Comparação do proteoma e capacidade antioxidante antes e após digestão in vitro de grãos de feijão (Phaseolus vulgaris L.)

Abstract

O feijão (Phaseolus vulgaris L.) é uma leguminosa de extrema importância para países em desenvolvimento por seu alto teor em carboidratos e proteínas. Seus grãos consumidos após processos como o cozimento ou a germinação fornecem diversos compostos que trazem benefícios para a saúde. No Brasil, cultivares como 'BRS Sublime', 'BRS Vereda', 'BRS Esteio' e 'BRS Estilo' foram desenvolvidas pela Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa) para oferecer alto rendimento aos agricultores e excelente qualidade para o consumidor final. Essas cultivares pertencentes aos grupos comercias mais produzidos e consumidos no país, como carioca e preto, e por um grupo comercial diferenciado, como o rosinha, carecem de estudos sobre seu perfil proteico e atividade antioxidante após diferentes tipos de processamento e digestão in vitro. Neste trabalho, primeiramente foram avaliados os proteomas de grãos secos das quatro cultivares de feijão por eletroforese bidimensional (2-DE), espectrometria de massas (MS) e análise de componentes principais (ACP). Posteriormente, foram avaliados por 2-DE e ACP, o proteoma de grãos germinados por 36 h e 72 h, de duas das quatro cultivares de feijão. Além disso, a capacidade antioxidante dos grãos germinados e de grãos cozidos dessas cultivares, e de seus respectivos isolados proteicos, foi determinada por métodos espectrofotométricos distintos, antes e após digestão enzimática in vitro. Na comparação do proteoma de grãos secos por 2-DE, uma média de 525 spots de proteínas foram detectados nas quatro cultivares de feijão e destes, 349 estavam presentes em todos os géis bidimensionais. A ACP mostrou que a porcentagem de volume dos 349 spots correspondentes separou claramente a cultivar 'BRS Estilo' das demais cultivares no componente principal 1 (CP1) e as cultivares 'BRS Sublime' e 'BRS Esteio' no CP2, indicando maior proximidade com relação ao acúmulo de proteínas, em grãos secos, nas cultivares 'BRS Sublime' e 'BRS Vereda'. Além disso, trinta e duas proteínas diferencialmente acumuladas entre as quatro cultivares foram identificadas por MS, dentre elas, proteínas de armazenamento como faseolinas, leguminas e lectinas, importantes nutricionalmente e para os programas de melhoramento do feijão. Na segunda etapa desse estudo, com grãos das cultivares 'BRS Sublime' e 'BRS Vereda' germinados por 36 h e 72 h, uma média de 776 spots de proteínas foram detectados por 2-DE nos dois tempos de germinação. Para a ACP, as porcentagens de volume de 232 spots presentes em todos os géis bidimensionais foram utilizadas e os diferentes tempos de germinação demonstraram maior influência na expressão de proteínas do que as diferentes cultivares. A Análise de Variância mostrou que houve uma redução no volume dos spots com massas moleculares relativas acima de 37 kDa e um aumento nos spots de menor massa molecular, com o aumento do tempo de germinação. Grãos germinados por 36 h promoveram maior capacidade antioxidante antes e após digestão in vitro para as duas cultivares avaliadas, em pelo menos dois dos três métodos espectrofotométricos utilizados. Nos isolados proteicos, grãos cozidos promoveram maior capacidade antioxidante antes e após digestão in vitro, na cultivar 'BRS Vereda'. Este estudo forneceu os primeiros mapas proteicos por 2-DE de grãos secos e germinados em dois tempos para essas cultivares, além de avaliar a capacidade antioxidante dos grãos e de seus isolados proteicos após diferentes tipos de processamento tanto antes quanto após digestão in vitro.

Abstract: Common bean (Phaseolus vulgaris L.) is a legume of extreme importance for developing countries due to its high content of carbohydrates and proteins. The grains consumed after processes such as cooking or germination provide several compounds that can confer health benefits. In Brazil, cultivars such as 'BRS Sublime', 'BRS Vereda', 'BRS Esteio' and 'BRS Estilo' were developed by the Brazilian Agricultural Research Corporation (Embrapa) to offer high yield to farmers and excellent quality to the final consumer. These cultivars belong to the most produced and consumed commercial groups in Brazil, as carioca, black and rosinha. There are few studies about their protein profile and antioxidant activity, mainly after different types of processing and digestion in vitro. In this work, dry grain proteomes of four bean cultivars were evaluated by two-dimensional electrophoresis (2-DE), mass spectrometry (MS) and principal component analysis (ACP). Then, grains of four bean cultivars were germinated during 36 hours and 72 hours and its proteome was evaluated by 2-DE and ACP. In addition, the antioxidant capacity of the germinated and cooked grains of these cultivars, and their respective protein isolates were determined by different spectrophotometric methods, before and after enzymatic digestion in vitro. When comparing the proteome of dry grains by 2-DE, an average of 525 protein spots were detected in the four bean cultivars and of those, 349 were present in all two-dimensional gels. The ACP showed that the volume percentage of the 349 corresponding spots clearly separated the cultivar 'BRS Estilo' from the other cultivars in main component 1 (CP1) and the cultivars 'BRS Sublime' and 'BRS Esteio' in CP2, indicating greater proximity with respect to accumulation of proteins in dry grains in cultivars 'BRS Sublime' and 'BRS Vereda'. Therefore, thirty-two proteins differentially accumulated among the four cultivars were identified by MS, including storage proteins such as phaseolins, legumes and lectins, which are nutritionally important and for bean breeding programs. In the second stage of this study, grains from the cultivars 'BRS Sublime' and 'BRS Vereda' germinated for 36 h and 72 h, an average of 776 protein spots were detected by 2-DE in the two germination times. For ACP, the volume percentages of 232 spots present in all two-dimensional gels were used and the different germination times demonstrated a greater influence on the expression of proteins than the different cultivars. The Analysis of Variance showed that there was a reduction in the volume of the spots with relative molecular masses above 37 kDa and an increase in the spots of lesser molecular mass, with the increase of the germination time. Grains germinated for 36 h promoted greater antioxidant capacity before and after digestion in vitro for the two cultivars evaluated, in at least two of the three spectrophotometric methods used. In protein isolates, cooked grains promoted greater antioxidant capacity before and after digestion in vitro, in the cultivar 'BRS Vereda'. This study provided the first 2-DE protein maps of dry and germinated grains in two stages for these cultivars, in addition to evaluating the antioxidant capacity of the grains and their protein isolates after different types of processing both before and after in vitro digestion.