝑖𝑧𝑎𝑟 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑟𝑒𝑠𝑜𝑙𝑣𝑒𝑟 𝐻3𝑂+

[𝐻3𝑂+] = 𝐾𝑎[𝐻𝐴]

[𝐴−] 𝐴𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑟 𝑒𝑙 𝑙𝑜𝑔 𝑛𝑒𝑔𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑎𝑚𝑏𝑜𝑠 𝑙𝑎𝑑𝑜𝑠.

−𝑙𝑜𝑔[𝐻3𝑂+] = −𝑙𝑜𝑔 (𝐾𝑎[𝐻𝐴]

[𝐴−]) 𝑅𝑒𝑒𝑚𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑟 𝑒𝑙 𝑙𝑜𝑔 𝑛𝑒𝑔𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜 𝑐𝑜𝑛 p

𝑝𝐻 = 𝑝𝐾𝑎 + 𝑙𝑜𝑔[𝐻𝐴]

[𝐴−] }𝐼𝑛𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑟 𝑒𝑙 𝑙𝑜𝑔 𝑛𝑒𝑔𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜 𝑎 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑖𝑣𝑜

𝒑𝑯 = 𝒑𝑲𝒂 + 𝒍𝒐𝒈[𝑨−]

⌊𝑨𝑯⌋}

(𝑩𝒂𝒔𝒆 𝒄𝒐𝒏𝒋𝒖𝒈𝒂𝒅𝒂)

(Á𝒄𝒊𝒅𝒐)

La ecuación de Henderson–Hasselbalch se puede entonces escribir de manera general,

para un ácido o una base, de la siguiente forma:

Si el ácido y su sal se encuentran en igual proporción, entonces:

En el caso de los aminoácidos neutros, se establecen dos equilibrios en solución acuosa

entre tres formas iónicas distintas. Dichos equilibrios vienen determinados por las

constantes de equilibrio del grupo carboxilo (KC) y del grupo amino (KN):

Al existir dos equilibrios, aparecen dos constantes de equilibrio distintas y tres especies

iónicas en solución.

Constante de equilibrio del grupo carboxilo (KC): Relaciona las formas iónicas I

& II y viene definida por la siguiente ecuación.

, Si se utiliza la formula de la ecuación de Henderson-

Hasselbalch, entonces:

Constante de equilibrio del grupo amino (KN): Relaciona las formas iónicas II &

III y viene definida por la siguiente ecuación.

, Si se utiliza la formula de la ecuación de Henderson-

Hasselbalch, entonces:

Los pK para la disociación de los grupos ácidos o básicos de estas cadenas laterales

pueden verse alterados por la influencia de otros grupos ionizables próximos.

Teniendo en cuenta que los pK de los grupos funcionales de los aminoácidos se

encuentran localizados en distintos rangos de pH, es necesario realizar una titulación

que abarque prácticamente todo el rango de pH (ácido y básico) para cada aminoácido.

Ejemplo I:

Cuando el aminoácido contiene otros grupos ácidos o básicos, el poder amortiguador

gana posibilidades. Así, el ácido glutámico tiene tres grupos disociables, cuyos pK son:

pK1=2,1; pK2=3,9 y pK3=9,8:

I. Tiene carga neta neutra (una positiva y una negativa)

II. Tiene una carga neta negativa.

III. Tiene dos cargas negativas.

El punto isoeléctrico del ácido glutámico será aproximadamente 3,0 (la

semisuma de pK1 y pK2, los pK que flanquean a la forma zwitterión).

IV. La proporción de moléculas (2 cargas negativas) es tan pequeña que puede

considerarse como despreciable a la hora de calcular el pI.

Ejemplo II:

En el caso del aminoácido arginina existen dos grupos básicos y uno ácido. La

disociación de la arginina se esquematiza del siguiente modo, donde pK1=2,2; pK2=9,2

y pK3=12,5:

I. Totalmente protonada. Tiene dos cargas netas positivas.

II. Tiene una carga neta positiva.

III. Tiene una carga neta neutra (una positiva y una negativa).

IV. Tiene una carga neta negativa.

El punto isoeléctrico de la arginina será aproximadamente 10,85 (la semisuma de pK2 y

pK3, los pK que flanquean a la forma zwitterión).

La proporción de moléculas en la forma I (2 cargas positivas) es tan pequeña que puede

considerarse como despreciable a la hora de calcular el pI

Disociación de aminoácidos (curvas) dependiendo de sus cadenas radicales.

Disociación

En solución acuosa están presentes los aminoácidos, dependiendo del pH, como

cationes, zwitteriones o aniones:

Con el catión denotado como + A, el dipolar Zwitterión como + A- y el anión como A-,

la constante de disociación puede expresarse como:

A un pH en el que sólo existen iones dipolares, el punto isoeléctrico, pI, [+ A] = [A-]:

Las constantes de disociación de aminoácidos pueden ser Determinada, por ejemplo,

por titulación del ácido. La Figura 1.2 muestra curvas de titulación para glicina, histidina

Y ácido aspártico. La Tabla 1.2 muestra la constante de disociación para algunos

aminoácidos. En aminoácidos la acidez del grupo carboxilo es mayor y la basicidad del

grupo amino inferior que en los correspondientes ácidos carboxílicos y aminas (Véanse

los valores de pK para el ácido propiónico, 2-propilamina Y alanina). Como lo ilustra la

comparación de PK del ácido 2 aminopropiónico (alanina) y 3-aminopropiónico (β-

alanina), el pK es influenciado Por la distancia entre los dos grupos funcionales.

Las razones para ello son probablemente las siguientes: en el caso de la catión →

transición de zwitterión, el efecto inductivo del grupo amonio; en el caso del zwitterión

→ transición del anión, la estabilización del zwitterión a través de la hidratación

causada por la repulsión dipolar (menor que en relación Para el anión).

Péptido

Los valores de pK y los puntos isoeléctricos para algunos péptidos se enumeran en la

Tabla 1.13. La acidez de Los grupos carboxilo libres y la basicidad de Los grupos

amino libres son más bajos en los péptidos que en los correspondientes aminoácidos

libres. El amino Ácido tiene también una influencia (por ejemplo, Gly- Asp / Asp - Gly).

Proteína

Las proteínas, como los aminoácidos, son anfóteras. Dependiendo del pH, pueden

existir como polivalentes Cationes, aniones o iones zwitter. Las proteínas difieren En

sus grupos α-carboxilo y α-amino - ya que estos grupos están unidos entre sí por

enlaces péptidos, La captación o liberación de protones es limitada para liberar grupos

terminales. Por lo tanto, la mayoría de los grupos funcionales disociables se derivan de

cadenas laterales. La tabla 1.28 lista los valores de pK de algunos Grupos de

proteínas. En contraste con los aminoácidos libres, estos valores fluctúan mucho para

las proteínas, ya que La disociación está influenciada por grupos vecinos en la

macromolécula. Por ejemplo, en Lisozima, el grupo \ gamma - carboxilo de Glu _ {35}

tiene un pK de 6-6,5, mientras que el pK del grupo β-carboxilo de Asp66 es 1,5-2, de

Asp52 es 3-4,6 y de Asp101 es 4,2-4,7.

La carga total de una proteína, que es la suma de todas las cargas positivas y negativas,

Se diferencian de la llamada carga neta que, dependiendo del pH, puede ser positivo,

Cero o negativo. Por definición, la carga neta es cero y la carga total es máxima en el

punto isoeléctrico. Bajar o elevar el pH tiende a aumentar la carga neta hacia su máximo,

mientras que la carga total siempre es menor que en el punto isoeléctrico. Dado que las

proteínas interactúan no sólo con protones sino también con otros iones, hay una

diferenciación adicional entre un punto isoiónico y un punto isoeléctrico. El punto

isoiónico se define como el pH de una proteína Solución a dilución infinita, sin otra Iones

presentes excepto H + y HO-. Tal solución de proteína puede ser adquirida por diálisis

extensa (o, mejor, electrodiálisis) contra el agua. El punto isoiónico es constante para

una sustancia dada mientras que el punto isoeléctrico es variable en función sobre los

iones presentes y su concentración. En La presencia de sales, cuando la unión de

aniones es más fuerte que la de los cationes, el punto isoeléctrico es menor que el punto

isoiónico. El reverso es verdadero cuando la unión catiónica es dominante. La figura

1.33 muestra el cambio en el pH de un Solución isoiónica de albúmina sérica después

de la adición de diversas sales. El cambio en el pH es consistente positivo, la proteína

se une más aniones que Cationes.

La curva de titulación de β-lactoglobulina en varios Iones iónicas (Fig. 1.34) muestra que

los puntos isoeléctricos de esta proteína, a pH 5.18, es independiente de las sales

presentes. Las curvas de titulación son, sin embargo, más pronunciada con el aumento

de la fuerza iónica, Que indica una mayor supresión de la electrostática Interacción entre

moléculas de proteínas. En su punto isoeléctrico, una proteína es la menos soluble Y lo

más probable es precipitar ( "isoeléctrico Precipitación ") y está en su máxima capacidad

de cristalización. La viscosidad de las proteínas solubilizadas Y el poder de

hinchamiento de las proteínas insolubles Están al mínimo en el punto isoeléctrico.

Cuando la composición de aminoácidos de una proteína es Conocido, el punto

isoeléctrico puede estimarse de acuerdo A la siguiente fórmula:

Donde QpI es la suma de las desviaciones del punto isoeléctrico De todos los

aminoácidos participantes del punto neutral:

La fórmula falla cuando los grupos ácidos o alcalinos ocurren en forma enmascarada.

Disociación de proteínas en alimentos ácidos, básicos y comportamiento neutro.

Reactividad de la molécula proteica

Propiedades sensoriales.

Los aminoácidos pueden contribuir al flavor de los alimentos proteicos cuando se liberan

de las estructuras polipeptídicas. Dentro de esta actividad se pueden citar ejemplos que

hacen referencia a todos los tipos de sabores, con intensidades que aumentan con la

concentración de aminoácidos:

— Los aminoácidos hidrófobos suelen proporcionar sabor amargo, principalmente las

estructuras L de fenilalanina, isoleucina, leucina, tirosina y valina.

— Los aminoácidos hidrófobos correspondientes a las formas D suelen aportar un sabor

dulce, incluso superior al de la sacarosa. Parece que la polaridad de la molécula no es

esencial para ser responsable de este estímulo gustativo.

— El sabor ácido lo aportan solamente la forma disociada de los aminoácidos aspártico

y glutámico, propia de los alimentos con pH bajo.

— En cambio, las sales de sodio de estos dos aminoácidos dicarboxílicos se incluyen

entre aquellas sustancias que, según los investigadores japoneses, presentan un sabor

umami, que ellos incluyen entre los sabores básicos.

— Ningún aminoácido se caracteriza por ofrecer un sabor salado.

Carácter anfótero.

Como se ha señalado con anterioridad, las proteínas son grandes moléculas de forma

variable, que por su conformación en el espacio disponen de grupos reactivos en la

superficie molecular, entre los que destacan los grupos aminos y los grupos ácidos

carboxílicos. Esta situación les proporciona la posibilidad de reaccionar como un anión

o un catión de acuerdo con la concentración protónica del medio en que se encuentre.

Así, los pH bajos ionizan los grupos aminos, mientras que los pH elevados lo hacen con

los grupos carboxílicos.

Existe un pH, denominado punto isoeléctrico (p.i.), para el cual la molécula proteica

equilibra de modo interno todas sus cargas [6], dando lugar a la estructura conocida con

el nombre de zwitterion. Es decir, por debajo de este pH la molécula proteica global

actúa como un catión y es capaz de fijar aniones, mientras que por encima de ese pH

la molécula actúa como un anión y es capaz de fijar cationes. Este punto varía para

cada proteína, aunque suele estar situado generalmente en medio ácido, entre 4,5 y

6,0.

Aunque los grupos carboxilos libres de las proteínas se ionizan de modo muy débil, no

obstante, son capaces de reaccionar con las bases presentes; sin embargo, los grupos

aminos son buenos aceptadores de protones y, por ello, factibles de reaccionar con los

ácidos. En algunos casos, la industria alimentaria utiliza derivados proteicos, como el

caseinato cálcico, para modificar o neutralizar el pH del alimento que fabrica.

En la práctica, cualquier molécula proteica dispone en su superficie de un número

reducido de grupos con capacidad para ser ionizados: los carboxilos laterales de los

ácidos aspártico y glutámico, los grupos aminos epsilon de la Usina, así como los grupos

amino de la histidina, prolina, hidroxiprolina y triptófano, que también aceptan protones.

Solubilidad.

Varios de los grupos superficiales de las estructuras proteicas pueden ionizarse de

acuerdo con el medio en que se encuentre y las cargas eléctricas que aparecen pueden

atraer o rechazar algunos tipos de especies químicas. De todas ellas, las moléculas de

agua presentan una especial afinidad, y en consecuencia se enlazan con gran fuerza a

las proteínas de tal modo que a veces conduce a su solubilización.

Como consecuencia de su carácter anfótero, la solubilidad de una proteína varía con la

concentración protónica del medio, es decir, su pH, capaz de modificar la solubilidad al

variar la ionización de los grupos amino o carboxílicos de la superficie molecular. Como

consecuencia de su configuración y sus cargas superficiales, no resulta extraño que un

gran número de proteínas incrementen bastante su solubilidad con la alcalinidad del

medio, aunque sólo aumenten un poco con la acidez. En cambio, en el pH de su punto

isoeléctrico (p.i.) las proteínas tienen una carga nula y las fuerzas de enlace con el agua

son muy débiles. Por ello, las proteínas presentan en este punto su nivel mínimo de

solubilidad y ofrecen las mayores posibilidades para flocular o coagular.

Ejemplos de comportamiento proteico en leche cuando es acidificada o alimentos

cuando son basificados.

Proteínas de la leche

Éstas se dividen en dos grupos: las caseínas que incluye cuatro fracciones, α, β, κ y λ;

son fosfoglucoproteínas (grupos fostato están unidos a algunos amino ácidos de las

cadenas laterales) que representan el 80% del total (integran las micelas y sirven como

reserva de aminoácidos) y el otro 20% se encuentra disperso en el suero.

Las micelas son partículas microscópicas casi esféricas de 30 a 300 nm, de las que

existen 100 billones (1014) por mililitro, con mucho calcio, tienen una carga negativa

proveniente de los carboxilos (COO-) de sus ácidos aspártico y glutámico y se

mantienen estables en el seno de la leche mediante dos mecanismos:

a) Por su permanente repulsión eléctrica debido a su carga negativa.

b) Por un efecto estabilizador innato de la caseína κ sobre las demás.

Estos dos mecanismos hacen que la leche sea sensible a la acidez, pero muy estable a

las altas temperaturas.

La pérdida de uno o de los dos mecanismos de estabilidad provoca la coagulación de

la leche, principio en el que se basa la fabricación de quesos y yogures. La carga

negativa se neutraliza con iones hidrógeno (H+) de ácidos, sea del láctico producido por

los lactobacilos fermentativos, o por el acético añadido.

Los ácidos reducen el pH y acercan las caseínas a su punto isoeléctrico de 4.6 en

donde precipitan.

Por su parte, la función estabilizadora de la caseína κ se pierde cuando es hidrolizada

por la renina o cuajo en un sitio muy específico de la molécula de proteína; el cuajo se

obtiene del cuarto estómago de becerros y cabritos sin destetar, aunque comercialmente

se venden sustitutos microbianos.

El caseinato cálcico tiene su punto isoeléctrico a un pH de 4.6 por lo que es insoluble en

medios con pH menores de 4.6. El pH de la leche está alrededor de 6.6, de esta forma

la caseína tiene carga negativa neta a ese pH y se mantiene en solución como sal. Si

se acidifica la leche, la carga eléctrica negativa del exterior de la micela se neutraliza

ante los iones H+ del ácido y la proteína neutra precipita.

Ca2+ Caseinato + 2HCl ---------> Caseína + CaCl2

Los iones de calcio se mantienen en solución como cloruro de calcio. Cuando la leche

se abandona, la acción bacteriana produce ácido láctico, esto baja el pH y se produce

el mismo efecto de precipitación (coagulación).

Control de acidificación de la leche

La leche posee una acidez natural debido a sus componentes:

Las caseínas contribuyen alrededor del 33% a la acidez natural de la leche.

Las proteínas del suero, un 5.3%

Fosfatos coloidales y disueltos, un 51,7%

Otros componentes como el ácido cítrico y otras pequeñas cantidades de ácidos

orgánicos, un 10%

La acidez natural de la leche es variable, depende más que nada del contenido en

proteína de la leche, por lo cual la leche de vaca puede tener acidez de 14 a 16°Dórnic,

la leche de cabra de 12 a 18°Dórnic y la de oveja de 18 a 22°Dórnic.

Disociación del ácido láctico:

En el pH de la leche el ácido láctico no está totalmente disociado, de hecho, su pK es

de aproximadamente 3,9. La acidez mide todo el ácido, pero el pH sólo la cantidad que

está disociada.

Alimentos Basificados

Un pH elevado aumenta las reacciones de pardeamiento azúcar amino y la

polimerización de los flavonoides, lo que hace que el chocolate resulte con una

superficie más lisa y con un sabor menos ácido y amargo, así como de color más oscuro

y solubilidad algo mayor.

Algunos productos alimenticios requieren a veces un ajuste a valores pH más altos al

objeto de conseguir unas características más estables y más deseables. Por ejemplo,

en la elaboración de queso fundido se usan sales alcalinas, tales como fosfato disódico,

fosfato trisódico y citrato trisódico (1,5 a 3%), para aumentar el pH (de 5,7 hasta 6,3) y

producir una mejor dispersión de la caseína. Esta interacción sal-proteína mejora el

poder emulsionante y la capacidad de retención de agua de las proteínas del queso,

debido al parecer a que las sales ligan los componentes cálcicos de las micelas de

caseína para formar quelatos.

Conclusiones

Un aminoácido a un pH determinado se presenta exclusivamente en forma Zwitterion,

es decir con las formas iónicas positivas y negativas en iguales proporciones; ese pH

se conoce como punto isoeléctrico. A ese pH un aminoácido no migra en un campo

eléctrico y presenta mínima solubilidad. Cuando el pH de una solución de aminoácido o

proteínas cambia la carga neta de los aminoácidos también cambiará. Este fenómeno

se puede observar durante la titulación de cualquier aminoácido o proteína. Cuando la

carga neta de un aminoácido o de una proteína es cero el pH será equivalente al punto

isoeléctrico. El pI de los aminoácidos neutros se localiza a pH ≈ 6-8.

Aquellos aminoácidos cuyo pI = pH no presentarán carga neta, ya que la forma

predominante es el Zwitterion o ion dipolar; dichos aminoácidos no presentarán

movilidad electroforética. Aquellos aminoácidos cuyo pI > pH estarán cargados

positivamente y, por lo tanto se comportarán como cationes y se desplazarán hacia el

polo negativo o cátodo. Aquellos aminoácidos cuyo pI < pH estarán cargados

negativamente y, por lo tanto se comportarán como aniones y se desplazarán hacia el

polo positivo o ánodo.

Los aminoácidos neutros (que no presentan ningún grupo ácido o básico adicional)

pueden hallarse en forma de catión, cuando el grupo amino está protonado y el grupo

carboxílico como -COOH, en forma zwiteriónica o de ion dipolar (ambos grupos

ionizados, carga global cero) o en forma de anión, cuando el grupo amino está

desprotonado y el grupo carboxílico también.

En los aminoácidos neutros hay dos equilibrios químicos, cada uno de ellos regido por

una constante de acidez, Ka1 (para la desprotonación de -COOH) y Ka2 (para la

desprotonación de NH3+). pKa1 suele tener un valor entre 2-3, que indica que el grupo

-COOH es un ácido relativamente fuerte, pKa2, suele tener un valor entre 9-10, que

indica que el grupo amino protonado, -NH3+, es un ácido un tanto mediocre.

La constante de disociación en los aminoácidos se puede ver alterado por grupos

ionizables presentes en sus cadenas laterales, para esto se debe hacer una titulación

que abarque todo el rango de pH y así cubrir cada grupo funcional del aminoácido y

tener un pK global del aminoácido. Teniendo en cuenta que la acidez del grupo carboxilo

es mayor y la basicidad del grupo amino inferior que en los correspondientes ácidos

carboxílicos y aminas, ya que en la transición de catión a zwitterion interviene el efecto

inductivo del grupo amonio y en la transición de zwitterion a anión ayuda la estabilización

del zwitterion a través de la hidratación causada por la repulsión dipolar.

En las proteínas la mayoría de los grupos que se disocian son de las cadenas laterales

de estas, por eso la acción de captar o donar electrones es limitada; esto es lo que la

diferencia de los aminoácidos ya que su disociación varía por los grupos vecinos en la

macromolécula. La carga neta de una proteína, dependiendo del pH, puede ser positiva,

cera o negativa, a diferencia de la carga total que como su nombre lo dice es la suma

de todas las cargas en la proteína (positivas y negativas).

La leche posee una acidez natural la cual puede variar según su contenido proteico y

en la industria láctica para la producción de queso o yogurt, se precipita la caseína

llevándolo al punto isoeléctrico a 4.6 para que esta pueda coagular al inactivar las

propiedades electrostáticas de repulsión negativas de las micelas.

Para efectuar la acidificación de la leche se puede recurrir a elementos microbianos que

la acidifiquen al producir ácido láctico, el cual no está totalmente disociado. Otra forma

es mediante el uso de vinagre, el cual afecta la solubilidad de las proteínas (caseínas).

La micela de la caseína es desestabilizada y en lugar de repelerse, comienzan a

producirse una aglomeración ya que su carga isoeléctrica fue reducida; llegando al pI y

de igual forma la acidez del medio provoca que la solubilidad aumente por lo cual los

componentes de la micela (fósforo orgánico y calcio) se solubilicen y finalmente se

desintegran, lo que conlleva a la formación de coágulos.

En la industria láctea no solamente se acidifica, sino que además se hace uso de bases

para ajustar los valores de pH para estabilizar ciertas propiedades, como por ejemplo el

uso de sales alcalinas para mejorar la dispersión de la caseína, la retención de agua de

las proteínas mejora en la interacción proteína-sal para la producción de queso fundido.

Las proteínas cuando tienen una carga nula (pI), las fuerzas de enlace con el agua se

vuelve n débiles por lo que su punto de solubilidad es el mínimo y en consecuencia la

floculación es posible.

Los aminoácidos logran contribuir al flavor de los alimentos proteicos cuando estos se

liberan de las estructuras polipetídicas; por ejemplo, los alimentos con pH bajo debido a

la forma disociada de los aminoácidos aspártico y glutámico aportan un sabor ácido.

Bibliografía

Badui, Salvador. Química de los Alimentos. Quinta Edición. Editorial PEARSON.

México, México. 2012. Págs: 96-98.

Horton, Robert; Laurence, Moran; Gray, Scrimgeour; Marc, Perry; y David, Rawn.

Principios de Bioquímica. Cuarta edición. Editorial Pearson Educación. Naucalpan

de Juárez, México. 2008. Páginas: 53-58.

Bello, José. Ciencia Bromatológica. Primera Edición. Editorial Díaz de Santos.

Madrid, España. 2000. Páginas: 55-69.

Badui, Salvador. La ciencia de los alimentos en la práctica. Primera Edición.

Editorial Pearson Educación. Naucalpan de Juárez, México. 2012. Páginas: 213-215.

Romero Del Castillo, Roser; Mestres. Josep. Productos Lácteos: Tecnología.

Editorial Ediciones UPC. Barcelona, España. 2004. Páginas: 111-112.

Devlin, Thomas. Bioquímica: Libro de texto con aplicaciones clínicas. Cuarta

Edición. Editorial Reverté. Barcelona, España. 2004. Páginas: 102-103.

Belitz, Hans-Dieter; Grosch, Werner y Schieberle, Peter. Food Chemistry. Cuarta

Edición. Editorial Springer-Verlag Berlin Heidelberg. Berlin, Alemania. 2009. Páginas:

9-13.

Fennema, Owen. Química de los Alimentos. Segunda edición. Editorial Acribia.

Barcelona, España. 2000. Páginas: 216-217.

King, M. W. (4 de Abr de 2015). The Medical Biochemistry Page. Recuperado el 31 de

10 de 2016, de http://themedicalbiochemistrypage.org/es/amino-acids-sp.php

Miguel, V. (11 de Nov de 2012). SlideShare. Recuperado el 31 de Oct de 2016, de

http://es.slideshare.net/vcmiguel/tema2-propiedadesaa-2012vmiguel