La denaturazione delle proteine è un fenomeno di grande importanza sia in ambito biologico che industriale. Questo processo può influenzare la funzionalità delle proteine e, di conseguenza, avere un impatto significativo su numerosi processi biologici e applicazioni tecnologiche.
Cos'è la Denaturazione delle Proteine?
La denaturazione proteica si riferisce alla perdita della struttura tridimensionale di una proteina, senza che si verifichi la rottura dei legami peptidici che costituiscono la sua sequenza primaria. È importante notare che la denaturazione non implica la degradazione della proteina in amminoacidi liberi.
Il processo di denaturazione può essere reversibile o irreversibile. Nella denaturazione reversibile, la proteina può ritornare alla sua struttura nativa se vengono rimosse le condizioni denaturanti.
Le proteine sono molecole complesse che assumono strutture secondarie (alfa-eliche e foglietti beta), terziarie (conformazione tridimensionale) e quaternarie (aggregati di più subunità).
Le proteine possono essere denaturate (perdere la loro struttura secondaria e terziaria) a causa di condizioni non fisiologiche come temperatura (se riscaldate) o in seguito all’azione di altri agenti denaturanti (come urea e altre molecole organiche). Questi agenti causano l'unfolding, lo svolgimento, delle proteine, che non sono più funzionali.
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Se analizziamo strutture diverse possiamo vedere come diverse proteine codificate da geni diversi e che svolgono funzioni diverse contengono moduli, porzioni, del tutto simili. Le proteine più grandi sono organizzate in domini che possiamo trovare in tante proteine differenti. Questa una prova evolutiva che i genomi sono andati incontro a dei riarrangiamenti, spostamenti di DNA da una parte all'altra o duplicazioni di esso.
Fattori che Causano la Denaturazione
Le proteine possono denaturarsi a causa di vari fattori ambientali e chimici.
- Temperatura: Uno dei principali fattori è la temperatura.
- pH: Un altro fattore significativo è il pH. Le variazioni di pH possono alterare la carica delle catene laterali degli amminoacidi, portando alla destabilizzazione della struttura proteica.
- Agenti Chimici: Anche la presenza di agenti chimici denaturanti come l’urea e il cloruro di guanidinio può causare la denaturazione delle proteine.
- Azione Meccanica: Infine, l’azione meccanica come l’agitazione intensa o la pressione elevata può indurre la denaturazione delle proteine.
Effetti Strutturali della Denaturazione
La denaturazione delle proteine comporta cambiamenti significativi nella loro struttura.
- La struttura terziaria subisce cambiamenti ancora più drammatici. La conformazione tridimensionale della proteina, che è essenziale per la sua funzione, viene alterata.
- Anche la struttura quaternaria può essere influenzata.
- In alcuni casi, la denaturazione può portare alla precipitazione della proteina, soprattutto se i residui idrofobici esposti interagiscono tra loro, formando aggregati insolubili.
Implicazioni Funzionali della Denaturazione
La denaturazione delle proteine ha profonde implicazioni funzionali.
- Nel contesto enzimatico, la denaturazione può portare alla perdita dell’attività catalitica. Gli enzimi sono proteine che accelerano le reazioni biochimiche, e la loro funzione dipende dalla precisa conformazione del sito attivo.
- Anche le proteine strutturali, come il collagene, possono perdere la loro funzionalità a seguito della denaturazione.
- Inoltre, la denaturazione può influenzare la stabilità e la solubilità delle proteine.
Tecniche per Rilevare la Denaturazione delle Proteine
Esistono diverse tecniche per rilevare la denaturazione delle proteine.
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- Spettroscopia UV-Vis: Una delle più comuni è la spettroscopia UV-Vis, che misura l’assorbimento della luce da parte delle proteine.
- Spettroscopia di Fluorescenza: Un’altra tecnica è la spettroscopia di fluorescenza, che sfrutta la fluorescenza intrinseca di alcuni residui amminoacidici come il triptofano.
- Spettroscopia di Dicroismo Circolare (CD): La spettroscopia di dicroismo circolare (CD) è particolarmente utile per studiare la struttura secondaria delle proteine.
- Calorimetria a Scansione Differenziale (DSC): Infine, la calorimetria a scansione differenziale (DSC) può essere utilizzata per misurare la stabilità termica delle proteine.
Prevenzione della Denaturazione delle Proteine
Prevenire la denaturazione delle proteine è cruciale in molte applicazioni biotecnologiche e farmaceutiche.
- L’aggiunta di stabilizzanti come i sali, i polialcoli (ad esempio, il glicerolo) e i detergenti può aiutare a prevenire la denaturazione.
- Un’altra strategia è l’ingegneria proteica, che coinvolge la modifica della sequenza amminoacidica per aumentare la stabilità della proteina.
- Infine, l’immobilizzazione delle proteine su supporti solidi può aumentare la loro stabilità.
La Denaturazione delle Proteine negli Alimenti
La denaturazione avviene mediante vari processi, il più significativo e irreversibile è il calore. Anche il raffreddamento e la congelazione denaturano le proteine, ma in tempi molto più lunghi e in modo reversibile: rinnalzando la temperatura le proteine si ridispongono nella forma nativa, ovvero per quanto riguarda i legumi si “raggomitolano” di nuovo.
La denaturazione delle proteine è un processo “cooperativo”: dopo che la proteina ha cominciato a denaturarsi, diventa sempre più sensibile al processo.
I tempi di denaturazione variano per quantità e qualità. Le proteine di un arrosto da 1 kilo e mezzo cominceranno a denaturare molto dopo e molto più lentamente di quelle di una bistecca sulla griglia.
Ad esempio, le proteine di un trancio di tonno cotto in padella cominciano a denaturare abbastanza velocemente a 45°C, per poi aumentare la denaturazione a 60 °C, ovvero la loro struttura ad elica all’aumentare della temperatura si modifica, contraendosi: abbiamo una perdita pesante e irreversibile di liquidi e un cambiamento di colore, ovvero il tonno diventerà grigio e stoppaccioso.
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Le proteine da farine amidacee, ad esempio, hanno una struttura a gomitolo, che con la denaturazione si distende e si assetta in modo da creare legami più “elastici” con l’acqua, nel momento in cui la riceve. Un comportamento vagamente simile alla proteina del grano, il glutine. Ecco perchè quando la farina di legumi è denaturata è più lavorabile, ad esempio per preparare la pasta fresca di legumi.
Ecco perchè la denaturazione della pasta fresca senza glutine solo ponendo l’impasto in frigo non è sufficiente a stabilizzare la pasta e dovremo di nuovo faticare a lavorarla, una volta tirata fuori dal frigo.
Anche la formazione di schiume (come l’albume montato a neve o la pasta di legumi che cuoce), avviene grazie alla denaturazione delle proteine che si dispiegano e si dispongono a inglobare l’aria (albume) o il liquido (pasta). Nel caso dell’albume la denaturazione è reversibile…tanto è vero che se vi è capitato di lasciare lì per un po’ l’albume montato, piano piano ridiventa fluido. Poi cuocendolo (come nella meringa) la denaturazione diventa irreversibile.
Altri trattamenti come l’essicamento o i trattamenti meccanici come l’impastamento e la laminazione sono in grado di denaturare le proteine. Ciò avviene con lavorazioni molto intense e lunghe, come avviene nella lavorazione industriale delle paste di legumi, per ottenere la pasta secca.
In ogni caso, la denaturazione comporta almeno due trasformazioni importanti negli alimenti:
- inattivazione degli enzimi (purtroppo), anche se va detto che in cottura comunque gli enzimi vanno persi.
- incremento della sensibilità agli enzimi digestivi, ovvero un aumento notevole della digeribilità, soprattutto dei legumi.
Questa seconda trasformazione ci interessa molto, e ho verificato in molte testimonianze, che le persone digeriscono molto meglio un pane o una pasta realizzati con farine di legumi denaturate.
C’è una scuola, soprattutto vegana, che considera la denaturazione un trattamento negativo per la perdita di alcuni nutrienti. Il mio punto di vista è che queste perdite sono inferiori al guadagno di sapore e digeribilità che si ha con la denaturazione. D’altra parte, qualsiasi cottura impoverisce gli alimenti e non è un caso che tutti i legumi (tranne piselli e fave fresche) devono essere cotti per poterli mangiare: sono alimenti che la natura evidentemente non ha predisposto per l’alimentazione immediata dell’uomo, come del resto i cereali e gli pseudo, ovvero tutto ciò che contiene amidi.
Denaturazione delle Farine Senza Glutine
Per tutti questi motivi, da anni alla nostra scuola denaturiamo le farine senza glutine) in forno a 90 °C per 3 ore, il miglior modo per denaturare in modo irreversibile queste farine. E le utilizziamo per tutte le preparazioni, non solo per realizzare la pasta fresca, per cui la denaturazione è indispensabile. Difatti il pane viene molto più buono e digeribile, anche crepes e waffles.
Per questo le proteine delle farine senza glutine vanno denaturate per tutto quel tempo in forno (3 ore). Precisamente le proteine dei legumi ad esempio, denaturano a 87°C con una curva termica di appunto 3 ore. (Tuttavia i nostri forni non garantiscono una stabilità termica, ecco perchè utilizziamo i 90°C).
Va detto quindi che tostare le farine per un quarto d’ora in padella non è denaturarle: la denaturazione avviene con un processo molecolare molto lungo, che ti ho accennato prima. Un passaggio troppo violento e anche inutile in questo caso. Anche il trattamento con food cookers come il Bimbi ad esempio, con programmi di tempi inferiori e a temperature più elevate, non è denaturare, bensì tostare, sicuramente in modo più uniforme che in padella. La tostatura rende sicuramente le farine più gradevoli, (anche una volta denaturate), e va bene per addensare le besciamelle o le creme. Per fare il pane invece la tostatura è inutile, poiche poi andrà in forno ad almeno 160 °C, quindi avremmo un prodotto troppo “cotto”: sia il sapore che le proprietà ne risentirebbero.
Come Denaturare le Farine in Casa
E’ molto semplice: procurati 3 o 4 teglie da forno, puoi utilizzare anche le leccarde già presenti nel forno. Ricoprile con carta forno. Stendi la farina scelta sulla carta forno, allo spessore massimo di mezzo cm. Inforna per 3 ore a 90°C . Io ho un forno da casa in cui utilizzo la funzione ventilata (fai così anche tu). Se hai un forno professionale o semiprofessionale, schiaccia il tasto esclusione ventola e inforna. Puoi utilizzare anche la base del forno (che non si usa per le cotture), perchè la temperatura è molto bassa e sicuramente non bruciano.
Conservazione
Nei vasi di vetro, nei mobiletti della cucina. Anche in estate non si formano le farfalline. Comunque quando fa caldo, per sicurezza, trasferisci tutte le farine in frigorifero o nel freezer.