Interação intermolecular entre caseínas bovinas e luteína

Abstract

Devido às funções biológicas das moléculas bioativas, sua ingestão pode contribuir com efeitos benéficos à saúde. No entanto, muitas apresentam baixa biodisponibilidade e estabilidade química, o que é um fator limitante para a aplicação destas moléculas. Uma solução para aumentar a estabilidade consiste na formação de complexos entre proteínas e moléculas bioativas, como as caseínas bovinas (as- CNs, ß-CN, e k-CN) e luteína (LUT). Assim, este trabalho determinou os parâmetros termodinâmicos da interação intermolecular entre caseínas bovinas e LUT através da espectroscopia de fluorescência; avaliou o efeito desta interação sobre a atividade antioxidante da LUT utilizando o método DPPH (2,2-difenil-1-picrilhidrazila); e analisou o impacto da formação dos complexos entre caseínas bovinas e LUT sobre a fotodegradação da LUT. Verificou-se que os complexos LUT-caseínas bovinas apresentaram estequiometria 1:1 e a constante de ligação (Kb) foi da ordem de 104 mol. L-1. Baseando-se na variação da entalpia padrão de formação do complexo (?H°), a formação dos complexos foi entalpicamente conduzida, no qual os complexos as-CNs-LUT e k-CN-LUT inicialmente tinham uma ligação endotérmica, e posteriormente passaram para uma ligação exotérmica (?H° diminuiu de 0.24 kJ. mol-1 para -6.17 kJ. mol-1 e de 5.95 kJ. mol-1 para -11.20 kJ. mol-1, respectivamente), enquanto o complexo ß-CN-LUT apresentou uma ligação exotérmica (?H° diminuiu de -6.03 kJ. mol-1 para -12.87 kJ. mol-1). As caseínas bovinas mantiveram ou aumentaram a atividade antioxidante da LUT (IC50 = 73.65 µg/mL para o complexo as-CNs-LUT; IC50 = 101.21 µg/mL para o complexo ß-CN-LUT; e IC50 = 88.04 µg/mL para o complexo k-CN-LUT), e aumentaram sua estabilidade contra a fotodegradação, diminuindo a constante de degradação da LUT (Kd) para 0.0091 h-1; 0.0083 h-1; e 0.0108 h-1, e aumentando seu tempo de meia-vida (t1/2) para 76.17 h; 83.51 h; e 64.18 h, respectivamente. Estes resultados contribuem para elucidar o papel das caseínas bovinas na estabilização da LUT em matrizes lácteas e outros sistemas baseados no complexo LUT-caseínas bovinas, fornecendo estratégias importantes para melhorar a aplicação e eficácia dos complexos as-CNs-LUT, ß-CN-LUT, e k-CN-LUT em formulações alimentícias e farmacêuticas. Palavras-chave: proteínas do leite; carotenoides; complexação molecular; espectroscopia de fluorescência; atividade antioxidante; fotodegradação.

Due to the biological functions of bioactive molecules, their ingestion can contribute to beneficial health effects. However, many have low bioavailability and chemical stability, which is a limiting factor for the application of these molecules. A solution to increase the stability consists in complexes formation between proteins and bioactive molecules, such as bovine caseins (as-CNs, ß-CN, and k-CN) and lutein (LUT). Thus, this work determined the thermodynamic parameters of the intermolecular interaction between bovine caseins and LUT using fluorescence spectroscopy; evaluated the effect of this interaction on the antioxidant activity of LUT using the DPPH (2,2- diphenyl-1-picrylhydrazyl) method; and analyzed the impact of the complexes formation between bovine caseins and LUT on the photodegradation of LUT. It was verified that LUT-bovine caseins complexes showed a 1:1 stoichiometry and the biding constant (Kb) was of the order of 104 mol. L-1. Based on the standard enthalpy change (?H°), the complexes formation was enthalpically driven, where the as-CNs- LUT and k-CN-LUT complexes shifted from an endothermic to an exothermic binding (?H° decreased from 0.24 kJ. mol-1 to -6.17 kJ. mol-1 and from 5.95 kJ. mol-1 to - 11.20 kJ. mol-1, respectively), while the ß-CN-LUT complex was an exothermic binding (?H° decreased from -6.03 kJ. mol-1 to -12.87 kJ. mol-1). Bovine caseins maintained or enhanced the antioxidant activity of LUT (IC50 = 73.65 µg/mL for the as- CNs-LUT complex; IC50 = 101.21 µg/mL for the ß-CN-LUT complex; and IC50 = 88.04 µg/mL for the k-CN-LUT complex), and increased its stability against photodegradation, decreasing LUT´s degradation constant (Kd) to 0.0091 h-1; 0.0083 h-1; and 0.0108 h-1, and increasing its half-life time (t1/2) to 76.17 h; 83.51 h; and 64.18 h, respectively. These results contribute to elucidate the role of bovine caseins in the stabilization of LUT in dairy matrices and other systems based on LUT-bovine caseins complex, providing important strategies to improve the application and effectiveness of the as-CNs-LUT, ß-CN-LUT, and k-CN-LUT complexes in food and pharmaceutical formulations. Keywords: milk proteins; carotenoids; molecular complexation; fluorescence spectroscopy; antioxidant activity; photodegradation.