Gli organismi viventi, inclusa la specie umana, sono costituiti sostanzialmente da composti inorganici e da composti organici. I composti inorganici per eccellenza sono rappresentati dai minerali; quelli organici, detti anche composti del carbonio, sono i carboidrati, le proteine, i grassi, gli acidi nucleici.
I Composti Organici e la Loro Funzione
- I carboidrati, definiti anche zuccheri, glicidi o glucidi, svolgono soprattutto una funzione energetica in quanto sono la prima fonte di energia a cui l'organismo ricorre. Essi forniscono 4,5 Kcal per grammo.
- I grassi, definiti anche lipidi, formano un gruppo disparato di sostanze che svolgono indispensabili funzioni metaboliche, energetiche e strutturali; sono insolubili in acqua e hanno una struttura complessa che richiede un grande impegno da parte dell'organismo per la loro digestione. I grassi forniscono 9 Kcal per grammo e costituiscono una notevole riserva di energia.
- Gli acidi nucleici, cioè le molecole del DNA (Acido DesossiriboNucleico) e dell'RNA (Acido RiboNucleico), situate all'interno delle cellule viventi, sono essenziali per la vita poiché intervengono nella sintesi delle proteine, palesano l'informazione genetica che presiede allo sviluppo ed accrescimento di ciascuna cellula (DNA), decifrano l'informazione genetica (RNA) per formare il repertorio degli aminoacidi che costituiranno le proteine di ciascun organismo.
Le Proteine: Mattoni Fondamentali della Vita
Le proteine, o protidi, costituiscono la classe più numerosa di molecole organiche in tutti gli esseri viventi, sono presenti in tutte le cellule, svolgono funzioni essenziali per tutti i processi biologici della vita e forniscono 4,5 Kcal per grammo. Il termine proteine (dal greco proteios = primario) è stato coniato dal chimico olandese G. Mulder nel 1838.
Le proteine sono (dopo l’acqua) le molecole biologiche 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 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: come un "nastro" assume certe “pieghe” o conformazioni (ad elica, a globo, a foglietto ripiegato) e, combinandosi con altre catene, può generare strutture più elaborate.
Funzioni delle Proteine
Le proteine presenti nel nostro corpo sono costituenti essenziali:
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- degli enzimi, e pertanto hanno una funzione enzimatica;
- degli anticorpi, e quindi possiedono una funzione immunitaria;
- di molti ormoni (es. insulina) e perciò svolgono una funzione ormonale;
- di tante molecole strutturali come i connettivi, che sono costituiti principalmente da collagene che è una proteina;
- hanno una funzione recettoriale e di trasporto fra l'interno e l'esterno delle cellule, e di sostanze nutritive e ossigeno dal sangue ai vari distretti dell'organismo (es. emoglobina, albumina);
- svolgono anche una funzione energetica, sebbene essa sia secondaria ai carboidrati.
Ma forse la funzione più importante delle proteine è quella regolatrice ed energetica svolta dagli enzimi, che agiscono accelerando le reazioni biologiche e trasformando reazioni lente in processi più veloci, con richieste energetiche più basse: agiscono quindi da catalizzatori. Gli enzimi si combinano con una sostanza specifica (detta substrato) che possiede una forma esattamente complementare alla parte di enzima in cui avvengono le reazioni (sito attivo). L'enzima non viene modificato né consumato dalla reazione, per cui alla fine di una reazione è pronto per la molecola di substrato successiva. Ne bastano, quindi, piccole quantità per controllare reazioni di un gran numero di molecole.
L'attività enzimatica può essere influenzata da altre molecole. Esistono, infatti, sostanze in grado di inibirla e anche molecole in grado di attivare un enzima, aumentandone l'attività (molti farmaci e sostanze tossiche sono inibitori o attivatori enzimatici). Un esempio tipico sono i gas nervini, che inibiscono un enzima, l'acetilcolinesterasi, che non rimuove più l’acetilcolina, una sostanza che permette la trasmissione degli impulsi dal sistema nervoso al muscolo.
Struttura delle Proteine
Le proteine sono molecole biologiche che costituiscono oltre il 50% di tutto il materiale organico presente in ciascuna cellula, sono soggette ad un continuo rinnovamento mediante la loro demolizione e ricostruzione (turnover proteico), attraverso il quale l'organismo rinnova ininterrottamente le proprie proteine usurate, riciclando i loro componenti, gli aminoacidi, rimasti ancora integri, con un rinnovamento pari a 4 grammi di proteine per ogni kg di peso corporeo rinnovati quotidianamente: mediante il turnover proteico l'organismo adegua la sintesi proteica alle sue esigenze, utilizzando gli aminoacidi originati dalla demolizione delle proteine ingerite, e riassemblandoli per ricostituire le proprie peculiari proteine, che necessitano al corpo.
Parte degli aminoacidi vengono tuttavia distrutti ed eliminati, insieme a proteine provenienti da vari distretti del corpo: con le feci da cibo non totalmente digerito, dallo sfaldamento costante della pelle e dalla perdita fisiologica quotidiana dei capelli, fino a perdere dai 20 a 80 grammi al giorno.
Anche la struttura portante delle singole cellule, chiamata citoscheletro (dal greco cytos = cellula), è formata da proteine, ne determina la forma, che è variabile, e ne consente il movimento. Nell'organismo le proteine svolgono svariate funzioni, da quella enzimatica, indispensabile per la scomposizione e la trasformazione di altre molecole, a quella energetica, al pari dei glucidi e dei lipidi, ma con una importanza secondaria, come già detto, rispetto alla funzione strutturale, in quanto la funzione energetica è attivata solo in caso di carenza di altre fonti, e solo in condizione di necessità, anche per la sua minore efficienza dal costo energetico rilevante rispetto all'energia fornita da glucidi e lipidi.
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Senza addentrarci troppo nella complessa struttura chimica delle proteine, accenniamo soltanto che dal punto di vista chimico le proteine sono composti organici quaternari, cioè formati da 4 elementi, Carbonio, Idrogeno, Ossigeno e Azoto. Esse contengono sempre Azoto, a differenza dei glucidi e lipidi che di norma non lo contengono; inoltre sono definite polimeri (dal greco polymerès = che ha molte parti), cioè costituiti da sub-unità, gli aminoacidi, legate fra loro da un legame definito peptidico, e sono costruite legando fra loro variamente venti tipi diversi di aminoacidi creando i polipeptidi: in biochimica si definisce polipeptide una molecola formata da una sequenza lineare di aminoacidi, da una decina fino ad un numero molto elevato, uniti fra loro da legami peptidici. Gli aminoacidi sono formati tutti da una identica struttura spaziale di base, ma la loro diversa sequenza produce migliaia di proteine differenti con una rilevante eterogeneità che ha come risultante disparate caratteristiche e funzioni.
Classificazione delle Proteine in Base alla Funzione
In modo schematico possiamo suddividere le proteine, in base alla loro funzione, in:
- proteine di deposito: svolgono la funzione di immagazzinare sostanze utili, come ad esempio la ferritina.
- proteine strutturali: danno struttura e supporto a tutto l'organismo, come il collagene presente nelle ossa.
- proteine contrattili: come l'actina e la miosina dei muscoli, che consentono la contrattilità delle fibrille muscolari.
- proteine catalitiche: presenti negli enzimi, sono sostanze indispensabili che agiscono da catalizzatori biologici nelle reazioni che determinano la scomposizione e la trasformazione di altre molecole.
- proteine di trasporto: come l'emoglobina, che nei globuli rossi si lega all'ossigeno o all'anidride carbonica, trasportandoli rispettivamente ai tessuti, o ai polmoni.
- proteine contenute nelle membrane cellulari: regolano selettivamente i flussi fra le sostanze presenti nella cellula e la matrice extracellulare.
- proteine messaggere: come quelle contenute negli ormoni che fungono da messaggeri delle varie attività dell'organismo, mediante segnali biochimici che ne influenzano e regolano l'attività.
Le proteine ingerite con gli alimenti vengono scisse mediante la digestione nei componenti di base, gli aminoacidi, che l'organismo utilizza attraverso il suo metabolismo per sintetizzare le proprie specifiche proteine, peculiari per ciascun organismo e differenti da quelle di ogni altro essere vivente. La sintesi delle proteine in un organismo avviene in ogni cellula mediante l'unione di vari aminoacidi in successione, secondo uno schema, un modello, predeterminato geneticamente dal DNA cellulare (unico, esclusivo e irripetibile di quell'organismo), che contiene le informazioni genetiche necessarie alla biosintesi di RNA e proteine, molecole fondamentali per l'adeguata crescita e il corretto funzionamento di quasi tutti gli organismi viventi.
La sequenza di aminoacidi (polipeptide) generata a seguito dell'informazione genetica fornita dal DNA e "tradotta" dalla molecola intermedia di mRNA (RNA messaggero), forma le proteine distintive e caratteristiche per ciascun organismo. Le proteine possono assumere forme spaziali diverse: a nastro, fibroso, globulare, a spirale.
Gli Amminoacidi: I Mattoni delle Proteine
Gli aminoacidi dunque sono i costituenti delle proteine, cioè sono molecole organiche le quali, unendosi fra loro, formano le varie proteine di un organismo. Gli aminoacidi codificati dal codice genetico umano sono 20, suddivisi in aminoacidi essenziali e aminoacidi non essenziali.
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Amminoacidi Essenziali
Gli aminoacidi essenziali sono così definiti perché il nostro organismo non è in grado di biosintetizzarli autonomamente, ma è indispensabile il loro apporto dall'esterno con gli alimenti: una proteina che contiene tutti gli aminoacidi essenziali è definita ad alto "Valore Biologico" (VB), cioè completo e superiore dal punto di vista nutrizionale. Gli aminoacidi essenziali per un organismo adulto sono 8: fenilalanina, treonina, triptofano, metionina, lisina, leucina, isoleucina, valina.
Fra essi, tre particolari aminoacidi essenziali, cioè leucina, isoleucina, valina, sono definiti "Aminoacidi Ramificati" (BCAA, Branched-Chain Amino Acid), poiché la loro struttura chimica forma delle ramificazioni; essi rappresentano circa il 35% degli aminoacidi essenziali presenti nelle proteine muscolari, ne migliorano il trofismo, poiché pervengono preferibilmente al tessuto muscolare, regolandone le funzioni biosintetiche, caratteristica che ne ha stimolato il grande uso in ambito sportivo per il loro ruolo metabolico, di regolazione sia della fase catabolica e soprattutto di quella anabolica. Gli aminoacidi ramificati svolgono un ruolo significativo anche in alcune situazioni patologiche, o in caso di grandi traumi e ustioni, per favorire la rigenerazione dei tessuti grandemente danneggiati, visto il loro elevato turnover proteico.
Amminoacidi Non Essenziali
I 12 aminoacidi non essenziali sono sintetizzati dall'organismo "ex novo" a partire da sostanze quaternarie più semplici; essi sono alanina, arginina, acido aspartico, cisteina, acido glutammico, glicina, prolina, serina, tirosina, asparagina, istidina, glutammina. Due di tali aminoacidi, l'arginina e l'istidina, da alcuni autori sono ritenuti essenziali, ma solo durante la fase della crescita, anche se altri autori li ritengono essenziali anche nell'adulto. Sono considerati semi-essenziali la cisteina e la tirosina, perché l'organismo li può sintetizzare a partire da altri aminoacidi (metionina e fenilalanina).
Gli aminoacidi sono molecole organiche che svolgono una serie di funzioni collegate al metabolismo cellulare ma, ancora più importante, rappresentano i componenti fondamentali delle proteine e sono necessari per una normale crescita e per lo sviluppo del corpo umano.
Classificazione degli Aminoacidi
Di seguito una tabella riassuntiva delle categorie di aminoacidi:
| Categoria | Descrizione | Esempi |
|---|---|---|
| Essenziali | Non possono essere prodotti dall'organismo e devono essere introdotti con la dieta. | Fenilalanina, Treonina, Triptofano, Metionina, Lisina, Leucina, Isoleucina, Valina |
| Non Essenziali | Possono essere sintetizzati dall'organismo. | Alanina, Arginina, Acido Aspartico, Cisteina, Acido Glutammico, Glicina, Prolina, Serina, Tirosina, Asparagina, Istidina, Glutammina |
| Ramificati (BCAA) | Aminoacidi essenziali con una struttura chimica ramificata, importanti per il metabolismo muscolare. | Leucina, Isoleucina, Valina |
| Condizionatamente Essenziali | Non sempre necessari, ma diventano essenziali in determinate condizioni fisiopatologiche. | Arginina, Cisteina, Tirosina |
Proteine e Amminoacidi nell'Alimentazione
Gli alimenti di origine animale, come carne, uova, latticini, pesce, contengono tutti gli aminoacidi essenziali; quelli di origine vegetale hanno generalmente una composizione non completa: i cereali, come la pasta, mancano di alcuni aminoacidi, altrettanto ma in grado minore anche i legumi, la frutta a guscio e i semi oleosi. Una buona strategia consiste perciò nell'associare cereali e legumi, come ad esempio pasta e fagioli, pasta e ceci, nelle classiche ricette della Dieta Mediterranea, oppure mais e fagioli, soia e riso, per raggiungere una completezza nutrizionale di tutti gli aminoacidi essenziali, tenendo però presente l'apporto di carboidrati insito nel consumo di tali alimenti, mentre nel caso dei semi oleosi e della frutta a guscio è da tener presente l'alto contenuto lipidico.
Sarà buona norma essere attenti alla qualità degli alimenti in generale, dando la preferenza a quelli biologici, e scegliere, fra gli alimenti di origine animale, quelli più salutari, come il pesce che contiene acidi grassi essenziali Omega 3, cercando di evitare i cibi troppo elaborati, salati, con troppi grassi, e preferire cotture salubri, oltre a dare la preferenza al pesce e moderatamente alle uova, e alle carni bianche, rispetto alle carni rosse di cui non si deve eccedere nel consumo, senza dimenticare l'eccezionale apporto nutrizionale, anche proteico, di alcune alghe, come Spirulina, Clorella e Klamath, considerate dei veri superfood.
E' buona abitudine inoltre associare alle proteine frutta e abbondanti porzioni di verdure, che apportano al pasto fibre, vitamine, minerali, e numerosi antiossidanti che sono indispensabili per contrastare l'azione deleteria dei radicali liberi, specie negli sportivi, in cui l'allenamento intenso ne aumenta la produzione. Inoltre i vegetali associati alle proteine bilanciano il rapporto acido-base nell'organismo, mediante la loro azione alcalinizzante, dato che le proteine tendono a far virare il corpo verso l'acidità, che non è una condizione salutare.
E' importante non trascurare un buon apporto di acqua, che aiuta a eliminare le scorie azotate derivanti dal metabolismo proteico, mediante l'emuntorio renale, oltre a reidratare l'organismo dato che l'attività fisica aumenta considerevolmente la sudorazione e la perdita di liquidi e sali minerali, per cui, oltre a incrementare il consumo di vegetali, è talora opportuno inserire l'uso di integratori salini, in particolare magnesio e potassio, anche associati a multivitaminici e antiossidanti.
Le proteine dunque non devono mai mancare nell'abituale alimentazione di ciascuno, siano esse di origine animale e/o vegetale, secondo la nostra filosofia di vita. Oltre che negli sportivi, sono essenziali durante la crescita e anche nell'età avanzata, nella quale si assiste spesso ad una diminuzione delle masse muscolari, in parte a causa di una alimentazione meno variata, anche in relazione a problematiche odontoiatriche, o per la minore attività fisica dell'anziano, che deve essere al contrario avviato verso un buon dinamismo fisico, sostenuto da un'alimentazione completa, anche proteica.
Aminoacidi Ramificati (BCAA)
Conosciuti anche con la sigla BCAA, gli aminoacidi ramificati o a catena ramificata sono la leucina, l’isoleucina e la valina. Sembra anche che l’assunzione di aminoacidi ramificati serva a favorire la crescita muscolare, il recupero dopo gli esercizi e una maggiore capacità di sopportazione della fatica. Nel corso dell’ultimo decennio la fama e l’utilizzo degli aminoacidi ramificati è cresciuta in maniera esponenziale, soprattutto grazie ad alcuni comprovati benefici relativi alla crescita e al recupero muscolare.
Benefici dei BCAA
- Crescita Muscolare: La leucina, in particolare, stimola la sintesi delle proteine, il processo della formazione dei muscoli.
- Riduzione del Dolore Muscolare: Alcune ricerche suggeriscono che i BCAA aiutino a diminuire il dolore muscolare dopo un’intensa sessione di allenamento (DOMS).
- Resistenza alla Fatica: Gli aminoacidi a catena ramificata favoriscono una maggiore resistenza alla fatica.
- Prevenzione del Deperimento Muscolare: Gli aminoacidi ramificati possono aiutare la prevenzione del deperimento e della disgregazione muscolare.
Integratori di Proteine e Amminoacidi
La maggior parte degli aminoacidi di cui abbiamo bisogno derivano dall’alimentazione; tuttavia, a seconda dello stile di vita e del cibo che si consuma, può a volte essere difficile assumere in maniera corretta tutte le sostanze necessarie. Una soluzione a questo problema si trova nel ricorso agli integratori alimentari.
Le carni magre, specie se rosse, come il manzo, presentano un alto contenuto di amino acidi. Le uova hanno un ottimo profilo aminoacidico; l’albume è un carico di proteine totale, con una dose minima di grassi e carboidrati. Le proteine del siero del latte sono considerate un’altra importante fonte di aminoacidi, contenendone una spettro completo. Chi segue una dieta vegana o vegetariana o, per diversi motivi, non consuma carne, pesce e latticini, può avere più difficoltà nell’assunzione di aminoacidi. Gli integratori alimentari a base vegetale sono una soluzione, così come prodotti quali soia o quinoa, dotati di un profilo aminoacidico completo.
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