DRA GLORIA DAVILA ORTIZ

ESTRUCTURA-FUNCIONY SU IMPORTANCIA EN EL

BIENESTAR HUMANO

PROBLEMAS DE NUTRICIÒN

Exceso Carencia

Diabetes Hipertensiòn Cancer

Desnutrición

Diversidad vegetal y animal

Desnutrición y Enfermedades

Son las biomoléculas más versátiles y diversas

Proteínas Protos Principal o primero

Estructura Primaria

Estructura Secundaria

Estructura Terciaria Estructura Cuaternaria

Las proteínas se sintetizan dependiendo de cómo se encuentren regulados los

genes que las codifican

Seres vivos

Datos/informació

n

Genes y proteínas

FUNCIONESContráctiles

Estructural Toxinas

¿Hay algo que las proteínas no puedan

hacer?

Reserva

Protección anticuerpos

Transporte

EnzimasHormonas

Alimentos/ Nutrientes

Carbohidratos Lípidos Proteínas/péptidos

Propiedades físicas y sensoriales

Valor nutricional

Efecto benéfico en la salud

Información Datos

Procesar analizar

Herramientas computacionales

Bases de datos

Predicciones

Modelos

AlimentarSatisfacerNutrirPrevenir

Las Proteínas en los Alimentos

RELACIÓN ENZIMA SUSTRATO

RELACION ANTIGENO-ANTICUERPO

Antígeno Anticuerpo Interacción

RELACION ESTRUCTURA-FUNCION

Vecchi y Añón, 2009

Modelos del acoplamiento de los complejos ECA-ALEP (izquierda) y ECA-VIKP (derecha) correspondientes a la conformación mas frecuente

Composición y secuencia de aminoácidos

EstructuraPropiedades FuncionalesPropiedades Sensoriales

PROTEÍNAS

PROPIEDADES FUNCIONALES DE LAS PROTEÍNAS EN LOS

ALIMENTOS Solubilidad

Solvatación de la

proteína

(pH)

Absorción de agua

Enlaces de hidrógeno

Gelificación

Atrapamiento de agua

Viscoelasticidad

EmulsificaciónAdsorción y

formación de una película

en la interfase

Enlazando aceite libre

Absorción

Formación de Espuma

ESTABILIDAD METABÓLICA DE LOS ALIMENTOS

Proteínas Animales vs Proteínas Vegetales

Y M H K W

Proteínas Animales vs Proteínas Vegetales

• Bases de datos de proteínas. • Bases de datos de péptidos.

Bases de datos

• Estructura secundaria.• Simulación de la proteólisis.Predicciones

Simulación proteólisis: BIOPEP, PeptideCutter, PoPS.

Información de enzimas y condiciones óptimas: MEROPS, BRENDA, CutDB

Estructura secundaria: UniProt, ExPASy, GOR V y PreSSAPro.

LEGUMINOSAS

Proteínas de Leguminosas

Mejoran la calidad nutritiva y funcional

Ringe y Love (1988); Lqari y col.; (2002); Horax y col. (2004)

Alternativas de Consumo de

Proteínas Vegetales

Aislados Proteínicos

Aprovechamiento de Proteínas de Origen Vegetal

•Concentrados y aislados proteínicos

•Limitaciones para su aplicación en la industria alimentaria

•Desarrollo de procesos de hidrólisis

HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA DE AISLADOS PROTEÍNICOS

El empleo de hidrolizados proteínicos se ha incrementado en la industria alimentaria ya que presentan mejores características en comparación con la proteína nativa.

ALTERNATIVAS DE CONSUMO DE PROTEÍNAS VEGETALES

Bajo Grado de Hidrólisis (<10%)

Solubilidad

Poder emulsificante

Absorción de aceite

Capacidad espumante

Alto Grado de Hidrólisis (<10%)

Alimentación para ancianos

Nutrición clínica

Nutrición deportiva

Alimentos hipoalergénicos

Manninen (2004); Euston y col. (2001)

HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA DE AISLADOS PROTEÍNICOS

• Proceso que emula al aparato digestivo• Ideal para metabolizar la proteína vegetal• Mejora características nutrimentales

Aislados Proteínicos

PIlRE

EAY

Pl

V

PP

Péptidos y Aminoácidos

Hidrólisis

SYLLHFPHIYVRD

LHFPHIYVRD

FPHIYVRD

RFPSFGPPR

PSFGPPR

Los tripéptidos VPP y IPP interactúan con la ECA a través de un mecanismo semejante al de los fármacos empleados para su inhibición, uniéndose a los residuos hidrofóbicos del sitio activo de la enzima mediante puentes de hidrogeno principalmente al subsitio S2'

La actividad antioxidante de los péptidos se atribuye a diferentes aminoácidos o secuencias aminoacídicas.

Val, Leu, Pro, His, Tir, Trp, Asp y Gln son aminoácidos antioxidantes.

La actividad antioxidante de Trp y Tir puede explicarse debido a la especial capacidad que tienen los grupos fenólico e indólico de actuar como donadores de hidrógeno. En este sentido los radicales fenoxilo e indoilo son mucho más estables y tienen un período de vida mayor que los radicales peróxido, de esta manera la reacción de propagación de radicales mediada por la cadena de peroxidación es inhibida.

Nakamura y col., 2004; Megías y col., 2004;Neves y col., 2004; Hong y col., 2005; Yang y col., 2003

Membrana

Presión

RetenidoAlimentación

Permeado: Agua+ AA +Proteínas

ULTRAFILTRACIÓN

Técnica de separación selectiva usada tanto para concentrar como para purificar compuestos de alto y medio peso molecular.

Alimentación

Matriz

Fracciones peptídicas

Cromatografía de filtración en gel

Cromatografía sólido-líquido que separa moléculas en función de su tamaño.

Fase estacionaria = Gel constituido por partículas esféricas con poros de determinado tamaño

Las moléculas pequeñas difunden a través de los poros del gel haciendo lento su paso por columna mientras que las grandes tienen una ruta mas corta y directa a través de la misma.

Inyector

Detector

Cromatograma

Cromatografía líquida de alta eficiencia

El proceso de separación se define como la transferencia de masas entre una fase estacionaria y una móvil.

Dentro de la columna la mezcla se separa en sus componentes en función de su interacción entre las dos fases.

Esta separación puede ser modificada eligiendo tanto la fase móvil como la estacionaria, el flujo de la fase móvil o la temperatura de la separación.

Actividad biológica de las fracciones obtenidas por ultrafiltración a partir de los hidrolizados.

Fracción peptídica

Alcalasa®-Flavourzyme® Pepsina-Pancreatina

IC50 (mg/mL)

TEAC (mM/mg de proteína)

IC50 (mg/mL)

TEAC (mM/mg de proteína)

> 10 kD 0.268ª 260.52ª 4.15ª 170.48ª

5-10 kD 0.268ª 484.78b 4.19ª 442.00b

3-5 kD 0.107b 642.32c 3.27b 518.79c

1-3 kD 0.049c 840.38d 2.33c 857.42d

< 1 kD 0.001d 888.43d 0.01d 1985.50e

a-eValores con letras diferentes en la misma fila denotan diferencia significativa (p<0.05).

Concentración de proteína de las fracciones peptídicas obtenidas por cromatografía de filtración en gel.

FracciónConcentración (mg/mL)

Alcalase®-Flavourzyme® Pepsina-PancreatinaF0 106.41a 101.03c

F1 71.44d 109.99b

F2 91.17b 116.27a

F3 79.51d 107.31b

F4 100.13a 95.65d

F5 54.41e 92.06d

F6 86.68c 80.41e

F7 50.82e 107.31b

F8 81.31c 92.06d

F9 84.00c 75.03e

F10 52.62e 45.44f

a-fValores con letras diferentes en la misma fila denotan diferencia significativa (p<0.05).

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 6000.0

0.5

1.0

1.5

2.0

F0

F1

F2

F3

F4F7

F5F6 F8

F9F10

Volumen de elución (mL)

Ab

sorb

anci

a (2

80 n

m)

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 6000.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Volumen de elución (mL)

Ab

so

rba

nc

ia (

28

0 n

m)

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 6000.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Volumen de elución (mL)

Ab

sorb

anci

a (2

80 n

m)

SI SII SIII SIV SV SVI

Perfil cromatográfico de filtración en gel (columna Sephadex G-50) de la fracción de <1 kDa obtenida por ultrafiltración del hidrolizado proteínico de frijol endurecido con el sistema enzimático secuencial Alcalase®-Flavourzyme®.

F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F100

10

20

30

40

50

60

35.9b 35.2b 34.0b

40.6b37.1b

21.3a

57.8c

40.6b37.7b

40.3b 39.3b

% d

e I

nh

ibic

ión

de

la

EC

A

F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F100

10

20

30

40

50

60

% d

e In

hib

ició

n d

e la

EC

A

Porcentaje de inhibición de la ECA de las fracciones obtenidas por cromatografía de filtración en gel de la fracción de <1 kDa del hidrolizado proteínico de frijol endurecido con el sistema enzimático secuencial Alcalase®-Flavourzyme®.

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 6000.0

0.5

1.0

1.5

2.0

F0

F1

F2

F3

F4

F7

F5

F6

F8

F9

F10

Volumen de elución (mL)

Ab

so

rba

nc

ia (

28

0 n

m)

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 6000.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Volumen de elución (mL)

Ab

so

rba

nc

ia (

28

0 n

m)

0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 6000.0

0.5

1.0

1.5

2.0

Volumen de elución (mL)

Ab

sorb

anci

a (2

80 n

m)

SI SII SIII SIV SV SVI

Perfil cromatográfico de filtración en gel (columna Sephadex G-50) de la fracción de <1 kDa obtenida por ultrafiltración del hidrolizado proteínico de frijol endurecido con el sistema enzimático secuencial Pepsina-Pancreatina.

Valores de TEAC y porcentajes de inhibición de las fracciones peptídicas obtenidas por cromatografía de filtración en gel.

Fracción TEAC (mM) Inhibición (%)F0 1.01c 16.25c

F1 1.28d 24.28d

F2 1.24d 23.21d

F3 0.97bc 14.93bc

F4 0.86b 11.79b

F5 0.92bc 13.55bc

F6 0.91bc 13.30bc

F7 0.89b 12.80b

F8 0.75a 8.47a

F9 0.72a 7.59a

F10 0.67a 6.09a

a-dValores con letras diferentes en la misma fila denotan diferencia significativa (p<0.05).

F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F100

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

1,000bcde1,163e

1,070bcde901abc 901abc958abcd

1,134de

834ab 815a 961abcd

6,922f

F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F100

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

TE

AC

mM

/mg

de

pro

teín

a

Valores de TEAC de las fracciones peptídicas obtenidas por cromatografía de filtración en gel de la fracción de <1 kDa del hidrolizado proteínico de frijol endurecido con el sistema enzimático secuencial de Pepsina-Pancreatina.

Proteómica

Peptidómica

Péptidos bioactivo

s

Bioinformática y

Quimiometría

Estudio y caracterización de todo el conjunto de

proteínas expresadas de un genoma (proteoma)

Proteómica

Proteómica

Peptidómica

Péptidos bioactivo

s

Bioinformática y

Quimiometría

Peptidómica

Historia

Propiedades

funcionales

Alergenicidad

Sensoriales

Área de la ciencia enfocada en la composición, interacciones y

propiedades del peptidoma, así como las metodologías aplicadas para su

estudio

Proteómica

Peptidómica

Péptidos bioactivo

s

Bioinformática y

Quimiometría

Péptidos Bioactivo

s

Actividad biológica: influencia benéfica o negativa de un

compuesto sobre las funciones fisiológicas de un organismo

Antihipertensiva Antioxidante

Opiode Neuropéptido

AnticancerígenoInmunomodulador

a

Proteómica

Peptidómica

Péptidos bioactivo

s

Bioinformática y

Quimiometría

Bioinformática y

Quimiometría

Disciplina química que utiliza métodos matemáticos y estadísticos para diseñar o seleccionar procedimientos de medida y

experimentos óptimos, y para proporcionar la máxima información química mediante el

análisis de datos químicos.

Interpretar datos obtener información útil.

Procesos para transformar datos complejos.

BioinformáticaBioinformática es un campo de la ciencia en el cual confluyen varias disciplinas tales como:

biología, computación y tecnología de la información.

Organismos Datos Procesa/analiza

•Bases de datos de proteínas.

•Bases de datos de péptidos.

•Parámetros fisicoquímicos.

Bases de datos

•Estructura secundaria.

•Simulación de la proteólisis.

Predicciones

•Relaciones matemáticas.

•Modelos tridimensionales.

Modelos

Bioinformática

NUTRIGENÓMICA

GenómicaExpresión de genes

ProteómicaSíntesis de proteínas

MetabólomicaMetabolismo

Modulación de nutrientesModulación de nutrientesModulación de nutrientes

Resultado de Salud Positivo

Prevención de

enfermedades

Bases de datos de sistemas biológicos y

bioinformática

Métodos in silicoBases de datos de proteínas y

péptidos

Análisis Quimiométri

co

Péptidos bioactivos

Nutrientes/alimento

Carbohidratos, lípidos y proteínas

DigestiónAbsorción

DistribuciónMetabolism

oSecreción hormonal inducida por la dieta

Zinc

Ácidos grasosRetinol

Vitamina D

Folato

Receptores nucleares

Factores de trascripción

mRNAt urnoverProteínas turnover

Regulación alostérica y

cinética

Conectividad

Conectividad

RNA m

Bioinformática e interpretación de resultados

Proteína

Modificaciones

epigenéticasMetabolito

NutrientesDNA

Factores detranscripción

RNA

Transcripción

Proteínas

Traducc

ión

Metabolitos

Anabolismo y Catabolismo

Convers

ión

enzi

máti

ca

Modificaciones

Postractucciona

les

NUTRIGENÓMICA: ALIMENTOS PERSONALIZADOS

BIENESTAR

MÉXICO PRODUCE LEGUMINOSAS CUYAS

PROTEINAS HIDROLIZADAS SATISFACEN, ALIMENTAN,

NUTREN, PROTEGEN LA SALUD Y DAN BIENESTAR AL SER

HUMANO