I tipi di proteine, quali sono gli indicatori per differenziarle?

Una proteina è un polimero di aminoacidi disposti in una sequenza ben definita. L’ordine con il quale sono disposti gli aminoacidi definisce una specifica proteina, il tipo di proteina e la sua funzione.

In natura sono noti classicamente 20 amminoacidi proteinogenici, ossia aminoacidi che entrano a far parte della struttura delle proteine. Più recentemente se ne sono aggiunti altri tre (nel 1986, 2004 e 2010): la selenocisteina, la Pirrolisina  e la N-Formilmetionina.

In natura, in realtà, sono stati finora scoperti oltre 500 amminoacidi diversi che non fanno parte di proteine ma svolgono ruoli biologici diversi.

In un organismo vertebrato, nove dei venti (o ventitrè) aminoacidi proteinogenici (che da adesso in poi chiameremo semplicemente “aminoacidi”) non possono essere sintetizzati in quantità sufficiente e quindi devono essere assunti attraverso gli alimenti [1,2]. Essi sono: fenilalanina, isoleucina, istidina, leucina, lisina, metionina, treonina, triptofano e valina.

L’arginina, la cisteina e la tirosina sono essenziali limitatamente al periodo dell’infanzia e dello sviluppo [3,4].

A differenza di quanto accade per carboidrati e grassi, per i quali nell’organismo esiste un deposito (glicogeno e adipociti, rispettivamente), per le proteine non esiste un sistema di “stoccaggio” e quindi la loro assunzione con l’alimentazione deve essere costante.


Quante proteine bisogna assumere?

La SINU (Società Italiana di Nutrizione Umana) stabilisce i Livelli di Assunzione di Riferimento di Nutrienti (LARN) per la popolazione italiana. Per le proteine le indicazioni sono:

Livelli di assunzione Raccomandata di proteine

Il Livello di Sicurezza (LS) è la quantità minima di proteine necessarie a mantenere la condizione di salute in un individuo e corrisponde a 0,75 g per Kg di peso corporeo. Ci si riferisce alle condizioni di un individuo adulto e sano. Durante gravidanza e la crescita, in presenza di attività sportive più o meno intense o aumentati fabbisogni (anche malattie), il fabbisogno aumenta e l’apporto dovrà essere adeguatamente aumentato. Inoltre, ci si riferisce a proteine di alto valore biologico, con una composizione aminoacidica ottimale, ossia contenente tutti gli aminoacidi essenziali nei giusti rapporti.

È da notare come attualmente le evidenze scientifiche non consentano di definire il livello massimo tollerabile di assunzione (UL) per nessuno dei gruppi d’interesse (SINU).


Differenza tra le proteine

Le proteine non sono tutte uguali. Da un punto di vista biochimico non ha senso la distinzione tra proteine animali e proteine vegetali. Piuttosto bisogna parlare di proteine di “origine animale” e di “origine vegetale”. E tra le due tipologie esistono alcune differenze.

La digestione delle proteine implica un “smontaggio” della catena proteica nei singoli aminoacidi e, in seguito, loro “riassemblamento” in una catena proteica diversa.

Facciamo prima un esempio puramente teorico e semplificato e indichiamo gli aminoacidi con le lettere.

Il mio organismo ha bisogno di sintetizzare la proteina ABCDECBCECAAD composta da 13 aminoacidi e precisamente ha bisogno di 3 aminoacidi A, 2 di B, 4 di C, 2 di D e 2 di E, che rappresenta, quindi, il mio fabbisogno aminoacidico.

Supponiamo adesso di poter attingere a due fonti proteiche diverse X e Y:

– FONTE X: proteina composta da ACCBAECACDDBE (13 aminoacidi ABCDE).

La sua digestione mi fornirà 3 aminoacidi A, 2 di B, 4 di C, 2 di D e 2 di E.

In questo caso la proteina X avrà soddisfatto il mio fabbisogno aminoacidico.

– FONTE Y: proteina composta da ACCBDEECDDBBE (13 aminoacidi ABCDE)

La sua digestione mi fornirà 1 aminoacido A, 3 di B, 3 di C, 3 di D e 3 di E.

In questo caso, invece, la proteina Y mi avrà fornito:

2 aminoacidi A in meno

1 aminoacido B in più

1 aminoacido C in meno

1 aminoacido D in più

1 aminoacido E in più

Eppure entrambe le proteine sono composte dallo stesso numero degli stessi aminoacidi.

Ciò che conta nel valutare la qualità di una proteina non è soltanto il numero e la tipologia degli aminoacidi presenti ma anche il rapporto tra di essi e la presenza di aminoacidi essenziali in quantità e rapporti adeguati.

Ad esempio, le proteine dei cereali sono carenti soprattutto dell’aminoacido essenziale lisina ma hanno, invece, discrete quantità di metionina (anch’esso essenziale). I legumi, invece, sono carenti di metionina. Presi singolarmente cereali, e loro derivati, e legumi non possono sostenere l’alimentazione umana, ma una associazione di essi  può costituire, dal punto di vista proteico, un pasto “abbastanza” bilanciato.

Ci sono degli aspetti, però, da valutare. Una associazione cereali-legumi aumenterebbe l’apporto dei carboidrati introdotti. Inoltre  per raggiungere la dose adeguata di aminoacidi essenziali si dovrebbero introdurre necessariamente un surplus di aminoacidi non essenziali con aumento delle scorie azotate da eliminare.


Amminoacido limitante

Il fattore principale che determina la qualità delle proteine è il suo Profilo Amminoacidico, ossia il tipo e la quantità di aminoacidi contenuti. In linea di massima, maggiore sarà la quantità di aminoacidi essenziali contenuti, maggiore sarà la qualità della proteina.

Se una proteina alimentare non contiene anche solo un amminoacido essenziale l’organismo umano non riuscirà a sintetizzare nemmeno un grammo di proteine poiché gli mancherà un “mattone” indispensabile. In realtà questa è una situazione teorica, poiché tutte le proteine alimentari contengono tutti gli amminoacidi essenziali.

Se un alimento contiene X grammi di proteine, queste verranno scisse in amminoacidi che l’organismo comincerà ad utilizzare per sintetizzare nuove proteine umane.

A un certo punto si esaurirà un amminoacido essenziale e l’organismo cesserà di produrre proteine, in quanto mancherà un mattone fondamentale che non è in grado di sintetizzare da sè.

L’amminoacido che si esaurisce per primo costituisce l’Amminoacido Limitante della proteina in questione.


Fattori che influenzano l’assimilazione delle proteine

LA DIGESTIONE – Non tutte le proteine vengono digerite allo stesso modo. Il grado di scissione in aminoacidi può essere differente, come pure la loro assimilazione. Ne consegue che una parte di materiale proteico viene eliminato con le feci.

Ma anche in condizione di digiuno (assenza di apporto proteico), una certa quantità di azoto proteico verrebbe in ogni caso eliminato con le feci e le urine, derivante dalla lisi cellulare del normale turnover cellulare e da enzimi o altre proteine che normalmente vengono secreti.

Per semplicità si considera che l’azoto assimilato sia determinato dalla differenza tra l’azoto introdotto con la dieta meno l’azoto eliminato con le feci e le urine.

AZOTO ASSIMILATO = AZOTO INTRODOTTO CON LA DIETA – AZOTO ELIMINATO (FECI E URINE).


Parametri nella valutazione delle proteine

Le proteine alimentari non vengono utilizzate come tali ma vengono scisse in amminoacidi, che l’organismo utilizza per sintetizzare le proprie proteine. Per diversi motivi, un grammo di proteine ingerite non si trasforma in un grammo di proteine sintetizzate. La qualità di una proteina sarà tanto più elevata quanto più è elevato il rapporto tra proteine assunte e proteine sintetizzate.

La qualità delle proteine alimentari dipende quindi dalla loro composizione in amminoacidi e dall’efficienza con la quale vengono digerite.

I fattori che possono influenzare il reale utilizzo degli aminoacidi derivanti dalla digestione delle proteine sono molteplici e vengono quantificati da alcuni parametri.

La quantità di proteine in un preparato viene determinata attraverso il dosaggio dell’azoto in esse presenti ed è possibile quantificare quanto dell’azoto proteico, introdotto con la dieta, venga effettivamente utilizzato per la sintesi proteica. Per ovvi motivi si parlerà di valori medi, in quanto il metabolismo proteico è diverso da un individuo all’altro (età, peso, massa muscolare, attività fisica etc.) come pure è diverso il grado di assorbimento gastro-intestinale.


Il Coefficiente di Utilizzazione Digestiva (CUD)

Indica quanto digeribile ed assimilabile sia una proteina contenuta all’interno di una matrice alimentare (carne, pesce, uova), che non contenga (o siano trascurabili) altre fonti di azoto.

CUD = (Azoto assimilato/Azoto introdotto con la dieta) x 100

Se non risultasse azoto fecale si dovrebbe desumere che tutta la proteina è stata assimilata, cioè Azoto assimilato = Azoto introdotto con la dieta

Cioè CUD = 100

Tanto più il CUD sarà, invece, basso tanto meno digeribile sarà la proteina contenuta in un certo alimento. Lana, cuoio, corna ed unghie hanno un CUD bassissimo, pur contenendo alte quantità di azoto proteico. Non basta assumere proteine, è anche necessario che il nostro organismo sia in grado di assimilarle.


Il Valore Biologico (VB) (Brody, 1999)

Indica la quantità la quota di azoto realmente trattenuto dall’organismo per sintetizzare proteine rispetto all’azoto assimilato.

VB = (Azoto trattenuto/Azoto assimilato) x 100

Se dopo assunzione di una proteina l’organismo trattiene tutto l’azoto assimilato (sotto forma di aminoacidi), quella proteina avrà VB 100.

Un VB basso indica uno squilibrio nella composizione aminoacidica (intesa come rapporto tra aminoacidi essenziali e non). Ad esempio, un VB pari a 65 indica che il 65% degli aminoacidi di una certa proteina (o miscela di proteine in un dato alimento) sono stati utilizzati per la sintesi di proteine mentre il 35% sono stati, in qualche modo, eliminati (scorie azotate)o utilizzati in altro modo (deposito di grasso).

Da notare, inoltre, che il VB non tiene conto dei fattori che influenzano la digestione delle proteine. Ciò che viene misurato è il potenziale massimo della qualità di un alimento, ma non stima effettivamente quanto di questo potenziale venga digerito.


L’ Utilizzazione Proteica Netta (NPU) (Brody, 1999)

Questo parametro tiene conto sia dell’efficienza digestiva che del profilo aminoacidico.

NPU = Azoto trattenuto/Azoto introdotto con la dieta

Il parametro ha il limite di essere stato determinato sui ratti da laboratorio e non sull’uomo.


L’Indice Chimico (IC)

IC = (mg di aminoacido limitante in 1 g delle proteine testate/mg dello stesso aminoacido in 1 g di proteina standard)

La proteina standard è un pattern aminoacidico, stabilito dalla FAO, che rappresenta una proteina umana.

È un indice che tiene conto solo del profilo aminoacidico.

Su questo principio vengono definite:

PROTEINE DI ALTA QUALITÀ O COMPLETE CON ALTO VALORE BIOLOGICO: sono quelle di origine animale (uova, carne, pesce, latte e formaggi);

PROTEINE A MEDIO VALORE BIOLOGICO O PARZIALMENTE COMPLETE: sono le proteine dei legumi (povere di metionina e cistina) e lievito.

PROTEINE A BASSO VALORE BIOLOGICO O INCOMPLETE: sono le proteine dei cereali (mancanti in lisina), della frutta e degli ortaggi (compresi i tuberi).

PUNTEGGIO DELLA DIGERIBILITÀ DELLE PROTEINE CORRETTO DALL’AMMINOACIDO LIMITANTE (PDCAAS – Protein Digestibility, Corrected Amino Acid Scores)

È un metodo per valutare la qualità delle proteine, basato sia sul fabbisogno umano di aminoacidi, che sulla capacità umana di digerire le proteine assunte. Il PDCAAS è stato adottato dall’Agenzia per gli Alimenti e i Medicinali degli Stati Uniti (FDA) e dall’Organizzazione delle Nazioni Unite per l’Alimentazione e l’Agricoltura/Organizzazione mondiale della sanità (FAO/WHO) nel 1993 come “miglior metodo” per determinare la qualità delle proteine.

PDCAAS = (mg di aminoacido limitante in 1 g delle proteine testate/mg dello stesso aminoacido in 1 g delle proteine di riferimento) X percentuale della digeribilità basata sulle feci [5].

A differenza di altri metodi, il PDCAAS permette la valutazione della qualità delle proteine negli alimenti in rapporto al fabbisogno di aminoacidi essenziali degli esseri umani. Con il metodo PDCAAS, la qualità delle proteine viene determinata confrontando il profilo degli amminoacidi delle proteine di un alimento specifico, con un profilo standard di aminoacidi. Il punteggio massimo è 1,0 e indica che, una volta avvenuta la digestione delle proteine, è stato soddisfatto il 100% del fabbisogno di amminoacidi essenziali.

Il PDCAAS non riesce a tener conto delle proteine che saranno effettivamente utilizzate nella sintesi proteica.

(*) % P = contenuto proteico percentuale dell’alimento
Da Chimica degli alimenti – Cappelli e Vannucchi – Zanichelli

Bibliografia

1)  OMS: amminoacidi essenziali: pagina 136 – paragrafo 8.1

2) Young VR, Adult amino acid requirements: the case for a major revision in current recommendations (PDF), in J. Nutr., vol. 124, 8 Suppl, 1994, pp. 1517S–1523S, PMID 8064412.

3) Imura K, Okada A, Amino acid metabolism in pediatric patients, in Nutrition, vol. 14, nº 1, 1998, pp. 143–148, DOI:10.1016/S0899-9007(97)00230-XPMID 9437700.

4) FAO/WHO/UNU, PROTEIN AND AMINO ACID REQUIREMENTS IN HUMAN NUTRITION (PDF), WHO Press, 2007., pagina 177-181

5) Schaafsma G, The protein digestibility-corrected amino acid score, in The Journal of Nutrition, vol. 130, nº 7, luglio 2000, pp. 1865S–7S, PMID 10867064.

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