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PROTEINE E AMMINOACIDI

PROTEINE

Le proteine sono formate da catene di alfa-aminoacidi (AA) legati tra loro dal legame peptidico. Funzione, sequenza e proporzioni degli aminoacidi sono geneticamente determinate. Caratteristica peculiare delle proteine è quella di andare soggette ad un continuo processo di demolizione e sintesi che va sotto il nome di turnover proteico.

Il turnover consente all'organismo di modulare la sintesi delle proprie proteine in dipendenza dell'evolversi delle sue esigenze, ed é pertanto alla base delle sue capacità di adattamento.

In una dieta completamente priva di proteine, la sintesi avviene attraverso il riciclaggio degli AA endogeni. In queste condizioni il processo è reso più efficiente dai meccanismi di adattamento che tendono a conseguire la più economica utilizzazione degli aminoacidi, presumibilmente attraverso un aumento della sintesi delle proteine ed una riduzione della loro ossidazione. Tuttavia, anche in questo caso, una ridotta proporzione viene incessantemente catabolizzata, ed i prodotti azotati che ne derivano vengono eliminati con le urine, come pure continuano le perdite di azoto attraverso le feci e la pelle.

Questo azoto rappresenta la cosiddetta 'perdita obbligatoria di azoto', che fino a non molto tempo indicava il bisogno di proteine con il metodo fattoriale. L'adattamento da un consumo più elevato di proteine ad uno più basso e, a maggior ragione, ad uno virtualmente nullo, comporta una fase in cui il bilancio azotato è negativo, cioè l'organismo perde proteine.

Rimane aperto il quesito: poiché non esiste la riserva corporea proteica, come per i carboidrati e i grassi, e poiché tutte le proteine hanno una peculiare funzione, la citata perdita di proteine comporta qualche svantaggio funzionale? In altre parole il nuovo equilibrio raggiunto può, nel lungo termine, creare condizioni di rischio per la salute? Qualunque sia la risposta, é implicito che i meccanismi di adattamento consentono il raggiungimento dell'equilibrio azotato con una piccola , ma continua, introduzione di proteine. Differenti stati di equilibrio potranno comportare vantaggi o svantaggi, e si tratta pertanto di fare scelte operative in rapporto agli obiettivi che si vogliono raggiungere. Nell'elaborazione dei regimi dietetici, ipocalorici, si suggerisce comunque di non scendere al disotto di 1g pro kg di peso corporeo desiderabile. Si veda il capitolo la dietoterapia.

È importante infatti, stabilire il fabbisogno proteico in relazione al rapporto tra livello di energia e livello di proteine introdotti con gli alimenti consumati.

È dimostrato che più elevata è la quantità di energia, più bassa è la quantità di proteine necessaria per raggiungere l'equilibrio. Si calcola che per ogni caloria in più fornita dalla dieta la ritenzione di azoto aumenti di 1-2 mg. Questo fatto ha importanti implicazioni quando ci si basa sul bilancio dell'azoto per la definizione del fabbisogno in proteine.


TurnOver Proteico

In un uomo adulto le proteine corporee ammontano a circa 12 kg. Di questi si calcola che giornalmente circa 250 g sono soggetti a turnover, quindi una quantità circa tre volte superiore a quella dei normali consumi alimentari. La continua liberazione di aminoacidi conseguente al processo di turnover ne consente l'interscambio tra i tessuti e la riutilizzazione intracellulare per la sintesi di nuove proteine. Questa riutilizzazione di aminoacidi è sotto il controllo di vari fattori metabolici e ormonali ed è influenzata dallo stato fisiologico o patologico del soggetto. Così, ad esempio, la riutilizzazione degli aminoacidi è molto efficiente in condizione di rapida crescita, nel recupero dopo una malattia e dopo episodi di aumentato catabolismo per traumi o infezioni, e di regola tutte le volte che sia richiesta una rapida sintesi di proteine. Tuttavia anche nelle condizioni di massima efficienza la riutilizzazione non é completa, perchè una frazione va persa attraverso il catabolismo ossidativo.

I prodotti azotati del catabolismo, quali urea (quantitativamente il più importante), creatinina, acido urico ed altri composti azotati, sono escreti con le urine (principale via di escrezione), le feci, il sudore e la pelle. Con le feci vengono anche eliminate le proteine non digerite, quelle contenute nella flora microbica presente nell'intestino, quelle derivanti dalla continua secrezione pancreatica, biliare ed intestinale come pure le proteine cellulari rilasciate nel lume intestinale in seguito al rapido e incessante rinnovamento delle cellule della mucosa intestinale. Altre perdite di azoto si verificano attraverso secrezioni del corpo, desquamazione della pelle e crescita delle unghie e dei capelli. Le secrezioni pancreatiche, biliari e intestinali di proteine, insieme a quelle delle cellule intestinali desquamate, si configurano come una massa di proteine endogene di grandezza non trascurabile (da 20 a 80 g/giorno) . Non tutte le proteine endogene sono digerite e successivamente assorbite; il residuo, unitamente alle proteine non digerite provenienti dagli alimenti e alle proteine proprie della flora microbica dell'intestino tenue, passano nel colon, dove sono fermentate dalla flora batterica. Una parte dell'azoto rilasciato nella fermentazione è riassorbito come ammoniaca, che può essere riutilizzata dal fegato per la sintesi di aminoacidi non indispensabili.


Il fabbisogno di proteine

La disponibilità di energia condiziona lo stato del metabolismo non solo proteico ma di tutto l'organismo La sintesi proteica ha infatti un costo energetico e perciò la dieta deve essere energeticamente adeguata per consentire l'utilizzazione delle proteine.


I fattori che influenzano l'utilizzo sono:

  • digeribilità
  • composizione (sequenza e proporzioni) in aminoacidi
  • quantità totale di azoto proteico
  • vitamine e minerali della dieta

La sintesi proteica è un processo che costa energia, e in tal modo condiziona il fabbisogno energetico e la efficienza di utilizzazione dell'energia, mentre dall'altro la disponibilità di energia influenza lo stato del metabolismo non solo proteico ma di tutto l'organismo. Quando si considera la quota proteica si deve quindi presupporre che la dieta sia energeticamente adeguata. Si veda il Capitolo 'La dietoterapia' I valori dei bisogni in proteine sono stati ricavati dalle stime della quantità di proteine di alta qualità (proteine dell'uovo o del latte) necessaria a mantenere l'equilibrio dell'azoto in presenza di un adeguato apporto di energia. I valori così ottenuti sono stati opportunamente aumentati nel caso dei bisogni in proteine relativi alla crescita, alla gestazione ed all'allattamento. Una attenzione particolare va data ai primi sei mesi di vita e alla valutazione del significato della correzione per la qualità delle proteine in relazione ai bisogni in aminoacidi essenziali nelle diverse condizioni fisiologiche.


Adulto

Sulla base degli studi di bilancio a breve termine, si propone come valore minimo di proteine 0,63 g/kg di peso corporeo/giorno. Nel lungo termine si suggerisce un valore di 0,58 g/kg, che secondo le raccomandazioni WHO/FAO/UNU 1985, deve essere portato a 0,6 g/kg peso corporeo/giorno (96 mg N/kg). Per la donna adulta con peso corporeo nella norma, i valori sono sostanzialmente uguali a quelli dell'uomo adulto. Tenendo conto di una variabilità individuale del 12,5%, è opportuno che il valore sia aumentato del 25% per assicurare un margine di sicurezza. Il valore di 0,75 g/kg /giorno così calcolato è quello che copre presumibilmente i bisogni del 97,5% di una popolazione. Per l'accrescimento il fabbisogno proteico viene calcolato interpolando il valore medio, intorno a un anno di età, di 120 mg N/kg/giorno e il valore dell'adulto di 96 mg N/kg/giorno, assumendo che i bisogni di mantenimento dell'adulto non si modifichino con l'età.


Accrescimento

Il fabbisogno per la crescita netta viene stimato in base alla percentuale di proteine necessaria per consentire gli incrementi di peso. La quantità di azoto per la crescita netta così calcolata è stata aumentata di un 50% per assicurare un margine fisiologico di sicurezza che tenga conto della variabilità giornaliera della velocità di crescita, e infine è stata corretta per una efficienza di utilizzazione delle proteine che si assume sia del 70%. I bisogni totali per l'accrescimento, ottenuti sommando i bisogni per il mantenimento ed i bisogni per la crescita netta, rappresentano il fabbisogno medio giornaliero che è opportuno correggere per la variabilità individuale. La variabilità individuale cambia con l'età, ma può essere ritenuta intorno al 15%. Infine, un incremento del 30% dei fabbisogni totali per l'accrescimento copre con un buon margine di sicurezza i fabbisogni in proteine del 97,5% dei gruppi di popolazione nelle diverse età.


0 - 6 mesi

Il lattante sano alimentato al seno materno rappresenta la norma dell'alimentazione almeno nei primi sei mesi di vita. Il suo consumo di energia e proteine viene considerato soddisfacente per la crescita, e i suoi parametri metabolici e antropometrici sono da considerare come termine di riferimento per valutare l'adeguatezza di proteine alimentari di altra provenienza.

La stima della composizione del latte materno in termini di costituenti azotati proteici e non proteici è molto complessa:

  • il contenuto proteico grezzo del latte materno si aggira intorno agli 8-10 g/l;
  • l'azoto non proteico rappresenta circa il 25% dell'azoto totale, con il 50% costituito da urea, la cui concentrazione varia con lo stadio della lattazione. L'utilizzazione dell'urea da parte del neonato come fonte di azoto per la sintesi de novo di aminoacidi e di proteine potrebbe attestarsi intorno al 13%.

Entrano a far parte dell'azoto non proteico anche altre sostanze che rappresentano insieme circa il 27% dell'azoto non proteico e che svolgono importanti funzioni nutrizionali:

  • peptidi
  • aminoacidi
  • glucosamine
  • nucleotidi
  • poliamine

È opportuno mantenere il consiglio di allattare il bambino con latte materno nei primi 4-6 mesi di vita e di operare una integrazione nei mesi successivi con alimenti contenenti proteine adeguate per quanto riguarda la qualità nutrizionale. Le proteine delle formule a base di latte mostrano un'efficienza di conversione in proteine corporee pari al 90%. Per formule che forniscano una miscela di proteine, sembra appropriato un fattore di conversione del 70%. Le formule debbono essere opportunamente adattate in modo che, una volta assicurata la copertura in energia, risultino equivalenti per qualità e quantità alle proteine del latte materno.


Gravidanza e allattamento

In una donna che aumenti di 10-12 kg durante la gravidanza e partorisca un figlio di 3,3 kg, la deposizione stimata di proteine è di 925 g, ovvero di 3,3 g al giorno. Anche se il ritmo di accumulo non é costante (si passa dai 0,6 g nel primo quarto agli 1,8 g nel secondo quarto, ai 4,8 g nel terzo quarto ed ai 6,0 g nel quarto quarto). Si propone un incremento giornaliero uguale per tutto il periodo della gestazione, corretto per l'efficienza con la quale le proteine vengono utilizzate per la costruzione dei tessuti materni e fetali. Come per il mantenimento, si può ritenere che tale efficienza sia del 70%. La raccomandazione é pertanto quella di un incremento giornaliero di 6,0 g di proteine, che deriva dalla correzione del valore medio di ritenzione di proteine di 3,3 g per l'efficienza di utilizzazione (70%) e la variabilità individuale (30%). Ulteriori incrementi di proteine sembrano non portare nessun beneficio alla madre ed al bambino, e possono al contrario essere di danno anche al feto. Anche se in realtà solo circa il 75% dell'azoto presente nel latte è azoto proteico, va comunque considerato che si tratta di azoto perso dalla madre e che pertanto va reintegrato. Il fabbisogno medio va incrementato per arrivare al valore di sicurezza di +17 g al giorno.


Anziano

Con l'avanzare dell'età dovrebbe mutare il fabbisogno in proteine, a causa delle modificazioni nella composizione corporea, nella capacità funzionale, nella attività fisica e nel consumo globale di alimenti. Non esistendo attualmente informazioni sufficienti da cui ricavare un riferimento sicuro per l'anziano, la raccomandazione per l'anziano è di 0,75 g/kg/giorno simile a quella dell'adulto. A causa delle differenze nella composizione corporea, questo valore é più elevato di quello del giovane adulto se riportato per unità di massa corporea magra, ma si deve anche tenere presente che di regola nell'anziano si verifica una diminuzione nell'efficienza dei processi di assorbimento e metabolici. È comunque consigliabile che almeno il 30% delle proteine sia costituito da proteine di elevata qualità biologica.


GLI AMINOACIDI (AA)

In natura esistono centinaia di aminoacidi, e continuamente ne vengono messi in evidenza di nuovi, ma solamente venti sono coinvolti nella sintesi proteica. Anche se a livello cellulare tutti e venti questi aminoacidi devono essere contemporaneamente presenti, solo nove devono essere introdotti preformati con gli alimenti in quanto l'organismo non è in grado di sintetizzarli.  Questi nove aminoacidi vengono definiti aminoacidi essenziali (AAE):

  • Valina
  • Isoleucina
  • Leucina
  • Lisina
  • Metionina
  • Fenilalanina
  • Treonina
  • Triptofano
  • Istidina

Sono poi considerati semiessenziali:

  • cisteina 
  • tirosina 

in quanto sono in grado di risparmiare rispettivamente metionina e fenilalanina.

Tutti gli altri aminoacidi possono prendere origine da una fonte anche molto semplice di azoto. Anche se non sono da considerare direttamente come essenziali, ricevono attualmente notevole interesse dal punto di vista nutrizionale anche altri aminoacidi, essi sono definiti 'condizionatamente essenziali':

  • Glicina
  • Prolina
  • Arginina
  • Glutamina
  • Taurina (derivato della cisteina)

Questi aminoacidi ricoprono un ruolo fondamentale nel mantenimento dell'omeostasi e delle funzioni dell'organismo umano in varie condizioni fisiologiche, e possono in alcune condizioni fisiopatologiche, non essere sintetizzati a velocità sufficiente. In questo contesto sta ricevendo particolare interesse l'arginina come precursore dell'ossido nitrico per le molteplici funzioni che questo composto esplica nella comunicazione cellulare, nella trasduzione dei segnali biologici e nella difesa immunitaria.  Gli aminoacidi, oltre a svolgere una funzione come tali e cioè come componenti della molecola proteica, sono anche precursori di molecole con importanti funzioni biologiche (ad esempio il triptofano è un precursore della niacina - vitamina PP - e del neurotrasmettitore serotonina; gli aminoacidi solforati sono precursori del glutatione, importante per le difese antiossidative cellulari) e quando introdotti con la dieta in quantità superiore ai bisogni costituiscono una fonte utilizzabile di energia.


Fabbisogno in aminoacidi e qualità delle proteine

Studi basati sull'ossidazione degli amino acidi misurata con metodi isotopici indicherebbero nell'adulto bisogni molto più elevati di leucina, valina, treonina e lisina. Il fabbisogno in AA è comunque dipendente dalla qualità proteica della dieta mediamente consumata. La valutazione della qualità proteica della dieta mediamente consumata dalla popolazione italiana è stata fatta attraverso il calcolo dell'indice chimico, utilizzando come pattern di riferimento quello della fascia dei prescolari e apportando poi una successiva correzione per la digeribilità media di tale dieta.


QUALITÀ PROTEICA DELLA DIETA

Correzione per la qualità delle proteine mediamente consumate dalla popolazione italiana

Di regola gli standard alimentari dei paesi occidentali omettono la correzione per la qualità proteica, in quanto i bisogni in AAE sono giudicati sicuramente coperti dai consumi abituali. Viene proposto la correzione per le seguenti ragioni:

  • nel lungo termine, i valori di riferimento per il mantenimento basati sul fabbisogno minimo di azoto potrebbero non impedire l'instaurarsi di effetti negativi;
  • le diete naturali potrebbero risultare inadeguate se comparate con i bisogni della fascia di pre-scolari e scolari;
  • le attuali evidenze sostengono la proposta di valori più elevati per l'adulto;
  • una correzione fatta sulla base della raccomandazione in AAE per i pre-scolari fornisce un margine di sicurezza che è essenziale in condizioni marginali;
  • una dieta con un ragionevole contenuto di proteine animali e legumi, come è quella necessaria per soddisfare i bisogni in AAE così valutati, serve anche a soddisfare più facilmente i bisogni in minerali (come calcio, ferro, rame e zinco) e in vitamina B12.

La dieta mediamente consumata dalla popolazione italiana fornisce una qualità proteica di 0,79, derivante da un indice chimico pari a 0,89 ed una digeribilità pari a 0,89. Pertanto i diversi valori dei bisogni in proteine, che si riferiscono a proteine di alta qualità con una utilizzazione del 100%, vanno corretti per il fattore 0,79. Per il calcolo del fabbisogno dei soggetti in dieta. Si veda il Capitolo la dietoterapia.


Tossicità

I sistemi di eliminazione del surplus di proteine sono normalmente efficienti e un consumo non eccessivamente superiore alle raccomandazioni non è da considerare a rischio. Nei pazienti con sclerosi renale multipla può esserci una accelerazione del metabolismo proteico, ma per la popolazione sana è discutibile. Risulta da dimostrare inoltre che un eccessivo consumo di proteine possa indurre una mobilizzazione di calcio dalle ossa. Si tratta comunque di livelli di consumo molto al di sopra di quelli medi rilevati in Italia, che sono pari a 98 g/giorno. È comunque ragionevole seguire il consiglio del Comitato per la Nutrizione e la Salute del Nutrition Board del NRC USA (NRC, 1989), secondo il quale è prudente che gli apporti in proteine non oltrepassino il doppio del livello raccomandato.