Le proteine sono macromolecole biologiche essenziali, tra le quattro più importanti presenti negli organismi viventi. Dopo l'acqua, sono le molecole più abbondanti nel corpo umano e in tutti gli organismi viventi, si trovano in tutte le cellule e costituiscono almeno il 50% del loro peso secco.
Le proteine rientrano nel gruppo dei macronutrienti fondamentali per il corretto funzionamento dell’organismo, insieme ai carboidrati e ai grassi. Le proteine o protidi sono, infatti, una classe molto importante di molecole biologiche e derivano dall’unione di unità base chiamate amminoacidi.
Definizione delle Proteine
Le proteine sono molecole complesse a causa della particolarità della loro struttura. L'unità di base della struttura proteica è un amminoacido. Gli amminoacidi si uniscono in lunghe catene mediante legami peptidici covalenti per formare polimeri chiamati polipeptidi. Queste catene sono così lunghe da ripiegarsi su se stesse più e più volte fino a dare luogo a strutture complesse.
Le proteine sono formate da lunghe sequenze di amminoacidi (l'unità costitutiva della proteina), che si uniscono l'uno all'altro attraverso particolari legami, detti peptidici, a formare delle lunghe catene (catene polipeptidiche). La precisa sequenza degli amminoacidi nelle catene determina la forma e la funzione della proteina. Le proteine possono essere formate da una catena unica, oppure da due o più catene strettamente associate tra loro, e spesso unite da legami trasversali. Ciascuna catena ha una struttura e una disposizione tridimensionale che rappresenta la sua forma specifica.
I Monomeri delle Proteine: Gli Amminoacidi
Gli amminoacidi sono composti organici formati da carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto. L'azoto (N) è la componente principale che li distingue dalle altre macromolecole biologiche. Ogni amminoacido è costituito da:
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- Un atomo di carbonio centrale, o carbonio α (carbonio alfa);
- Un gruppo amminico -NH2;
- Un gruppo carbossilico -COOH;
- Un atomo di idrogeno -H;
- Un gruppo laterale R, che è unico per ogni amminoacido.
Gli amminoacidi naturalmente presenti nelle proteine sono 20 e ognuno di essi è costituito dalla struttura base più un particolare gruppo R.
Sintesi delle Proteine
Gli amminoacidi si uniscono tra loro a seguito di una reazione di condensazione e creano tra di loro legami covalenti chiamati legami peptidici. Una catena di amminoacidi legati tra loro mediante legami peptidici forma un polipeptide e, per estensione, una proteina.
Un legame peptidico si forma quando il gruppo carbossilico di un amminoacido reagisce con il gruppo amminico di un altro amminoacido. Il gruppo carbossilico dell'amminoacido 1 perde un ossidrile -OH, mentre il gruppo amminico dell'amminoacido 2 perde un atomo di idrogeno -H, creando acqua che viene rilasciata. Il legame peptidico si forma sempre tra l'atomo di carbonio del gruppo carbossilico dell'amminoacido 1 e l'atomo di idrogeno del gruppo amminico dell'amminoacido 2.
Quando gli amminoacidi si uniscono con legami peptidici, essi creano peptidi. Due amminoacidi uniti da legami peptidici sono chiamati dipeptidi, tre sono chiamati tripeptidi, ecc. Le proteine contengono più di 50 amminoacidi in una catena e sono perciò chiamate polipeptidi.
Struttura delle Proteine: Primaria, Secondaria, Terziaria e Quaternaria
In base alla sequenza degli aminoacidi e alla complessità della molecola, possiamo distinguere quattro strutture di proteine: primaria, secondaria, terziaria e quaternaria. Le strutture primaria e secondaria guardano alla proteina in 2D, mentre le strutture terziaria e quaternaria si riferiscono alla proteina in 3D.
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- La struttura primaria è la sequenza base di amminoacidi in una catena polipeptidica.
- La struttura secondaria si riferisce alla catena polipeptidica della struttura primaria che si ripiega in un certo modo a causa del fatto che gli amminoacidi presenti sulla catena interagiscono tra di loro formando legami. Una struttura secondaria comune è quella a elica.
- La struttura terziaria si forma quando anche i gruppi R presenti sulla catena iniziano a interagire tra di loro, la struttura secondaria delle proteine inizia a ripiegarsi ulteriormente.
- La struttura quaternaria è la più complessa di tutte: si forma quando più catene polipeptidiche, ripiegate in modo specifico, sono legate con gli stessi legami chimici.
Tipi di Proteine
Le proteine hanno una vasta gamma di funzioni negli organismi viventi. In base alle loro funzioni generali, possiamo dividerle in tre gruppi: proteine fibrose, globulari e di membrana.
Proteine Fibrose
Le proteine fibrose sono proteine strutturali che, come suggerisce il nome, sono responsabili della struttura solida di varie parti di cellule, tessuti e organi. Le proteine fibrose sono lunghe catene polipeptidiche che corrono parallele e sono strettamente avvolte l'una all'altra. Questa struttura è stabile grazie ai ponti incrociati che collegano tra loro i vari segmenti di polipeptidi, il che le rende allungate e simili a fibre. Le proteine fibrose sono insolubili in acqua.
Le proteine fibrose comprendono collagene, cheratina ed elastina:
- Il collagene e l'elastina sono i componenti costitutivi della pelle, delle ossa e del tessuto connettivo e servono anche a sostenere la struttura di muscoli, organi e arterie.
- La cheratina si trova nello strato esterno della pelle umana, nei capelli e nelle unghie, nelle piume, nei becchi, negli artigli e negli zoccoli degli animali.
Proteine Globulari
Le proteine globulari sono proteine funzionali e svolgono una gamma di ruoli molto più ampia rispetto alle proteine fibrose. Infatti, agiscono come enzimi, trasportatori, ormoni, recettori e molto altro ancora. Dal punto di vista strutturale, queste proteine sono sferiche o simili a un globo.
Al gruppo delle proteine globulari appartengono l'emoglobina, l'insulina, l'actina e l'amilasi:
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- L'emoglobina trasferisce l'ossigeno dai polmoni alle cellule, conferendo al sangue il suo colore rosso.
- L'insulina è un ormone che aiuta a regolare i livelli di glucosio nel sangue.
- L'actina è essenziale per la contrazione muscolare, la motilità cellulare, la divisione cellulare e la segnalazione cellulare.
- L'amilasi è un enzima che idrolizza (scinde) l'amido in glucosio.
Gli enzimi rappresentano la classe più grande delle proteine. Molti enzimi sono globulari e sono proteine specializzate presenti in tutti gli organismi viventi dove catalizzano (accelerano) le reazioni biochimiche.
Proteine di Membrana
Le proteine di membrana si trovano nelle membrane plasmatiche. Queste membrane sono membrane di superficie cellulare, cioè separano lo spazio intracellulare da tutto ciò che è extracellulare o esterno alla membrana di superficie. Le proteine di membrana fungono da enzimi, facilitano il riconoscimento cellulare e partecipano al trasporto attivo e passivo.
Le proteine di membrana si distinguono in integrali e periferiche.
Proteine Integrali di Membrana
Le proteine integrali di membrana sono parti permanenti della membrana plasmatica. Le proteine integrali che attraversano l'intera membrana sono chiamate proteine transmembrana. Servono come proteine di trasporto, consentendo il passaggio di ioni, acqua e glucosio attraverso la membrana. Esistono due tipi di proteine transmembrana: le proteine canale e le proteine trasportatrici.
Proteine Periferiche di Membrana
Le proteine periferiche di membrana non sono attaccate in modo permanente alla membrana e possono quindi attaccarsi e staccarsi dalle proteine integrali o da entrambi i lati della membrana plasmatica. Il loro ruolo comprende la segnalazione cellulare, la conservazione della struttura e della forma della membrana cellulare, il riconoscimento proteico e l'attività enzimatica.
Funzioni delle Proteine
Le proteine nel nostro organismo hanno molteplici ruoli. Le proteine sono essenziali per tutti i processi biologici legati alla vita, svolgendo un ruolo fondamentale per la struttura e la funzione cellulare. Tra le principali funzioni ricordiamo:
- Funzione strutturale: Forniscono il sostegno per l’organismo e costituiscono i bioelementi fondamentali di organi e tessuti.
- Funzione plastica: Interessa principalmente in ottica sportiva o per gli sport di muscolazione.
- Funzione di trasporto: Pensiamo ad esempio all’emoglobina, una proteina che trasporta l’ossigeno ai tessuti del nostro corpo, compreso il tessuto muscolare.
- Funzione di riserva: Sono considerate una fonte di amminoacidi.
- Funzioni enzimatiche: La maggior parte degli enzimi sono proteine.
- Funzioni contrattili o mobili: Sono necessarie per tutti i movimento dell’organismo.
- Funzione di protezione immunitaria: Le immunoglobuline, o anticorpi, sono in grado di riconoscere e precipitare, o neutralizzare, batteri, virus, tossine o elementi estranei all’organismo.
- Funzione ormonale: Alcune proteine agiscono come ormoni, regolando diverse funzioni fisiologiche.
Inoltre, le proteine vegetali hanno un coefficiente di digeribilità, ossia la percentuale effettivamente assorbita dal nostro corpo, inferiore rispetto a quelle animali. In quanto, ad esempio i legumi vengono assorbiti al 30% rispetto a carne (80%) e uova (100%). Normalmente viene assorbito il 92 % delle proteine introdotte con la dieta (il 97 % di quelle animali ed il 78 % di quelle vegetali).
Fabbisogno Giornaliero di Proteine
La quantità giornaliera di proteine che bisogna assumere varia a seconda dell’età e dello stato fisiologico della persona. Secondo la Società Italiana di Nutrizione Umana (SINU), le persone adulte, compresi gli anziani, dovrebbero consumare circa 0.80-0,90 grammi di proteine per ogni chilo di peso corporeo al giorno.
In situazioni particolari come la gravidanza, è necessario aumentare l’apporto proteico: durante il primo trimestre si consiglia di aggiungere 1 grammo di proteine al giorno, mentre nel secondo e terzo trimestre si raccomandano, rispettivamente, 8 grammi e 26 grammi aggiuntivi al giorno.
I nutrizionisti consigliano ai soggetti adulti sedentari di assumere una quantità di proteine pari a 0,8-1,2 g di proteine per kg di peso corporeo fisiologico. In adolescenza sono indispensabili 1,5 g / kg. Le gravide richiedono poco più del normale. Per gli atleti di forza, questa raccomandazione può raggiungere il doppio - mentre gli sportivi di endurance hanno un fabbisogno vicino (o poco superiore) al limite massimo per le persone comuni.
Queste proteine dovrebbero derivare per i 2/3 da prodotti di origine animale e per 1/3 da prodotti di origine vegetale.
Tabella Riassuntiva delle Funzioni delle Proteine
| Funzione | Descrizione | Esempio |
|---|---|---|
| Strutturale | Forniscono sostegno e forma ai tessuti | Collagene, cheratina |
| Trasporto | Trasportano molecole attraverso il corpo | Emoglobina |
| Enzimatica | Catalizzano reazioni biochimiche | Amilasi |
| Immunitaria | Difendono l'organismo da agenti patogeni | Immunoglobuline |
| Ormonale | Regolano diverse funzioni fisiologiche | Insulina |
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