AUTO OXIDACIÓN 1 II LÍPIDOS. Oxidación II a

Transcripción

1 AUTO OXIDACIÓN 1 II LÍPIDOS Oxidación II a

2 AUTO OXIDACIÓN 2 II INICIACIÓN AUTO-OXIDACIÓN Radicales libres Oxigeno triplete Radicales Peroxi (ROO ) FOTO-OXIDACIÓN Lipooxigenasas Fotooxigenación/Cicloadición Ataque de oxigeno singulete a doble ligadura de Ac. Graso Formación de ROOH Ruptura de ROOH a radicales ROO RO R HO AUTO-OXIDACIÓN 1 O 2

3 AUTO OXIDACIÓN 3 II Inicio del proceso de Oxidación POR DOS TIPOS DE REACCIONES 1.- SUPERACIÓN DE BARRERA ENERGÉTICA QUE IMPIDE REACCIÓN DE ÁCIDOS GRASOS INSATURADOS + OXIGENO Foto-oxigenación Producción de hidroperóxidos Lipo-oxigenasas 2.- TRANSFORMACIÓN DE HIDROPEROXIDOS EN RADICALES (POR METALES PESADOS O HEMOPROTEÍNAS)

4 AUTO OXIDACIÓN 4 II Oxígeno singulete (Foto-Oxigenación) LOS DOS ELECTRONES TIENEN SPINES OPUESTOS GRAN REPULSIÓN ELECTROSTÁTICA ESTADO EXCITADO MÁS ELECTROFÍLICO (disposición para participar en reacciones de 2 e - ) REACCIONA MÁS RÁPIDAMENTE SE GENERA POR FOTO SENSIBILIZACIÓN POR LOS PIGMENTOS NATURALES DE LOS ALIMENTOS. OXÍGENO (8) 1s 2s 2px 2py 2pz

5 AUTO OXIDACIÓN 5 II Oxígeno triplete DOS ELECTRONES DE LOS ORBITALES 2p ANTIENLAZANTES TIENEN EL MISMO SPÍN, COLOCADOS EN DISTINTOS ORBITALES. SIGUEN EL PRINCIPIO DE EXCLUSIÓN DE PAULI. SU ENERGÍA ELECTROSTÁTICA REPULSIVA ES BAJA, MENOS ELECTROFíLICO. (participa en reacciones monoelectrónicas con radicales) OXÍGENO (8) 1s 2s 2px 2py 2pz _

6 AUTO OXIDACIÓN 6 II Composición del orbital molecular (s 1 ) 2 (s 1 ) 2 (s 2 ) 2 (p) 1 (p) 2 Orbital molecular Duración (h) 2py 2pz Fase gaseosa Fase líquida 155 kj/mol 2. Estado singulete ( 1 S g ) kj/mol 1. Estado singulete ( 1 D g ) 3 x b) Estado fundamental

7 AUTO OXIDACIÓN 7 II El oxigeno en singulete se cree que es la forma más activa en el deterioro fotoxidativo RESPONSABLE DE LA INICIACIÓN POCO FACTIBLE EL ATAQUE DEL OXIGENO EN SU FORMA MÁS ESTABLE (ESTADO DE TRIPLETE) SOBRE LOS DOBLES ENLACES, YA QUE NO OBEDECE LA REGLA DE CONSERVACIÓN DEL SPIN. Los enlaces de C=C de los ROOH y RH (=estado singulete) O 2 singulete, es la especie activa, responsable de la iniciación. Los electrones se orientan de dos formas diferentes. (Electrones desapareados del O 2, pueden alinearse en forma paralela o antiparalela.

8 AUTO OXIDACIÓN 8 II El oxigeno en singulete se cree que es la forma más activa en el deterioro fotoxidativo Momento angular dado por: 2S+1, S = spin total. El estado. Triplete ( 3 O 2 ) por 2 (½ + ½)+ 1=3. Los 2 electrones tienen el mismo spin Colocados en distintos orbitales Energía electrostática repulsiva es baja. El estado. Singulete ( 1 O 2 ) por 2 (½ - ½)+ 1=1 Los electrones tienen spin opuesto Energía electrostática repulsiva es muy alta

9 AUTO OXIDACIÓN 9 II Generación de oxígeno en singulete Se genera por diferentes vías. Tipo I: La mas Importante en alimentos: fotoxidación por pigmentos naturales. Se han propuesto dos posibles mecanismos; (depende de la estructura de sensibilizador y de ácidos Grasos a ser oxidados) Sensibilizador + Ac. graso + hv Intermediario-I (Sen-AG-activado) Intermediario-I (Sen-AG-activado)+ 3 O 2 Sen-AG-activa)+ 1 O 2 (?) Producto (Ac. graso oxidado ) - + Sensibilizador Tipo II: Sensibilizador + 3 O 2 + hv Intermediario-II ( 1 O 2 ) Intermediario-II ( 1 O 2 ) + Ac. Graso Producto (Ac. graso oxidado ) + Sensibilizador

10 AUTO OXIDACIÓN 10 II singulete En alimentos algunas substancias pueden actuar como fotosensibilizador para producir 1 O 2 : Clorofila-a, Feofitina-a, Hemoglobina. Mecanismo alterno de producción de oxigeno singulete: hv Sen Sen* Sen* + O 2 Sen + 1 O 2 Triplete Singulete El 1 O 2 puede ahora reaccionar directamente con el ácido graso no saturado mediante cicloadición" H O H O O CH-R 1 1 O CH-R RHC CH RHC CH

11 AUTO OXIDACIÓN 11 II Hidroperóxidos de la cicloadición (INICIACIÓN) ACIDO OLEICO CH 2 -CH 2 -CH CH CH-CH CH 2 -CH CH CH-CH 2 -CH 2 O O H H O O CH 2 -CH 2 -CH-CH=CH-CH 2 O-OH HIDROPEROXIDO 10 CH 2 -CH=CH-CH-CH 2 -CH 2 O-OH HIDROPEROXIDO 9

12 Mecanismo de la auto-oxidación del ácido oleico (I) CH 2 -CH=CH-CH CH 2 -CH=CH-CH- -CH 2 -CH-CH=CH- -CH 2 =CH-CH-CH 2 - -CH-CH=CH-CH 2 - (II) AUTO OXIDACIÓN 12 II HIDROPERÓXIDOS FORMADOS - COOH C = C O O O O 2 -CH 2 -CH=CH-CH- -CH 2 -CH-CH=CH- -CH 2 =CH-CH-CH 2 - -CH-CH=CH-CH 2 - (III) (IV) O-O. O-O. O-O. O-O. RH R. -CH 2 -CH=CH-CH- O-OH RH RH R. R. R (V) -CH 2 -CH-CH=CH- O-OH RH -CH 2 =CH-CH-CH 2 - -CH-CH=CH-CH 2 - O-OH (VI) O-OH

13 AUTO OXIDACIÓN 13 II

14 AUTO OXIDACIÓN 14 II Cicloadición en el ácido linoleico HIDROPEROXIDO 9 HIDROPEROXIDO 10 HIDROPEROXIDO 12 HIDROPEROXIDO 13

15 AUTO OXIDACIÓN 15 II Auto-oxidación del ácido linoleico RH R. -CH=CH-CH 2 -CH=CH-. -CH=CH-CH-CH=CH- (I) (III) O O.. RH O O RH R. R (VI) CH -CH=CH-CH=CH- (II) -CH=CH-CH=CH-CH-. O O 2 2. ROO -CH-CH=CH-CH=CH- (IV) -CH=CH-CH=CH-CH- (V) ROO -CH-CH=CH-CH=CH- -CH=CH-CH=CH-CH- (VII) O OH PEROXIDOS 13 Y 9 HO O

16 AUTO OXIDACIÓN 16 II

17 AUTO OXIDACIÓN 17 II Monohidroperóxidos formados por la auto-oxidación ( 3 O 2 ) o la fotoxigenación ( 1 O 2 ) de los ácidos grasos no saturados Ácidos grasos Á. Oleíco Á. Linoleíco Á. Linolénico MONOHIDROPEROXIDOS FORMADOS AUTO-OXIDACIÓN ( 3 O 2 ) FOTO-OXIGENACIÓN ( 1 O 2 ) -OOH (%) -OOH (%)

18 AUTO OXIDACIÓN 18 II MONOHIDROPEROXIDOS FORMADOS POR LA AUTOXIDACIÓN ( 3 O 2 ) O LA FOTOXIGENACIÓN ( 1 O 2 ) DE LOS ÁCIDOS GRASOS NO SATURADOS Ácidos grasos MONOHIDROPEROXIDOS FORMADOS AUTOXIDACIÓN ( 3 O 2 ) FOTOXIGENACIÓN ( 1 O 2 ) -OOH -C=C- (%) -OOH -C=C- (%) Á. Oleíco Á. Linoleíco 9 10, , , , , , Á. Linolénico 9 10, 12, ? 21 10? , 13, ? , 11, ? 14 15? , 12, ? 25

19 AUTO OXIDACIÓN 19 II LÍPIDOS Oxidación II b (Metales Pesados)

20 AUTO OXIDACIÓN 20 II Metales pesados PROMOTORES DE AUTO-OXIDACIÓN EN ALIMENTOS Y GRASAS PRESENTES COMO TRAZAS ORIGEN: (Fe, Cu, Co, Mn) MATERIAS PRIMAS ALIMENTARIAS (ENZIMAS, METALO PROTEÍNAS) PROCESAMIENTO EXTRACCIÓN R-COO- Me + EQUIPOS DE PROCESO POR ABRASIÓN POR DISOLUCIÓN CON R-COOH CONCENTRACIONES CRITICAS, DEPENDE DE: TIPO DE METAL Y COMPOSICIÓN DE LÍPIDOS

21 AUTO OXIDACIÓN 21 II Ejemplos AC. DE GIRASOL O GERMEN DE MAÍZ INSATURADOS) < 0.03 ppm Fe < 0.01 ppm Cu GRASAS CON ALTA RELACIÓN [AC. ESTEARICO/OLEICO] < 5.00 ppm Cu ó Fe.

22 AUTO OXIDACIÓN 22 II Acción de metales pesados sobre la auto-oxidación 1. ACELERACIÓN DE LA DESCOMPOSICIÓN DE LOS HIDROPEROXIDOS. M n+ + ROOH M (n+1)+ + RO. + OH - M (n+1)+ + ROOH M n+ + ROO. + H + M: Ion de metal pesado (M n+, M (n+1)+ ) Se requiere de existencia de hidroperoxidos para su descomposición a radicales.

23 AUTO OXIDACIÓN 23 II acción de metales pesados sobre la auto-oxidación 2. REACCIÓN DIRECTA CON EL SUSTRATO NO OXIDADO. M n+ + RH M (n-1)+ + H + + R. Transcurre probablemente muy despacio. No parece que juegue ningún papel en para iniciar la autoxidación. 3. ACTIVACIÓN DEL OXIGENO MOLECULAR PARA DAR OXIGENO SINGULETE Y RADICALES ÓXIDOS. 1 O 2 M n+ + O 2 M (n-1)+ + O e - + H + HO 2.

24 AUTO OXIDACIÓN 24 II descomposición de los hidroperóxidos del ácido linoleico por metales pesados y compuestos hemo ( a K rel es la constate de velocidad relativa) a K rel ph 7 ph 5.5 Fe Ion de metal pesado Fe Cu Co 3+ 6* Mn Metahemoglobina 5* *10 3 Citocromo C 2.6* *10 3 Compuesto hemo Oxihemoglobina 1.2*10 3 Mioglobina 1.1*10 3 Catalasa 1 PEROXIDASA 1 a La constante de velocidad se obtuvo para la reacción en presencia de Fe 3+ a ph 7 (K rel =1) del Hidroperoxido del ácido linoleico emulsionado en tampón a 23 C

25 AUTO OXIDACIÓN 25 II ruptura de hidroperóxidos por compuestos hemo(ina) mucho más rápida que por iones metálicos VELOCIDAD DE PEROXIDACIÓN DEL ÁCIDO LINOLEICO CATALIZADA POR PEROXIDASA DE RÁBANO SILVESTRE TRATADA POR EL CALOR. Tratamiento térmico (2min / C) Peroxidación del ácido linoleico ( mol O 2 /min) Actividad enzimatica, (%) Alimentos procesados térmicamente!!!! ? {inhibición estérica}

26 AUTO OXIDACIÓN 26 II acción de metales pesados sobre la auto-oxidación 4. ACCION DE METALES EN METALOPROTEÍNAS: COMPUESTOS HEMO (Fe 2+ ) (hemoglobina, mioglobina, citocromo C) y HEMINA (Fe 3+ ) (Peroxidasa, catalasa). OH ROOH ROO.. OOR RO Fe Fe OH 2 Proteína hemo (H 2 O) + ROOH O. Fe OXY-HEME RADICAL Proteína hemo (ROOH) H 2 O Proteína hemo (H 2 O) + RO. +. OH

27 AUTO OXIDACIÓN 27 II Activación enzimática de oxígeno El oxígeno puede ser reducido enzimáticamente hasta agua con formación de tres intermediarios que se diferencian notablemente por su reactividad H -. e e O 2 O 2 H 2 O superoxido dismutasa 2 + 2H e e OH. H 2 O catalasa + + H 2 O e:electrón H

28 AUTO OXIDACIÓN 28 II Anión radical superóxido (O 2 ) Agente reductor cuyas propiedades químicas dependen del ph, conforme con el equilibrio: O H HO 2. (pk S : 4. 8 ) (solo bajo condiciones ácidas) A ph fisiológico existe como anión sin carácter de radical Actúa como agente nucleofílico (hidrólisis de fosfolípidos en membranas celulares No produce peroxidación directa por sustracción de H metilénicos Carácter de radical solo a ph ácido donde prevalece como radical HO2 Ion O2 es estable, reacción de dismutación lenta O 2 + 2H H 2 O 2 + O 2 -H 2 O 2 relativamente inerte

29 AUTO OXIDACIÓN 29 II Radical O 2 producido por enzimas flavínicas (xantin oxidasa) ADP-Fe 3 + NADPH Cit P- 450 reducta sa + NADP ADP-Fe H + O 2 [ ADP-Fe O 2 ADP-Fe -O 2. ] RH + ADP-Fe O 2. R + ADP-Fe O 2 H. R + O 2. ROO ROO. + ADP-Fe O 2 H ROOH + ADP-Fe O 2.

30 Producción del radical superóxido (O 2 ) por autoxidación de tiol AUTO OXIDACIÓN 30 II Fe 3+ + RSH Fe 2+ + RS. + H + RSH + RS + O 2 RSSR + H O2 Neutralización: Fe 3+ + O 2 -. Fe 2+ + O 2

31 AUTO OXIDACIÓN 31 II H 2 O 2 inerte en ausencia de metales pesados, Luz-UV, altas Temperaturas HO. altamente reactivo: HO. + RH R + H 2 O Reacciona no selectivamente con todos los componentes orgánicos de los alimentos Podría iniciar peroxidación lipídica REACCIÓN DE FENTON: importante para inicio de autooxidación lipídica entre anión radical superóxido con H 2 O O 2 ADP-Fe HO + OH - O 2 ADP-Fe 2 + H 2 O 2