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AUTO – OXIDACIÓN II
LÍPIDOSOxidación IIa
1
AUTO – OXIDACIÓN II2
• AUTO-OXIDACIÓN• Radicales libres• Oxigeno triplete• Radicales Peroxi (ROO°)
• FOTO-OXIDACIÓN• Lipooxigenasas • Fotooxigenación/Cicloadición
Ataque de oxigeno singuletea doble ligadura de Ac. Graso
• Formación de ROOH• Ruptura de ROOH a radicales
• ROO•• RO•• R•• HO•
INICIACIÓN AUTO-OXIDACIÓN
AUTO – OXIDACIÓN 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)
3
AUTO – OXIDACIÓN 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 __
4
AUTO – OXIDACIÓN 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 ↑_
5
AUTO – OXIDACIÓN II
Composición del orbital molecular …
Orbital molecular Duración (h)
2py 2pzFase
gaseosa
Fase
líquida
2. Estado
singulete (1Sg)7 -12 10-3
1. Estado
singulete (1Dg)3 x 10-3
10-4 - 10-3
b)
Estado
fundamental
6
(s1)2(s1)
2(s2)2(p)1(p)2
155 kj/mol
52 kj/mol
AUTO – OXIDACIÓN 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)
• O2 singulete, es la especie activa, responsable de la iniciación.
• Los electrones se orientan de dos formas diferentes.
• (Electrones desapareados del O2, pueden alinearse en forma paralela o
antiparalela.
7
AUTO – OXIDACIÓN 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 O2) 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 O2) por 2 (½ - ½)+ 1=1
• Los electrones tienen spin opuesto
• Energía electrostática repulsiva es muy alta
8
AUTO – OXIDACIÓN II
Generación de oxígeno en singulete …• Se genera por diferentes vías.
• 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)
• Tipo I:
Sensibilizador + Ac. graso + hv Intermediario-I (Sen-AG-activado)
Intermediario-I (Sen-AG-activado)+ 3O2 Sen-AG-activa)+ 1O2 (?)
Producto (Ac. graso oxidado) - + Sensibilizador
• Tipo II:
Sensibilizador + 3O2 + hv Intermediario-II (1O2)
Intermediario-II (1O2) + Ac. Graso
Producto (Ac. graso oxidado) + Sensibilizador
9
AUTO – OXIDACIÓN II
…singulete• En alimentos algunas substancias pueden actuar como
fotosensibilizador para producir 1O2 :
• Clorofila-a,
• Feofitina-a,
• Hemoglobina.
• Mecanismo alterno de producción de oxigeno singulete:hv
Sen Sen*Sen* + O2 Sen + 1O2
Triplete Singulete
• El 1O2 puede ahora reaccionar directamente con el ácido graso no
saturado mediante “cicloadición"
10
RHC CH
CH-R1
H
OO
RHC CH
O CH-R
O
H
1
AUTO – OXIDACIÓN II
Hidroperóxidos de la cicloadición (INICIACIÓN) …
ACIDO OLEICO
CH2-CH
2-CH CH CH-CH
2
HO
O
11 10 9 8 712
CH2-CH
2-CH-CH=CH-CH
2
O-OH
11 10 9 8 712 11 10 9 8 712
CH CH-CH2-CH
2
11 10 9 8 712
CH2-CH
H O
O
CH2-CH=CH-CH-CH
2-CH
2
O-OH
11
HIDROPEROXIDO 10 HIDROPEROXIDO 9
AUTO – OXIDACIÓN II
Mecanismo de la auto-oxidación del ácido oleico
-CH2-CH=CH-CH
2-
-CH2-CH=CH-CH- -CH
2-CH-CH=CH- -CH
2=CH-CH-CH
2- -CH-CH=CH-CH
2-
O2O
2O
2 O2
-CH2-CH=CH-CH- -CH
2-CH-CH=CH- -CH
2=CH-CH-CH
2- -CH-CH=CH-CH
2-
. . . .
. . .O-O O-O O-O O-O.
RH RHRH RH
R. R.R.R.
-CH2=CH-CH-CH
2- -CH-CH=CH-CH
2-
O-O O-O
-CH2-CH=CH-CH- -CH
2-CH-CH=CH-
O-O O-OH HH H
11 10 9 8
11 10 9 8 11 10 9 8 11 10 9 8 11 10 9 8
(I) (II)
(III) (IV)
(V) (VI)
HIDROPERÓXIDOS FORMADOS
- COOH 8 10 9 11
- C = C - 9 8 10 9
12
AUTO – OXIDACIÓN II13
AUTO – OXIDACIÓN II
Cicloadición en el ácido linoleico
14
HIDROPEROXIDO 9 HIDROPEROXIDO 10 HIDROPEROXIDO 12 HIDROPEROXIDO 13
AUTO – OXIDACIÓN II
Auto-oxidación del ácido linoleico …
-CH=CH-CH2-CH=CH-RH
-CH=CH-CH-CH=CH-
.R.
-CH=CH-CH=CH- -CH=CH-CH=CH-CH--CH
-CH-CH=CH-CH=CH- -CH=CH-CH=CH-CH-
O2
O2
O O. OO.RH
R
RH
R.
(I)
(II) (III)
(IV) (V)
-CH-CH=CH-CH=CH-
O O
-CH=CH-CH=CH-CH-
OO
ROOROO. .
(VI) (VII)
13 12 10 9
13 12 10 911
1113 12 10 911
H H
.
. .
3 3
15
PEROXIDOS 13 Y 9
AUTO – OXIDACIÓN II16
AUTO – OXIDACIÓN II
Monohidroperóxidos formados por la auto-oxidación (3O2) o la fotoxigenación
(1O2) de los ácidos grasos no saturados …
MONOHIDROPEROXIDOS FORMADOS
AUTO-OXIDACIÓN (3O2)
FOTO-OXIGENACIÓN (1O2)
Ácidos grasos
-OOH (%) -OOH (%)
8 29
9 23 9 50
10 20 10 50 Á. Oleíco
11 28
9 50 9 31
10 18
12 18 Á. Linoleíco
13 50 13 31
9 33 9 21
10 13
12 11 12 13
13 12 13 14
15 13
Á. Linolénico
16 44 16 25
17
AUTO – OXIDACIÓN II18
MONOHIDROPEROXIDOS FORMADOS POR LA AUTOXIDACIÓN (
3 O2) O LA FOTOXIGENACIÓN (
1 O2) DE
LOS ÁCIDOS GRASOS NO SATURADOS
MONOHIDROPEROXIDOS FORMADOS
AUTOXIDACIÓN (3O2) FOTOXIGENACIÓN (
1O2)
Ácidos grasos
-OOH -C=C- (%) -OOH -C=C- (%)
8 9 29
9 10 23 9 10 50
10 8 20 10 8 50
Á. Oleíco
11 9 28
9 10, 12 50 9 10, 12 31
10 8, 12 18
12 9,13 18
Á. Linoleíco
13 9, 11 50 13 9, 11 31
9 10, 12, 15 33 9 ? 21
10 ? 13
12 9, 13, 15 11 12 ? 13
13 9, 11, 15 12 13 ? 14
15 ? 13
Á. Linolénico
16 9, 12, 14 44 16 ? 25
AUTO – OXIDACIÓN II
LÍPIDOSOxidación IIb
(Metales Pesados)
19
AUTO – OXIDACIÓN 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
20
AUTO – OXIDACIÓN 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.
21
AUTO – OXIDACIÓN II
Acción de metales pesados sobre la auto-oxidación …
1. ACELERACIÓN DE LA DESCOMPOSICIÓN DE LOS
HIDROPEROXIDOS.
Mn+ + ROOH M(n+1)+ + RO.
+ OH-
M(n+1)+ + ROOH Mn+ + ROO.
+ H+
• M: Ion de metal pesado (Mn+, M(n+1)+)
• Se requiere de existencia de hidroperoxidos para su
descomposición a radicales.
22
AUTO – OXIDACIÓN II
… acción de metales pesados sobre la auto-oxidación
…
2. REACCIÓN DIRECTA CON EL SUSTRATO NO OXIDADO.
Mn+ + 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.
1O2
- e-
Mn+ + O2 M(n-1)+ + O2
-
+ H+
HO2
.
23
AUTO – OXIDACIÓN II
… descomposición de los hidroperóxidos del ácido linoleico por
metales pesados y compuestos hemo …
aKrel
pH 7 pH 5.5
Ion de metal pesado
Fe3+ 1 100
Fe2+ 14 1000
Cu2+ 0.2 1.5
Co3+ 6*102 1
Mn2+ 0 0
Compuesto hemo
Metahemoglobina 5*103 7.6*103
Citocromo C 2.6*103 3.9*103
Oxihemoglobina 1.2*103
Mioglobina 1.1*103
Catalasa 1
PEROXIDASA 1
24
a La constante de velocidad se obtuvo para la reacción en presencia de Fe3+ a pH 7
(Krel =1) del Hidroperoxido del ácido linoleico emulsionado en tampón a 23 °C
(aKrel es la constate de velocidad relativa)
AUTO – OXIDACIÓN 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.
Alimentos
procesados
térmicamente !!!!
Tratamiento térmico
(2min / °C)
Peroxidación del ácido
linoleico
(mol O2/min)
Actividad
enzimatica, (%)
25 8.7 100
53 10.5 100
90 47.5 80
120 79.5 50
140 96.0 14
25
? {inhibición estérica}
AUTO – OXIDACIÓN II
… acción de metales pesados sobre la auto-oxidación
…
4. ACCION DE METALES EN METALOPROTEÍNAS: COMPUESTOS
• HEMO (Fe2+) (hemoglobina, mioglobina, citocromo C) y
• HEMINA (Fe3+) (Peroxidasa, catalasa).
Proteína hemo (H2O) + ROOH
Proteína hemo (ROOH)
H2O
Proteína hemo (H2O) + RO.
+ .OH
26
OH
Fe
ROOH ROO
OH2
OOR
Fe
RO
Fe
O.. .
OXY-HEME
RADICAL
AUTO – OXIDACIÓN 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
O2
O2 H
2O
2
H2
-e e
H H2O
OH.
H
H2O
e e
e:electrón
.superoxido dismutasa
catalasa
+
+ +
27
AUTO – OXIDACIÓN II
Anión radical superóxido (O2) …
• Agente reductor cuyas propiedades químicas dependen del pH, conforme
con el equilibrio:
• 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
28
O2 H
HO2
.(pKS : 4
.8 ) (solo bajo condiciones ácidas)- + +
-O22 H2 H
2O
2O
2
-H2O
2 relativamente inerte
++ +
AUTO – OXIDACIÓN II
Radical O2 producido por enzimas flavínicas (xantin oxidasa)
ADP-Fe3
NADPH NADP
ADP-Fe2 H
O2
[ ADP-Fe2 3
-O2
ADP-Fe -O2
. ]
Cit P-450
reductasa+
+
+ + +
+ +
29
RH + ADP-Fe3+ -- O2
. R
. + ADP-Fe2+ -- O2H
R .
+ O2 ROO .
ROO.
+ ADP-Fe2+ -- O2H ROOH + ADP-Fe3+ -- O2 .
AUTO – OXIDACIÓN II
Producción del radical superóxido (O2) por
autoxidación de tiol …
Fe3+ + RSH Fe2+ + RS.
+ H+
RSH + RS + O2 RSSR + H+ + -.
O2
Neutralización:
Fe3+ + O2-. Fe2+ + O2
30
AUTO – OXIDACIÓN II
H2O2 inerte en ausencia de metales pesados, Luz-UV, altas
Temperaturas …
• HO.
altamente reactivo: HO.
+ RH R + H2O
• Reacciona no selectivamente con todos los componentes
orgánicos de los alimentos
• Podría iniciar peroxidación lipídica
• REACCIÓN DE FENTON: importante para inicio de auto-
oxidación lipídica entre anión radical superóxido con H2O2
31
-O
2
2O
2
ADP-Fe
ADP-Fe
3HO
.
H2O
2
OH-
+
++
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