A tese consistiu no estudo por técnicas reológicas da dinâmica de géis e dispersões da gliadina do glúten do trigo em meios de dimetilsulfóxido (DMSO), dimetilformamida (DMF) e formamida puros e em suas misturas com a água. Investigou-se o efeito da temperatura e das concentrações das espécies componentes (proteína e constituintes dos sistemas solventes) sobre o comportamento de fluxo e de deformação dos sistemas. Foram realizados testes em regime estacionário, ensaios transientes e ensaios dinâmicos (oscilatórios). A caracterização da proteína nos diversos meios foi realizada através de técnicas de espalhamento de luz dinâmico e estático e de espalhamento de raios X em baixos ângulos. Esses recursos permitiram descrever a distribuição de populações da proteína nos géis e dispersões, em suas formas livres ou associadas, assim como estimar aspectos de tamanho e mobilidade a partir da determinação dos raios hidrodinâmicos e coeficientes de difusão. As composições de aminoácidos da gliadina, na fração bruta e em uma fração isolada em meio etanólico, foram determinadas por técnicas de CLAE Cromatografia Líquida de Alta Eficiência. Um isolamento preliminar das sub-frações de gliadina foi obtido por outra técnica cromatogrática (FPLC Fast Polymer Liquid Chromatography). Foram ainda desenvolvidos estudos relativos ao efeito de gliadina sobre a bicamada lipídica de vesículas gigantes de fosfolipídio, através da técnica de aspiração por micropipetas, com monitoramento por vídeo-microscopia. O objetivo foi o de se verificar o eventual efeito da proteína sobre a constante de elasticidade, kc, da bicamada. Os resultados obtidos podem ser resumidos como se segue: a) o comportamento viscoelástico apresentado pela gliadina mostrou dependência com a natureza e a composição do meio de dispersão. Foi verificada a ocorrência de comportamento tixotrópico ou reopéxico como função da temperatura e um comportamento cíclico para a viscosidade em função do tempo. b) foi possível correlacionar alguns aspectos da estrutura molecular e polaridade do solvente com a maior ou menor capacidade de formação de gel de gliadina: solventes com regiões apolares mais expressivas, como DMSO e DMF (ε= 47,24 e 38,25, respectivamente) induzem a formação de géis rígidos, enquanto um composto como formamida, destituído de um domínio apolar minimamente significativo e ε maior que o da água (ε = 84), tem capacidade significativamente menor de promover a formação de géis com as mesmas características de rigidez. c) os géis são formados por unidades com raios de giro da ordem de 15Å, além de agregados de tamanhos bem maiores. Considerando-se a massa molar média de 32 350 g/mol para a gliadina em nossa amostra, é de se supor que a proteína encontre-se muito compactada no gel (considere-se que lisozima, com massa molar muito menor, igual a 14300 g/mol, possui raio de giro nesse mesmo valor). Um modelo de enovelamento interpenetrante, proposto em nosso grupo através de métodos de dinâmica molecular para a conformação da gliadina, seria assim compatível com essas observações experimentais. d) gliadina ω, seletivamente extraída por tratamento com etanol, mostrou-se capaz de reduzir a elasticidade de membranas de microvesículas de fosfolipídios, aumentando o valor de sua constante de curvatura kc. Um efeito de saturação foi observado, para razões de massa gliadina/DOPC ~2-3%. e) coeficientes de difusão para dispersões de gliadina são da ordem de 10-10 cm2.s-1, com raios hidrodinâmicos na faixa nm-µm. Duas populações dinamicamente distintas foram identificadas nos géis de gliadina. f) o grau de polidispersão e o tamanho dos agregados mostraram dependência com a concentração da proteína nos géis: são gerados agregados menores (diminuição da massa molar média) em tamanhos mais uniformes (menor polidispersão), com o aumento da concentração de gliadina. Essa mesma tendência de variação é observada como função do tempo, indicando a ocorrência de rearranjos estruturais na fase de envelhecimento dos géis. / The thesis consisted in a rheological study of the dynamics of gels and dispersions of gliadin from wheat gluten in pure dimethylsulfoxide, dimethylformamide or formamide and in their mixtures with water. The effect of temperature and that of the concentration of the component species (protein and solvent constituents) on flow behavior and deformation were evaluated. Steady-state, transient and dynamical (oscillatory) tests were performed. Protein characterization in the various media was performed through dynamic and static light scattering and small angle X ray scattering techniques. The application of techniques allowed to describe the distribution of protein populations in the gels and dispersions, in their free and associated forms, as well as to estimate their size and mobility, through the determination of the hydrodynamical radii and diffusion coefficients. The amino acid compositions of gliadin, both in the crude protein and in an isolated fraction in ethanol, were determined by HPLC technique. A preliminary isolation procedure of gliadin sub-fractions was achieved by another chromatographic technique (FPLC). The effect of gliadin on the phospholipid bilayer of giant vesicles was studied through the technique of micropipet aspiration coupled to videomicroscopy. The aim was to verify the possible effect of protein on the elasticity constant, kC of the bilayer. Results obtained can be summarized as follows: a) the viscoelastic behavior presented by gliadin was found to be dependent on the nature and composition of the dispersing media. Temperature-dependent tixotropic or rheopexic behavior were observed, as well as a cyclic behaviour for viscosity as a function of time. b) it was possible to correlate some aspects of solvent molecular structure and polarity with its greater or lesser capacity of gel formation: solvents with more expressive apolar regions, such as DMSO and DMF (ε = 47,24 and 38,25, respectively) induce formation of rigid gels, whereas a compound such as formamide, devoid of a minimally significant apolar domain and ε greater than that of water (ε = 84), is significantly less able to promote gel formation with the same characteristics of rigidity. c) gels are formed by units with gyration radius around 15Å and also by aggregates of greater size. Considering that the average molar mass in our sample for gliadin is 32350, one can assume that the protein is very densely packed in the gel (consider for instance that lysozyme, with a much lower molar mass, 14300 g/mol, has a gyration radius of this same size). A compact, interpenetrating folding model for gliadin, developed in our group through molecular dynamics, is compatible with such experimental observations. d) ω gliadin, selectively extracted in ethanol, was found to be able to reduce membrane elasticity of phospholipid microvesicles, by increasing its elastic curvature constant kC. A saturation effect was observed, for a mass ratio as low as gliadin/DOPC ~2-3%. e) diffusion coefficients for gliadin dispersions are circa 10-10 cm2.s-1, with hydrodynamical radii in the nm-µm range. Two dynamically distinct populations are identified in the gliadin gels. f) gel polydispersity and aggregate size depend on protein concentration: smaller aggregates (lower average molar mass) of more uniform sizes are produced for increasing gliadin concentration. Variation with time followed the same pattern, indicating that structural rearrangements take place during gel aging.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-04082009-115220 |
| Date | 04 August 2004 |
| Creators | Monteiro, Angela Maria Ferreira |
| Contributors | Arêas, Elizabeth Pinheiro Gomes |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Tese de Doutorado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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