Le proteine costituiscono uno dei tre grandi gruppi di nutrienti (macronutrienti) indispensabili per il funzionamento dell’organismo, insieme ai carboidrati e ai grassi. Ciò che distingue le proteine dagli altri due macronutrienti è il loro contenuto di azoto.
L'azoto (simbolo N) è un elemento chimico fondamentale per la vita: si trova in proteine e acidi nucleici, in assoluto due delle biomolecole più importanti. La sua disponibilità biologica è strettamente legata al ciclo dell'azoto ma, d'altro canto, un suo eccesso può causare seri pericoli per l'ambiente.
L'Azoto: Alla Base della Vita
A livello biologico assieme a idrogeno, ossigeno, potassio, zolfo ecc., l'azoto è uno degli elementi basilari della vita. Senza azoto non avremmo acidi nucleici e proteine, due delle categorie di biomolecole più importanti per gli esseri viventi!
Gli acidi nucleici (DNA ed RNA) sono polimeri, macromolecole formate da lunghe catene di nucleotidi, composti da uno zucchero, una base azotata (che per l'appunto contiene azoto) e alcuni gruppi fosfato. Senza generalizzare troppo, tutto ciò che siamo come specie e come individui è scritto nel nostro DNA e dipende proprio dall'ordine in cui sono disposte le basi azotate, che sono solamente 4: adenina (A), timina (T), citosina (C) e guanina (G).
Anche le proteine sono dei polimeri: i singoli monomeri, disposti in fila come i vagoni di un treno, prendono il nome di amminoacidi e sono anch'essi costituiti da azoto, carbonio, idrogeno e ossigeno. Tra i migliaia di amminoacidi esistenti ne spiccano 20 che costituiscono le proteine: alanina, cisteina, acido aspartico, acido glutammico, fenilalanina, glicina ecc.
Leggi anche: Formule Conversione Azoto Proteine
L'Importanza dell'Azoto per le Piante
L'azoto, come abbiamo capito, è importante ma non è sempre disponibile nell'ambiente. Anzi, è forse uno dei principali fattori limitanti per gli esseri viventi assieme all'acqua. Le piante, ad esempio, se non trovano sufficiente azoto in forma organica nel terreno possono attuare delle soluzioni ingegnose per ottenerlo: possono nutrirsi di animali come fanno le piante carnivore oppure possono entrare in simbiosi con batteri azotofissatori.
Le Simbiosi tra Piante e Batteri
Una simbiosi mutualistica è un'interazione tra due organismi, vantaggiosa per entrambi. Uno degli esempi più mirabili di simbiosi è quella tra piante leguminose (piante come fagiolo, ceci, soia e simili che, non a caso, forniscono prodotti vegetali tra i più ricche di proteine) con alcuni batteri del genere Azotobacter. Tramite modificazioni delle radici questi batteri trovano, all'interno dei cosiddetti noduli radicali, le condizioni ideali per operare una delle reazioni più affascinanti del ciclo dell'azoto: l'azotofissazione. In pratica questi batteri riescono a trasformare l'azoto atmosferico in azoto organico rendendolo disponibile per la piante e gli altri esseri viventi, permettendo l'ingresso di azoto nel compartimento biologico del ciclo.
Il Problema dell'Eutrofizzazione
L'azoto assimilabile dalle piante si trova solitamente sotto forma di molecole cariche negativamente. Anche il suolo è solitamente carico negativamente e ciò implica che questo fondamentale nutriente sia facilmente lisciviato (allontanato) ad opera dell'acqua. Proprio per questa sua scarsa capacità di immagazzinarsi nel terreno, in agricoltura deve essere continuamente aggiunto artificialmente tramite fertilizzanti.
Questi fertilizzanti, oltre a richiedere un'enorme spesa energetica per essere prodotti, hanno lo svantaggio di essere anch'essi carichi negativamente e quindi facilmente lisciviabili tanto quanto l'azoto naturale. Tutto questo azoto, allontanato dall'acqua piovana, si accumula nei bacini idrici dove rappresenta un'immensa fonte nutritiva per molte tipologie di alghe. Alghe che iniziano a crescere in maniera incontrollata riducendo l'ossigeno negli strati di acqua più profonda, impattando di conseguenza tutte le comunità animali e vegetali legate al bacino idrico.
Fonti di Proteine e Azoto
Le proteine svolgono una funzione di struttura e concorrono alla formazione e alla crescita dei muscoli, della pelle, del sangue e delle ossa.
Leggi anche: Applicazioni Pratiche del Calore Specifico
Le proteine alimentari contengono mediamente il 16% di azoto ed è proprio questo elemento che le caratterizza e le distingue dagli altri nutrienti.
Proteine di Origine Animale
Le proteine di origine animale contengono tutti gli aminoacidi essenziali, per cui sono chiamate proteine nobili:
- Carne: sia rossa (bovina, suina, ovicaprina ed equina), sia bianca (pollo, tacchino, coniglio). Questi due tipi di carne hanno un diverso impatto sulla salute.
- Prodotti ittici: come pesci, molluschi e crostacei. Tra le proteine animali, questi alimenti sono gli unici che forniscono anche grassi omega-3. A causa dell’elevato rischio di contaminazione da metalli pesanti, però, si consiglia di scegliere pesci di piccola taglia a elevato contenuto di acidi grassi omega-3.
- Uova: fonte di proteine di alta qualità con elevata densità di nutrienti.
- Latte e derivati: oltre al latte, questa categoria comprende lo yogurt, altri tipi di latte fermentato e i formaggi. I formaggi, a loro volta, sono suddivisi in formaggi ad alto contenuto di grassi (>25%) e formaggi a basso contenuto di grassi (<25%). Il latte e i suoi derivati contengono un’elevata quantità di calcio in forma facilmente assorbibile dall’organismo, alcune vitamine (in particolare vitamina B2 e B12) e il fosforo.
Proteine di Origine Vegetale
Le proteine di origine vegetale sono meno complete delle proteine di origine animale perché non contengono tutti gli aminoacidi essenziali. Le proteine di origine vegetale, inoltre, contengono molecole con attività anti-nutrizionali, come tannini e fitati che possono legare micronutrienti, per esempio zinco e ferro, rendendoli meno disponibili o di natura proteica, per esempio lectine e faseolamina, che possono ridurre l’assorbimento di alcuni nutrienti, ad esempio l’amido. Le proteine vegetali sono meno digeribili e, di conseguenza, meno biodisponibili, di quelle animali.
- Cereali: nella dieta mediterranea quasi un terzo delle proteine assunte durante la giornata deriva dai cereali e dagli pseudocereali (grano saraceno, quinoa, amaranto). Questi ultimi hanno una qualità nutrizionale più alta rispetto ai cereali perché contengono proteine più ricche in aminoacidi essenziali e altamente biodisponibili.
- Legumi: sono la principale fonte di proteine vegetali. Non contengono glutine e sono ricchi di proteine, ferro, zinco, potassio, fibra alimentare e vitamine del gruppo B. I legumi più conosciuti e consumati in Italia sono i fagioli, le lenticchie, i piselli, i ceci e le cicerchie. Anche la soia è un legume e, al contrario di altri prodotti di origine vegetale, contiene proteine che hanno la stessa qualità nutrizionale delle proteine animali.
- Frutta secca oleosa: come pinoli, mandorle, noci, nocciole, pistacchi, semi (semi di zucca, chia, sesamo, girasole). Hanno in media un contenuto di proteine apprezzabile (circa 15-30 grammi per 100 grammi di prodotto). Anche le arachidi sono una buona fonte di proteine vegetali.
- Alghe: come le alghe Wakame, Chlorella e Spirulina.
Valore Biologico delle Proteine
Il corpo umano non può digerire proteine intere ma solo quelle degradate e trasformate in aminoacidi. Gli aminoacidi sono digeriti nell’intestino, assorbiti dalle cellule e trasportati nel fegato dove vengono utilizzati per produrre nuove proteine (sintesi proteica).
VALORE BIOLOGICO (VB o BV): rappresenta la quantità di azoto effettivamente assorbito ed utilizzato al netto delle perdite urinarie, fecali, cutanee ecc. Una proteina che possiede un perfetto equilibrio tra aminoacidi assorbiti e tra amminoacidi ritenuti ha un valore biologico di 100.
Leggi anche: Perché le proteine contengono azoto?
Metodi per la Determinazione dell'Azoto nelle Proteine
La determinazione del contenuto di azoto nelle proteine è cruciale in vari campi, dalla nutrizione alla biochimica.
- Metodo Kjeldahl: Questo metodo, sviluppato nel 1883, prevede la digestione del campione con acido solforico concentrato, seguita dalla distillazione e titolazione dell’ammoniaca prodotta.
- Combustione Dumas: prevede la combustione del campione in presenza di ossigeno puro. L’azoto gassoso rilasciato viene misurato utilizzando un rilevatore termico conduttivo.
- Spettrometria di massa: Questo metodo offre una precisione elevata e può analizzare campioni molto piccoli.
- Metodi colorimetrici: utilizzano reagenti specifici per reagire con l’azoto presente nel campione.
Calcolo e Conversione dell'Azoto in Proteine
Per convertire il contenuto di azoto in grammi di proteina, si utilizza un fattore di conversione. Il fattore più comunemente usato è 6.25, basato sull’assunzione che l’azoto costituisce circa il 16% del peso delle proteine. Ad esempio, se un campione contiene 1 grammo di azoto, la quantità di proteina sarà 1 x 6.25 = 6.25 grammi.
Tuttavia, è importante notare che il fattore di conversione può variare a seconda del tipo di proteina e della sua composizione amminoacidica. Inoltre, la precisione della conversione dipende dalla accuratezza della misurazione dell’azoto. Il fattore di conversione 6.25 è il più comunemente utilizzato per le proteine alimentari, ma esistono altri fattori specifici per diversi tipi di proteine. Questi fattori di conversione sono stati determinati attraverso studi sperimentali che hanno analizzato la composizione amminoacidica delle diverse proteine.
L’uso di fattori di conversione specifici è importante per ottenere stime accurate del contenuto proteico. Inoltre, l’adozione di fattori di conversione specifici è cruciale per la standardizzazione delle analisi e la comparabilità dei dati.
Applicazioni Pratiche del Calcolo dell'Azoto nelle Proteine
Il calcolo dell’azoto nelle proteine ha numerose applicazioni pratiche:
- In campo nutrizionale, è utilizzato per determinare il contenuto proteico degli alimenti e formulare diete bilanciate.
- Nell’industria alimentare, la determinazione del contenuto di azoto è utilizzata per il controllo di qualità e la standardizzazione dei prodotti.
- In ambito biotecnologico, il calcolo dell’azoto è utilizzato per la produzione di farmaci e altri prodotti biologici.
- In campo ambientale, la gestione del ciclo dell’azoto è essenziale per la sostenibilità. La produzione e il consumo di proteine influenzano i cicli dell’azoto nell’ecosistema, contribuendo all’inquinamento e al cambiamento climatico.