Caracaterización Proteómica y funcional de las principales fracciones proteínicas de la torta residual dela Jatropha Curcas no tóxica

Abstract

RESUMEN: En México se han reportado genotipos no tóxicos de Jatropha curcas, la torta residual obtenida después de la extracción de aceite se presenta como una fuente potencial de proteína para usos alimentarios. Sin embargo, la caracterización de las proteínas de la torta aún se desconoce. El objetivo de este trabajo fue llevar a cabo la caracterización molecular de las proteínas de almacenamiento de semilla de J. curcas. Las proteínas de la torta se fraccionaron previamente de acuerdo con el procedimiento de Osborne. La principal fracción proteica en la torta de J. curcas estuvo representada por glutelinas, el análisis electroforético mostró que las glutelinas y las globulinas tienen el mismo perfil, lo que indica que el proceso de extracción de aceite podría tener efecto sobre la aglomeración de las globulinas. Las fracciones proteicas se analizaron mediante electroforesis bidimensional en gel y espectrometría de masas; los resultados proporcionaron un nuevo conjunto de datos de especies de proteínas o proteoformas que se acumulan en el endospermo. Las albúminas, proteínas hidrosolubles, son ricas en diferentes especies relacionadas con el metabolismo de carbohidratos y otras proteínas involucradas en el metabolismo de lípidos, nitrógeno y purinas. También se detectaron proteínas relacionadas con la desintoxicación de xenobióticos. La identificación de proteínas tóxicas como la curcina, podría indicar que esta tiene un papel importante en las semillas, aunque la cantidad presente puede no ser suficiente para causar efectos tóxicos. Se identificaron proteínas reguladoras tales como las subunidades del proteosoma, 14-3-3 y Nucleósido-Difosfato quinasas, que son componentes de las vías de señalización. También se identificó un grupo de diferentes especies de proteínas de choque térmico y de defensa contra el estrés, así como proteasas relacionadas con la actividad inhibidora de la Dipeptidil Peptidasa IV; esto podría apoyar el uso potencial de la torta de J. curcas como alimento nutracéutico. Además, se investigaron las propiedades fisicoquímicas y funcionales de la harina desgrasada y las principales fracciones proteicas. La harina desgrasada (JCDM) y sus cuatro fracciones contenían la mayoría de los aminoácidos esenciales. Las subunidades de las fracciones proteicas se encontraron en pesos moleculares que oscilan entre 20.0 y 70.0 kDa. En general, la harina desgrasada y las fracciones tuvieron el mejor rendimiento en condiciones alcalinas (por encima de pH 9), presentando una elevada solubilidad, propiedades emulsificantes y espumantes. En comparación con el aislado proteico de soya, las fracciones de proteína y la harina desgrasada exhibieron una mejor capacidad de absorción de aceite y propiedades emulsificantes, pero menor capacidad de retención de agua. La harina desgrasada mostró la mayor capacidad de formación de espuma a pH 9, mientras que la fracción de glutelinas mostró la mejor estabilidad del volumen de la espuma en todos los rangos de pH evaluados. Los resultados revelaron que podrían producirse harina desgrasada y fracciones proteicas con propiedades funcionales adecuadas para utilizarse como un buen ingrediente en sistemas alimentarios. Sin embargo, son necesarios más estudios para diseñar un procedimiento que permita extraer estas proteínas con calidad alimentaria y contribuir a mejorar la viabilidad financiera y la sostenibilidad de una industria de biodiesel a partir de Jatropha. ABSTRACT: Jatropha curcas non-toxic genotypes have been reported in Mexico; the residual press-cake obtained after oil extraction, represents a potential of new source of protein for food and feed uses. However, the characterization of the press-cake proteins is still unknown. The aim of this work was to carry out the molecular characterization of J. curcas seed storage proteins. Proteins in press-cake were pre-fractionated according to the classical Osborne procedure. The main protein fraction in J. curcas cake was represented by glutelins, the electrophoretic analysis showed that glutelins and globulins have the same profile, indicating that oil extraction process could have effect on globulins agglomeration. Protein fractions were analysed by two-dimensional gel electrophoresis and mass spectrometry, results provide a new dataset of protein species or proteoforms that are accumulated in J. curcas endosperm. The albumins, water-soluble proteins, are rich on different protein species related with carbohydrate metabolism and other proteins involved in lipids, nitrogen, and purines metabolism. Proteins related with detoxification of xenobiotics were also detected. The identification of toxic proteins such as curcin, could represent that this protein has important roles in seeds, although the amount present may be not enough to cause toxic effects. Regulatory proteins such as proteasome subunits, 14-3-3 and Nucleoside-diphosphate kinases, which are components of signaling pathways were identified. A group of different heat shock and stress defence protein species were also identified, as well as Proteases related with inhibitory activity against dipeptidyl peptidase IV; this could support the potential use of J. curcas cake as nutraceutical food. In addition, the physicochemical and functional properties of the defatted meal and major protein fractions were investigated. Defatted Meal (JCDM) and its four fractions contained most of the essential amino acids. The subunits of protein fractions were found with molecular weight ranging from 20.0 to 70.0 kDa. In general, defatted meal and protein fractions had the best performance at alkaline conditions (above pH 9), presenting a high solubility, emulsifying and foaming properties. As compared with soy protein isolate, the protein fractions and defatted meal exhibited better oil absorption capacity and emulsifying properties, but less water holding capacity. Defatted meal showed the highest foam capacity at pH 9, while the glutelin fraction showed the best foam volume stability in all the pH range evaluated. The results revealed that defatted meal and protein fractions with suitable functional properties could be produced to be used as a good protein ingredient in food systems. However, further studies are needed to devise a procedure to extract these proteins in a food-grade manner and contribute to enhance the financial viability and sustainability of a Jatropha-based biodiesel industry