Μετουσίωση πρωτεϊνών
Η οποιαδήποτε αλλαγή στη διαμόρφωση του μορίου της πρωτεΐνης χαρακτηρίζεται ως μετουσίωση. Η μετουσίωση αφορά αλλαγές στη δευτεροταγή, τριτοταγή ή τεταρτοταγή δομή και δεν αναφέρεται σε αλλαγές της πρωτοταγούς δομής. Η μετουσίωση μπορεί να προκύψει από την επίδραση διαφόρων φυσικών και χημικών παραγόντων και συνδυασμών τους όπως θερμότητα, επίδραση οξέων ή αλκάλεων, επίδραση πυκνών διαλυμάτων άλμης, ακτινοβολία, μηχανική επίδραση (χτύπημα), υψηλή πίεση, υπέρηχοι κλπ. Κατά το φαινόμενο αυτό προκύπτουν νέες διαμορφώσεις προσωρινές ή μόνιμες και συνήθως ενδιάμεσες και μικρής διάρκειας ζωής. Η μετουσίωση μπορεί να είναι αντιστρεπτή ή μη αντιστρεπτή. Στην πρώτη περίπτωση, όταν σταματήσει η επίδραση του παράγοντα μετουσίωσης τότε η διαμόρφωση επανέρχεται στην αρχική της μορφή ενώ δε συμβαίνει αυτό στη μη-αντιστρεπτή μετουσίωση. Συνήθως όταν υπάρξει μόνο εκτύλιξη της πολυπεπτιδικής αλυσίδας τότε η μετουσίωση είναι αντιστρεπτή. Αν όμως διασπαστούν δισουλφιδικοί δεσμοί που μπορεί να συμμετέχουν στη διαμόρφωση της δομής της, τότε συνήθως η μετουσίωση είναι μη αντιστρεπτή.
Η ευαισθησία των πρωτεϊνών στους διάφορους παράγοντες μετουσίωσης διαφέρει και εξαρτάται από την ικανότητα του παράγοντα να διασπάσει τους δεσμούς που σταθεροποιούν την δευτεροταγή, τριτοταγή ή τεταρτοταγή δομή.
Τα αποτελέσματα της μετουσίωσης των πρωτεϊνών παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για την τεχνολογία τροφίμων λόγω της αλλαγής των φυσικοχημικών τους ιδιοτήτων. Κάποια από αυτά είναι επιθυμητά (πχ αδρανοποίηση ενζύμων, παραγωγή αλλαντικών, βελτίωση σταθεροποίησης κλπ) ενώ άλλες όχι (μείωση βιολογικής αξίας, αποσταθεροποίηση κλπ). Από τα πιο ενδιαφέροντα αποτελέσματα μετουσίωσης μπορούν να αναφερθούν ακόμη οι αλλαγές στην ικανότητα συγκράτησης νερού, η μείωση της διαλυτότητάς τους λόγω έκθεσης κυρίως υδρόφοβων ομάδων, ευαισθησία σε επίδραση πρωτεασών λόγω έκθεσης πεπτιδικών δεσμών, αύξηση ιξώδους, μεταβολές στην ικανότητα κρυστάλλωσής τους κλπ.
Επίδραση των διαφόρων επεξεργασιών και παραγόντων μετουσίωσης στις πρωτεΐνες:
– Επίδραση της θερμότητας
Η επίδραση της θερμότητας στη μετουσίωση των πρωτεϊνών αποτελεί μια από τις πιο συνηθισμένες αιτίες και περιλαμβάνει τόσο επιθυμητές μεταβολές ( θερμική αδρανοποίηση ενζύμων, μετουσίωση αλβουμίνης αυγού κατά τη θέρμανση, αύξηση ιξώδους σε κρέμες, σταθεροποιητικές ιδιότητες κ.α.) όσο και ανεπιθύμητες (μείωση βιολογικής αξίας, δημιουργία δυσάρεστων οσμών κλπ). Η ένταση της θερμότητας καθορίζει το ρυθμό της μετουσίωσης αλλά σε γενικές γραμμές θα μπορούσε να ειπωθεί πως ενώ στις περισσότερες χημικές αντιδράσεις παρατηρείται διπλασιασμός του ρυθμού των με την αύξηση της θερμοκρασίας κατά 10 οC, στην περίπτωση των πρωτεϊνών ο ρυθμός αυτός μπορεί να φτάσει και τις 500 φορές. Η ευαισθησία των πρωτεϊνών στη μετουσίωση λόγω θερμότητας εξαρτάται από πολλούς παράγοντες μεταξύ των οποίων η φύση της πρωτεΐνης (δομή, χημική σύσταση κλπ), η ενεργότητα νερού, η ιοντική ισχύς, το pH, η συγκέντρωση της πρωτεΐνης και τα ιόντα που υπάρχουν. Κατά την μετουσίωση λόγω επίδρασης θερμότητας μεταβάλλεται η η διαλυτότητα της πρωτεΐνης λόγω της μεγαλύτερης έκθεσης υδρόφοβων ομάδων και τη συνένωση μορίων πρωτεΐνης μεταξύ τους. Η παρουσία νερού διευκολύνει τη μετουσίωση, έτσι πρωτεΐνες σε αφυδατωμένη μορφή παρουσιάζουν μεγαλύτερη ανθεκτικότητα από τις ενυδατωμένες. Η επίδραση της θερμότητας μπορεί επίσης να μειώσει τη λειτουργική ή βιολογική αξία μιας πρωτεΐνης μέσω επίδρασης στα αμινοξέα (απαμίνωση, διάσπαση δισουλφιδικών δεσμών κλπ) που την αποτελούν.
– Επίδραση ψύξης
Η ψύξη μπορεί επίσης να μετουσιώσει τις πρωτεΐνες και να επηρεαστεί η διαλυτότητά τους και να συσσωματωθούν. Ειδικότερα, κάποια ένζυμα μπορεί να είναι λιγότερο σταθερά σε χαμηλές θερμοκρασίες αλλά σε αρκετές επίσης περιπτώσεις χαμηλών θερμοκρασιών κάτω από τους 0οC, πολλά ένζυμα όπως λιπάσες και οξειδάσες διατηρούν τη δραστηριότητά τους και παρουσιάζουν αυξημένη μάλιστα δραστηριότητα, λόγω απελευθέρωσής τους από τις κυτταρικές μεμβράνες.
– Επίδραση μηχανικών παραγόντων
Διάφορες μηχανικές επεξεργασίες που υπόκεινται τα τρόφιμα μπορεί να επηρεάσουν τη μετουσίωση των πρωτεϊνών τους. Για παράδειγμα το χτύπημα (ισχυρή ανάδευση) προκαλεί μερική μετουσίωση της οβαλβουμίνης του λευκού του αυγού με αποτέλεσμα τη δημιουργία και σταθεροποίηση του αφρού. Επίσης κατά τη μηχανική κατεργασία του ζυμαριού μετουσιώνονται οι πρωτεΐνες του αλεύρου και εκτύλιξη των α-ελίκων της δομής τους.
Η επίδραση υψηλής υδροστατικής πίεσης (> 50 kPa) επίσης μπορεί να μετουσιώσουν κάποιες πρωτεΐνες.
– Επίδραση της ακτινοβολίας
Εξαρτάται από το μήκος κύματος και την ενέργεια της ακτινοβολίας και μπορεί να προκαλέσει διάσπαση δισουλφιδικών δεσμών, αλλαγές στη διαμόρφωση της δομής τους, οξειδώσεις, αντιδράσεις πολυμερισμού κλπ.
– Επίδραση χημικών παραγόντων
Η έκθεση των πρωτεϊνών σε ακραίες συνθήκες pH λόγω επίδρασης οξέων ή αλκάλεων, ευνοούν τη μετουσίωσή τους λόγω ισχυρών ηλεκτροστατικών απωθήσεων ιονισμένων ομάδων στο εσωτερικό των μορίων που μπορεί να οδηγήσουν στην εκτύλιξη της αλυσίδας. Επίσης η συνδυαστική δράση χημικών παραγόντων που ρυθμίζουν το pH κοντά στο ισοηλεκτρικό σημείο (pI) των πρωτεϊνών και άλλων παραγόντων μετουσίωσης (πχ θερμότητα) διευκολύνουν ακόμη περισσότερο τη μετουσίωση. Η ύπαρξη μετάλλων όπως ασβέστιο και μαγνήσιο, και ιόντων χαλκού, σιδήρου κλπ αντιδρούν γρήγορα με τις πρωτεΐνες και μπορεί να δημιουργήσουν συμπλέγματα που μπορεί να επηρεάσουν τις ιδιότητες τους. Ακόμη οργανικοί διαλύτες καθώς και υδατικά διαλύματα οργανικών στοιχείων επίσης προκαλούν μετουσίωση των πρωτεϊνών επιδρώντας είτε στις ηλεκτροστατικές δυνάμεις που σταθεροποιούν τις πρωτεΐνες είτε στη διάσπαση δεσμών υδρογόνου είτε ακόμη και στις διάφορες υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις.
