Péptidos bioactivos de globulinas de amaranto : Una aproximación computacional y experimental

Los péptidos bioactivos (PB) son secuencias cortas (3-20 residuos) que se encuentran encriptadas en proteínas alimentarias y son capaces, al ser ingeridos, de modular la actividad biológica de diferentes enzimas humanas, entre otros efectos. Siendo los objetivos específicos del trabajo de tesis presentado • Incorporar el uso de herramientas bioinformáticas en el estudio e identificación de péptidos bioactivos (PB) • Evaluar la potencialidad de la fracción proteica globulinas de Amaranto como fuente de PB para su utilización como ingrediente alimentario y/o desarrollo de alimentos funcionales mediante estudios computacionales e ensayos in vitro El trabajo realizado se dividió en tres etapas: - Estudio de la ocurrencia de PB previamente identificados en todas las proteínas de secuencia conocida: Si bien es aceptado que cualquier proteína puede ser fuente de PB, en este trabajo se ha indagado en las características globales de las proteínas que los contienen y si es que existe alguna relación estructural y secuencial entre las misma. - Estudio in vitro de la presencia de péptidos con actividad hipocolesterolémica en la fracción globulina de amaranto. Se estudió la capacidad inhibitoria de un aislado proteico de amaranto y de su hidrolizado (obtenido por simulación de proceso de digestión gastrointestinal) sobre la enzima 3-hidroxi-3-metilglutaril-CoA reductasa (HMGR), una de las enzimas clave del metabolismo del colesterol. Se estudió mediante estudios computacionales la presencia de inhibidores peptídicos ya conocidos de HMGR en la fracción globulinas de amaranto. - Estudios de la relación estructura actividad de péptidos de amaranto con actividad antritrombotica (inhibidores de la enzima trombina) y péptidos con actividad antioxidante. Con el objetivo de caracterizar posibles mecanismos de acción de péptidos de amaranto con diferentes actividades utilizando técnicas in silico. Dentro de los resultados as relevantes alcanzados cabe destacar la implementación de un abordaje conjunto de metodologías bioinformáticas y experimentales a la identificación y caracterización de péptidos bioactivos en al área ciencia y tecnología de alimentos. Si bien es aceptado que cualquier proteína puede ser fuente de PB, los resultados encontrados sugieren que la ocurrencia de PB podría deberse no solo al azar. Este trabajo constituye el primer análisis de ocurrencia exacta de péptidos bioactivos previamente reportados en todo el universo de proteínas de secuencia conocida, que nos permitió indagar en las características globales de las proteínas que los contienen y si es que existe alguna relación estructural y secuencial entre las misma.Facultad de Ciencias Exacta

Large-scale mapping of bioactive peptides in structural and sequence space

Health-enhancing potential bioactive peptide (BP) has driven an interest in food proteins as well as in the development of predictive methods. Research in this area has been especially active to use them as components in functional foods. Apparently, BPs do not have a given biological function in the containing proteins and they do not evolve under independent evolutionary constraints. In this work we performed a large-scale mapping of BPs in sequence and structural space. Using well curated BP deposited in BIOPEP database, we searched for exact matches in non-redundant sequences databases. Proteins containing BPs, were used in fold-recognition methods to predict the corresponding folds and BPs occurrences were mapped. We found that fold distribution of BP occurrences possibly reflects sequence relative abundance in databases. However, we also found that proteins with 5 or more than 5 BP in their sequences correspond to well populated protein folds, called superfolds. Also, we found that in well populated superfamilies, BPs tend to adopt similar locations in the protein fold, suggesting the existence of hotspots. We think that our results could contribute to the development of new bioinformatics pipeline to improve BP detection.Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimento

Estudio de la ocurrencia de péptidos bioactivos en proteínas de secuencia conocida mediante métodos bioinformáticos

Los péptidos bioactivos (PB) son secuencias cortas (3-20 residuos) que se encuentran encriptados en proteínas alimentarias y son capaces, al ser ingeridos, de modular la actividad biológica de diferentes enzimas humanas desempeñando papeles clave en diferentes metabolismos tales como la regulación de la presión sanguínea, estimulando o suprimiendo la acción del sistema inmunológico, modulando la actividad del sistema nervioso entre otros. Si bien es aceptado que cualquier proteína puede ser fuente de péptidos bioactivos, aun no se ha indagado en las características globales de las proteínas que los contienen y si es que existe alguna relación estructural y secuencial entre las misma. Se seleccionaron de la base de datos BIOPEP 1.679 péptidos con longitudes mayores a 5 residuos para realizar la búsqueda de ocurrencias exactas en proteínas de secuencia conocida utilizando la base de datos no redundante de NCBI. De esta forma se identificaron 88.909 secuencias con longitudes que abarcan desde 6 a 13.256 residuos que presentaron de 1 a 65 ocurrencias exactas de al menos un PB en su secuencia. Con el objeto de caracterizar las secuencias que contienen al menos un péptido y estudiar si existe correlación entre la estructura, tipo de plegamiento o superfamilia estructural y la ocurrencia y actividad del PB se realizó la asignación de dominios estructurales mediante búsquedas de similitud secuencial con el algoritmo BLAST contra la base de datos de dominios estructurales de CATH. Se asignó estructura a 58.167 secuencias (72,2 % de la cantidad inicial). Las secuencias a las cuales fue posible asignar estructura se agruparon en 333 superfamilias de dominios según CATH de los cuales solo cuatro plegamientos agrupan el 87,54 % de las secuencias. Se estudió la distribución de los distintos tipos de PBs por superfamilia estructural, encontrándose que, las distintas superfamilias pueden tener varios PBs iguales o con distintas propiedades biológicas. El total de superfamilias fue divido en dos, considerando arbitrariamente el número de 5 ocurrencias de PBs como límite. Con el objetivo de indagar si las proteínas con más de 5 PBs tienen alguna particularidad funcional, se analizó las distribuciones del número de términos GO (Gene Ontology) asociados a cada superfamilia, que describen la función molecular, el proceso biológico en donde participa la proteína y el componente celular al que pertenece. Encontramos que las superfamilias con más de 5 PBs son secuencialmente y estructuralmente más diversas que el grupo con menor número de PB y, además, son secuencialmente y estructuralmente más diversas que todas las superfamilias de CATH tengan o no PBs. Estos resultados son promisorios para desarrollar herramientas bioinformáticas para identificar nuevas posibles proteínas conteniendo PBs basándose en características globales de la proteína y no en el conocimiento previo de PBs ya caracterizados y depositados en bases de datos.Universidad Nacional de La Plat

Estudio de la ocurrencia de péptidos bioactivos en proteínas de secuencia conocida mediante métodos bioinformáticos

Los péptidos bioactivos (PB) son secuencias cortas (3-20 residuos) que se encuentran encriptados en proteínas alimentarias y son capaces, al ser ingeridos, de modular la actividad biológica de diferentes enzimas humanas desempeñando papeles clave en diferentes metabolismos tales como la regulación de la presión sanguínea, estimulando o suprimiendo la acción del sistema inmunológico, modulando la actividad del sistema nervioso entre otros. Si bien es aceptado que cualquier proteína puede ser fuente de péptidos bioactivos, aun no se ha indagado en las características globales de las proteínas que los contienen y si es que existe alguna relación estructural y secuencial entre las misma. Se seleccionaron de la base de datos BIOPEP 1.679 péptidos con longitudes mayores a 5 residuos para realizar la búsqueda de ocurrencias exactas en proteínas de secuencia conocida utilizando la base de datos no redundante de NCBI. De esta forma se identificaron 88.909 secuencias con longitudes que abarcan desde 6 a 13.256 residuos que presentaron de 1 a 65 ocurrencias exactas de al menos un PB en su secuencia. Con el objeto de caracterizar las secuencias que contienen al menos un péptido y estudiar si existe correlación entre la estructura, tipo de plegamiento o superfamilia estructural y la ocurrencia y actividad del PB se realizó la asignación de dominios estructurales mediante búsquedas de similitud secuencial con el algoritmo BLAST contra la base de datos de dominios estructurales de CATH. Se asignó estructura a 58.167 secuencias (72,2 % de la cantidad inicial). Las secuencias a las cuales fue posible asignar estructura se agruparon en 333 superfamilias de dominios según CATH de los cuales solo cuatro plegamientos agrupan el 87,54 % de las secuencias. Se estudió la distribución de los distintos tipos de PBs por superfamilia estructural, encontrándose que, las distintas superfamilias pueden tener varios PBs iguales o con distintas propiedades biológicas. El total de superfamilias fue divido en dos, considerando arbitrariamente el número de 5 ocurrencias de PBs como límite. Con el objetivo de indagar si las proteínas con más de 5 PBs tienen alguna particularidad funcional, se analizó las distribuciones del número de términos GO (Gene Ontology) asociados a cada superfamilia, que describen la función molecular, el proceso biológico en donde participa la proteína y el componente celular al que pertenece. Encontramos que las superfamilias con más de 5 PBs son secuencialmente y estructuralmente más diversas que el grupo con menor número de PB y, además, son secuencialmente y estructuralmente más diversas que todas las superfamilias de CATH tengan o no PBs. Estos resultados son promisorios para desarrollar herramientas bioinformáticas para identificar nuevas posibles proteínas conteniendo PBs basándose en características globales de la proteína y no en el conocimiento previo de PBs ya caracterizados y depositados en bases de datos.Universidad Nacional de La Plat

Reflexiones sobre la implementación de una propuesta de articulación horizontal en el Área Bioquímica y Control de Alimentos: Trabajo práctico final conjunto

Producto de la participación en la Especialización docente, inquietudes personales, pertenencia a una misma área de trabajo docente y mismo ámbito de trabajo en investigación, algunas docentes decidimos proyectar una innovación que articula horizontalmente dos asignaturas del penúltimo año de la carrera Licenciatura en Ciencias y Tecnología de Alimentos. La propuesta plantea el desarrollo de un alimento nuevo o la modificación de uno existente con total autonomía y responsabilidad de los estudiantes para llevarla adelante, tanto en el diseño como en la realización. En dicha propuesta el rol docente era actuar como moderadores, atendiendo consultas, fundamentando la inviabilidad de algunas técnicas o facilitando los medios existentes para la concreción de otras. El trabajo además debía ser relevado en una producción escrita y en forma oral frente a compañeros y docentes. Con la incorporación de una cuarta docente que hizo propia la propuesta y se sumó a la puesta en marcha, la proyección se concretó y la propuesta de innovación fue implementada. Esa rápida y sostenida implementación pudo concretarse por la participación horizontal de todos los escalafones docentes, tanto en su diseño como en la ejecución; a la aceptación y el compromiso del resto de los docentes del área y a la retroalimentación de la propuesta en función de su desarrollo. Durante las experiencias, detectamos la necesidad de apoyar y mejorar el registro escrito de los estudiantes durante todo el desarrollo del trabajo. En base a ello elaboramos un documento guía que proporciona pautas para la introducción a la escritura académica, enriquecido y fortalecido por las sugerencias de los estudiantes. Así, la misma propuesta que sitúa a los estudiantes en un modo de actuar muy cercano a su futura práctica profesional nos proporciona al equipo de cátedra elementos para su continua modificación y mejora.Secretaría de Asuntos Académico

Adecuación e implementación en el contexto de la pandemia del Trabajo Práctico Final Conjunto, una propuesta de articulación horizontal en el Área Bioquímica y Control de Alimentos

La irrupción de la pandemia en el año 2020 nos obligó a adecuar nuestras prácticas docentes. Desde el año 2017 realizamos un trabajo práctico final conjunto entre dos asignaturas del 4° año de la Licenciatura en Ciencia y Tecnología de Alimentos en la Facultad de Ciencias Exactas con el objetivo de articular contenidos y mejorar las habilidades organizativas y experimentales de lxs estudiantes. Este trabajo se ha consolidado como un nuevo espacio curricular de articulación horizontal entre las dos asignaturas. Presentamos aquí un breve relato de la adecuación de este trabajo práctico final conjunto a las condiciones particulares que hemos vivido en la pandemia y que afectaron fuertemente a la educación superior durante el aislamiento y el distanciamiento social, preventivo y obligatorio, y cómo a partir de esta experiencia hemos podido aprender, revalorizar y flexibilizar nuestra práctica docente, rescatando muchos aspectos positivos.Especialización en Docencia UniversitariaFacultad de Ciencias Exacta

Amaranth peptides with antithrombotic activity released by simulated gastrointestinal digestion

Amaranth protein isolate was obtained and subjected to simulated gastrointestinal digestion to evaluate its potential antithrombotic activity. The protein isolate did not present fibrin clotting inhibition at the concentrations studied, whereas the hydrolysate (DH% = 51.1 ± 3.8%) exhibited inhibition of fibrin coagulation, showing a dose–response behaviour (IC50 = 0.23 ± 0.02 mg/mL), confirming that the enzymatic treatment was able to release bioactive peptides from amaranth proteins. A fraction with high antithrombotic activity was obtained from this hydrolysate, and resulted to be three times more potent than its original sample (IC50 = 0.07 ± 0.01 mg/mL). The absorption of this active fraction was studied with an in vitro peptides transport assay through intestinal epithelium and it was observed that some peptides are able to cross the Caco2-TC7 cell monolayer. Potentially bioactive peptides were found after sequencing them, and informatics tools allowed us to select and locate in their native molecules those peptides prone to inhibit thrombin activity.Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimento

Amaranth as a Source of Antihypertensive Peptides

Amaranth is an ancestral crop used by pre-Columbian cultures for 6000 to 8000 years. Its grains have a relevant chemical composition not only from a nutritional point of view but also due to the contribution of components with good techno-functional properties and important potential as bioactive compounds. Numerous studies have shown that amaranth storage proteins possess encrypted sequences that, once released, exhibit different physiological activities. One of the most studied is antihypertensive activity. This review summarizes the progress made over the last years (2008-2020) related to this topic. Studies related to inhibition of different enzymes of the Renin-Angiotensin-Aldosterone system, in particular Angiotensin Converting Enzyme (ACE) and Renin, as well as those referring to potential modulation mechanisms of tissue or local Renin-Angiotensin-Aldosterone system, are analyzed, including in silico, in vitro, in vivo, and ex vivo assays. Furthermore, the potential use of these bioactive peptides or products containing them, in the elaboration of functional food matrices is discussed. Finally, the most relevant conclusions and future requirements in research and development of food products are presented.Facultad de Ciencias ExactasCentro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimento

Broken Rice as a Potential Functional Ingredient with Inhibitory Activity of Renin and Angiotensin-Converting Enzyme(ACE)

The aim of this work was to evaluate the ability of broken rice, an underutilized industrial by-product, as a potential functional and health promoting ingredient. With this purpose, the ability to inhibit the angiotensin converting enzyme and renin of a rice protein hydrolyzate (RPH) obtained from a high-protein variety of broken rice (var. Nutriar FCAyF) was analyzed (IC₅₀ = 0.87 and 2.7 mg/mL, respectively). RPH was separated by gel permeation chromatography and in a second purification step by RP-HPLC. The sequence of antihypertensive peptides presented in two RP-HPLC fractions was analyzed. Peptides capable of interacting with the active sites of both enzymes were identified. In this study, we demonstrate that the hydrolysis treatment improves functional and biological properties of rice proteins. Protein preparations obtained from a by-product of rice industry, such as broken rice, are a promising ingredient with potentially good biological properties.Facultad de Ciencias Agrarias y ForestalesFacultad de Ciencias ExactasCentro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimento

Study of the Antihypertensive Peptides Derived from Alpha-Lactalbumin Hydrolysate after Simulation of Digestion

Alpha-lactalbumin is a whey protein that is a cheese-making industrial residue of high biological value. The antihypertensive capacity of three peptides obtained from the simulated gastrointestinal digestion of alpha-lactalbumin hydrolysates was studied. The alpha-lactalbumin hydrolysis was performed using the Alcalase enzyme and was subsequently subjected to a simulated digestion process using pepsin and pancreatin enzymes to mimic digestion conditions. The peptides were identified from a RP-HPLC fractionation of the digest and subsequent identification by mass spectrometry analysis. Three peptides from the alpha-lactalbumin sequence were obtained: IWCKDDQNPH (P1), KFLDDDLTDDIM (P2), and DKFLDDDLTDDIM (P3). The in vitro antihypertensive activity of the peptides was determined by studying the inhibition of the angiotensin-converting enzyme, with P1 being the only peptide with antihypertensive activity detected by this methodology (IC₅₀ = 3.91 ± 0.2 mg/mL). In order to correlate the structural (molecular dynamics simulations) and physicochemical properties with potential mechanisms of antihypertensive capacity, in silico methods were performed. The peptides P1, P2, and P3 had a negative global charge and were hydrophilic. After molecular modeling, the peptide structures were submitted to a refinement based on an energy minimization and further molecular dynamics simulation to assess their global size and conformational space. After a 50-nanosecond simulation, the global structures, solvated and immersed in an ionic water solution similar to that of blood, were studied in their solvent-accessible surfaces. A secondary structure (alpha-helix) was observed in the P1 peptide, but in general, all peptides showed an extended folding. The surfaces were charge code colored and in a visual inspection it could be conjectured that all of them exposed the charge, mainly a negative charge, to the solvent surface, in agreement with the GRAVY index, which was also evaluated. In conclusion, the structure and amino acid composition of peptide 1 assessed by in silico studies agrees with the antihypertensive activity obtained by the in vitro study.Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimento