BIOCHIMICA e BIOTECNOLOGIE degli ALIMENTI

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1 Seconda Università degli Studi di Napoli DiSTABiF Anno Accademico Corso di Laurea Magistrale in SCIENZE DEGLI ALIMENTI E DELLA NUTRIZIONE UMANA Insegnamento di BIOCHIMICA e BIOTECNOLOGIE degli ALIMENTI Prof. Augusto Parente Lezione

2 Metabolismo degli amminoacidi - Eliminazione del gruppo carbossilico: produzione di ammine biogene - Metabolismo del gruppo amminico - Metabolismo della catena carboniosa

3 1- Eliminazione del gruppo carbossilico: produzione di ammine biogene ALCUNE AMMINE BIOGENE Amminoacido Ammina formatasi Distribuzione e funzione Lisina Cadaverina Ribosomi, batteri Ornitina Putrescina Ribosomi, batteri Metionina (-> Spermidina, spermina) (Ribosomi, sperma) Arginina Agmatina Batteri (flora intestinale) Serina Etanolammina Fosfatidi Treonina Propanolammina Vitamina B12 Cisteina Cisteammina Coenzima A Acido aspartico -alanina Coenzima A, acido pantotenico Acido glutammico Acido -amminobutirrico Cervello (blocca i gangli) Istidina Istamina Attiva sulla pressione del sangue Tirosina Tiramina Fa contrarre l utero Dopamina Ormone tessutale 3,4-diidrossifenilalanina (->Adrenalina) (->Ormone) Triptofano Triptammina Ormone? 5-idrossitriptofano Serotonina (->Melatonina) Ormone tessutale Metionina (SAM) e cadaverina concorrono alla formazione di spermina e spermidina

4 Lisina > cadaverina Ornitina > putresceina Istidina > Istamina Glutammato > acido -amminobutirrico GABA Tirosina > tirammina Triptofano > triptammina

5 Le ammine biogene sono presenti in: formaggio, vino, birra, vegetali, pesce e carne. La loro importanza nei prodotti alimentari è dovuta a due importanti ragioni: 1) se presenti in quantità elevate ed ingerite, possono avere effetti tossici. La tiramina (da Tyr) e l istamina (da His) sono state associate a sensazione di bruciore alla gola, vampate di calore, mal di testa, nausea, ipertensione, paralisi e formicolio delle labbra, accelerazione del polso e vomito. 2- sono indice di qualità dei prodotti alimentari e di un loro eventuale deterioramento L industria alimentare ha perciò sviluppato metodi per la loro determinazione a scopo di ricerca, salute e sicurezza, nonché per il controllo della qualità alimentare Esempio: L istamina può provocare avvelenamento (sindrome sgombroide) da pesce (sgombro maccarello (pesce azzurro), tonno, sardine, ecc. In questi casi sono importanti le pratiche di post-raccolta- raffreddamento.

6 METABOLISMO DEGLI AMMINOACIDI 2- Eliminazione del gruppo NH 2 Organismi ureotelici (urea) ammoniotelici (NH 4 + ) uricotelici (acido urico) uomo e squali** pesci ossei rettili e uccelli **Per migliorare il gusto della carne di squalo, si deve allontanare il sangue immediatamente dopo la sua uccisione per evitare l azione della ureasi sull urea che produce CO 2 e NH 3 ; Sumner);

7 AMMINOACIDI GLUCOGENICI: Formano precursori della gluconeogenesi - Piruvato - fumarato - Ossalacetato - -chetoglutarato - Succinil-CoA AMMINOACIDI CHETOGENICI: formano acetil-coa, acetoacetil CoA, precursori dei Corpi CHETONICI: GLUCOSIO Acetone Acido acetoacetico Acido beta-idrossibutirrico

8 ** ** * * * * Gluco e chetogenici ** Chetogenici

9 GLUCOGENICI Alanina Arginina Asparagina Acido aspartico Cisteina Acido glutammico Fenilalanina Glutammina Glicina Istidina Prolina Isoleucina Metionina Serina Tirosina Treonina Triptofano Valina CHETOGENICI Leucina Lisina GLUCOGENICI e CHETOGENICI Fenilalanina Triptofano Tirosina Isoleucina

10 - Metabolismo del gruppo amminico 1- Transamminasi 2- Glutammato deidrogenasi Transamminasi L- amminoacido (1) + -chetoacido (2) -chetoacido (1) + amminoacido (2) - La specificità delle transamminasi è duplice: per l -chetoacido (più elevata) e per l amminoacido Es. Glutammico-piruvato transamminasi (GPT) L-alanina + -chetoglutarato Glutammico-ossalacetato transamminasi (GOT) L-aspartato + -chetoglutarato Piruvato + glutammato Ossalacetato + glutammato

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13 La glutammina trasporta l ammoniaca nel torrente circolatorio.

14 NEL MUSCOLO L alanina trasporta lo ione ammonio dal muscolo scheletrico al fegato in forma non tossica -chetoglutarato - Glutammato deidrogenasi - Transamminazione con ossalacetato

15 Glutammato deidrogenasi

16 Ciclo dell Urea o dell ornitina - Inizia nel mitocondrio - prosegue nel citosol 3 2 I 1 Carbamil-P sintetasi citosolica (biosintesi delle pirimidine) Trasporto di Asp nel citosol Il fumarato entra nei mitocondri

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18 Vie cataboliche di alanina, glicina, serina, cisteina, triptofano e treonina G/C

19 * Assenza o carenza di tirosinasi (enzima che porta alla sintesi di melanine) determina l albinismo Catabolismo di: Lys* Leu* * Phe Tyr Trp Ile C

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21 (Fenilchetonuria)

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25 Malattia delle urine a sciroppo d acero Quando manca l enzima si ha la

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27 I tessuti animali presentano strutture simili, nonostante piccole differenze tra animali terrestri e acquatici (pesci e molluschi). Dopo la morte dell animale la struttura della carne si rompe lentamente, andando incontro ad un intenerimento ed in certi casi ad un deterioramento. Per capire questi processi, bisogna conoscere la struttura della carne, la parte dell animale usata come alimento. La carne, oltre alla muscolatura, comprende fegato, rene, cervello ed altri tessuti e parti commestibili.

28 Terminologia specifica riferita ai muscoli TERMINE GENERICO Cellula muscolare Membrana cellulare Citoplasma Mitocondri Reticolo endoplasmatico EQUIVALENTE MUSCOLARE Fibra muscolare * o fibrocellula muscolare Sarcolemma** Sarcoplasma Sarcosomi Reticolo sarcoplasmatico *Multinucleata; sincizio **Il prefisso sarc deriva da sarkos = carne.

29 Fibre muscolari Miofibrille (nei pesci le fibre sono più corte) Sarcomero Disco Z Linea M Muscolo rilassato Muscolo contratto

30 Miosina Actina F Disco Z Linea M

31 LOCALIZZAZIONE E FUNZIONI PRINCIPALI DI PROTEINE MIOFIBRILLARI ASSOCIATE CON L APPARATO CONTRATTILE E LA STRUTTURA DEL CITOSCHELETRO Localizzazione Proteina Funzione principale Apparato contrattile (Banda A/Linea M) Banda A Miosina Contrazione muscolare c-protein Lega i filamenti di miosina proteine F-, H-, I Legano i filamenti di miosina Linea M Proteina M Lega i filamenti di miosina Miomesina Lega i filamenti di miosina Creatin chinasi Sintesi di ATP (Banda I/disco Z) Banda I Actina Contrazione muscolare Tropomiosina Regola la contrazione muscolare Troponine T, I, C Regolano la contrazione muscolare actinine -, y Regolano i filamenti di actina

32 LOCALIZZAZIONE E FUNZIONI PRINCIPALI DI PROTEINE MIOFIBRILLARI ASSOCIATE CON L APPARATO CONTRATTILE E LA STRUTTURA DEL CITOSCHELETRO Localizzazione Proteina Funzione principale Citoscheletro Filamenti GAP Connectina (titina) Lega I filamenti di miosina alla linea Z Linea N 2 Nebulina Sconosciuta Sul sarcolemma Vinculina Lega le miofibrille al sarcolemma Linea Z -actinina Lega I filamenti di actina alla linea Z Eu-actinina, filamina Lega I filamenti di actina alla linea Z desmina, vimentina Struttura periferica alla linea Z sinemina, proteina Z, Struttura a lattice della linea Z Z-nin

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34 Struttura delle proteine - Primaria - Secondaria - Terziaria - Quaternaria STRUTTURA DELLE PROTEINE E PROCESSI TECNOLOGICI Nella struttura delle proteine sono presenti siti sensibili dal punto di vista fisicochimico: i legami deboli (ionico, idrogeno, forze di van der Waals) si rompono a temperature intorno ai C. Inoltre, in alcuni processi tecnologici alcuni amminoacidi, inseriti nella catena polipeptidica, possono subire degradazioni selettive. Ne conseguono alterazioni sia della conformazione e dell attività biologica sia del valore nutritivo della proteina.

35 SITI SENSIBILI DI UNA PROTEINA Amminoacido Ossidazione Calore Reattività chimica con Glucidi Lys Cys Met ++++* Asn e Gln ++++** Trp *** Ala ++ + Ser ++ + Tyr ++ Asp e Glu ++ His +++ Arg +++ * Metionin sulfone e Met sulfossido ** Deammidazione *** In mezzo acido e ossidante Tannini e polifenoli

36 LA CARCASSA ANIMALE È COSTITUITA DA - ACQUA 75%, a seconda della specie, razza, taglia, età, ecc. - PROTEINE 16-22% - LIPIDI 1,5-13%* - CARBOIDRATI E SOSTANZE NON AZOTATE (min 0,5- max 1,5%): glicogeno (0,8%); glucosio ( 0,1%); prodotti intermedi e del metabolismo cellulare (0,1%) - SOSTANZE AZOTATE NON PROTEICHE: creatina e creatinfosfato (0,5%); nucleotidi (ATP, ADP, ecc. 0,3%); aminoacidi liberi (0,3%); peptidi (anserina**, carnosina***, ecc. 0,33%), altre sostanze non proteiche (creatinina, urea, inosina monofosfato, ecc. 0,1%). - COSTITUENTI INORGANICI/CENERI 0,9% * Il contenuto meno costante nella composizione della carcassa è la quantità di grasso, che può variare dal 2% in alcuni animali allo stato brado, fino al 8-18% negli animali domestici da allevamenti intensivi. ** β-alanil-n-metilistidina *** β-alanina ed L-istidina (muscolo e cervello; antiossidante) Carnosina

37 COMPOSIZIONE DEL MUSCOLO Principali proteine del muscolo. Proteine ( 21%) % Miofibrillari (9%) Miosina Actina Tropomiosina, Troponina, Proteina M, Proteina C, -Actinina, -Actinina, ecc ,5 Sarcoplasmatiche (6%) Enzimi mitocondriali, enzimi lisosomiali, altri enzimi citosolici 5,5 Mioglobina 0,3 Emoglobina 0,1 Citocromi e flavoproteine 0,1 Stromali (3%) Collagene e reticolina 1,5 Elastina 0,1

38 INTENERIMENTO DELLA CARNE Alla morte dell animale il muscolo si viene a trovare nella condizione di rigor mortis. L ATP viene idrolizzato in ADP e Pi con modificazione della conformazione delle proteine che costituiscono l ACTOMIOSINA (elemento contrattile della cellula muscolare formato, come già visto, da varie proteine tra cui predominano ACTINA e MIOSINA). -> Si genera un movimento a livello molecolare che determina la contrazione fibrillare. Il complesso così formato è dotato di grande rigidità meccanica ed è responsabile della rigidità cadaverica. L organismo si viene a trovare in anaerobiosi perché cessa l apporto di OSSIGENO e si determina una condizione di acidità determinata da: - Degradazione del glicogeno, con formazione di acido lattico; - Idrolisi di ATP in ADP e Pi Per questo si avrà una doppia ACIDIFICAZIONE ed il ph diventa 5,6 (da 7,2-7,38). A questo valore di ph ( 5,6) gli enzimi lisosomiali presentano il ph ottimale.

39 Gli enzimi che intervengono nelle prime fasi sono le calpaine, seguite dalle catepsine. L effetto della loro azione è l idrolisi parziale delle proteine muscolari (che possono subire anche una denaturazione per il basso ph) con conseguente scomparsa della rigidità muscolate. Questi fenomeni avvengono all interno della fibra muscolare e non riguardano né il collageno, né l elastina, che sono proteine extracellulari (stromali). L intenerimento della carne può essere ottenuta anche con l aggiunta intenzionale di peptidasi.

40 I processi che intervengono nella trasformazione del MUSCOLO in CARNE sono di seguito schematizzati: MUSCOLO Macellazione: la circolazione del sangue si interrompe Repentina diminuzione della concentrazione di O 2 nel muscolo Mancanza di O 2 Il potenziale redox La respirazione Cessazione delle attività scende a 50 mv si ferma del sistema mitocondriale Glicolisi Produzione e accumulo di acido lattico La generazione enzimatica di ATP si riduce Consumo di ATP Il ph scende a circa 5,6 Le proteine si denaturano Formazione di actomiosina Contrazione Diminuzione della capacità di legare acqua Riduzione del colore rosso Rilascio di acqua e di nutrienti solubili RIGOR MORTIS