Le proteine sono un nutriente essenziale per la costruzione, il mantenimento e la riparazione dei tessuti dell’organismo. Le molecole proteiche sono composte da unità di aminoacidi.
Gli aminoacidi, i “mattoni” delle proteine, possono essere sintetizzati dall’organismo od assunti con il cibo. Esistono 20 differenti aminoacidi negli alimenti, ma il nostro organismo è in grado di sintetizzarne solo 11. I rimanenti 9 aminoacidi sono chiamati “essenziali” perché non possono essere prodotti dall’organismo umano e debbono essere introdotti con la dieta.
Cosa sono le proteine?
Le proteine sono fondamentalmente costituite da quattro elementi: carbonio, idrogeno, ossigeno ed azoto. Nell’organismo umano le proteine rappresentano oltre il 50% dei componenti organici e circa il 14-18% (a seconda dell’età) del peso corporeo totale.
Funzioni delle proteine
Le proteine sono costituenti fondamentali degli organismi viventi, ed occupano una posizione “centrale” nell’architettura (proteine strutturali) e nelle funzioni della materia vivente (proteine funzionali), per es. enzimi, ormoni, fattori di crescita, vie coagulative, respirazione cellulare, proteine vettrici, ecc.
Esse costituiscono l’impalcatura delle strutture muscolari e subiscono un continuo ricambio, chiamato turnover, che favorisce nel tempo una funzionalità adeguata del muscolo. Il ricambio delle proteine è molto elevato nei primi anni di vita e rallenta gradualmente con l’età, ma l’attività fisica può stimolare questo processo attraverso la sostituzione delle molecole danneggiate con altre nuove. Per fare questo, è necessaria la sintesi proteica, un processo cellulare che utilizza i mattoni, gli aminoacidi, per generare nuove macromolecole da sostituire.
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Anche se la formazione del tessuto muscolare è una funzione importante, le proteine ne svolgono altre altrettanto decisive per la nostra biologia. Quella di impalcatura è determinante per molte altre strutture come i tendini, cartilagini, capelli e peli (cheratina) ma anche per strutture microscopiche come lo scheletro cellulare, chiamato citoscheletro, e l’impalcatura dei cromosomi sottoforma di istoni.
L’aspetto strutturale non è l’unica funzione delle proteine; queste molecole sono in grado di svolgere ruoli funzionali e di regolazione. Per esempio, nelle membrane cellulari le proteine regolano complessi rapporti di comunicazione con l’ambiente esterno, traducendo i segnali che provengono dall’ambiente extracellulare e controllando il passaggio di molecole attraverso la membrana stessa. Le proteine formano gli enzimi, molecole che guidano le reazioni biochimiche per ottimizzarne l’efficienza; trasportano molecole nel flusso sanguigno e facilitano l’assorbimento dei nutrienti lungo il canale digestivo.
Fabbisogno proteico
Il fabbisogno di proteine è determinato da una serie di fattori tra cui le perdite obbligate di azoto, la qualità delle proteine, l’apporto calorico contemporaneo, lo stato fisiologico e l’attività fisica.
Durante l’accrescimento si consiglia un incremento del 30%.
Aminoacidi essenziali, non essenziali e semi-essenziali
Dal punto di vista funzionale gli aminoacidi utilizzati dall’uomo vengono classificati in: essenziali, non-essenziali e semi-essenziali.
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- Essenziali: sono quelli che l’organismo non è in grado di sintetizzare.
- Non essenziali: alcuni di questi sono ritenuti condizionatamente indispensabili o semi indispensabili perché il loro fabbisogno aumenta in determinate condizioni fisiologiche o perché risparmiano altri aminoacidi che devono essere demoliti per il loro ottenimento.
- Semi-essenziali: Tirando le somme, gli aminoacidi non essenziali che possiamo facilmente sintetizzare ex novo si riducono a 5. Quindi, il nostro organismo utilizza un pool cellulare di aminoacidi ottenuti dalla dieta e sintetizza i mattoni mancanti (se riesce), per portare a termine la sintesi proteica.
Qualità delle proteine
Per chi non ne fosse ancora al corrente, esistono già in Natura diverse fonti vegetali che possono essere definite “complete” o “nobili” in quanto contengono tutti e 9 gli aminoacidi essenziali come le proteine animali. La qualità delle proteine che assumiamo attraverso l’alimentazione è un fattore cruciale per valutare il loro contributo al benessere e alla salute del nostro organismo.
Valore Biologico (VB)
Il valore biologico è un vero e proprio indice della qualità delle proteine, che tiene conto dell’azoto assunto e di quello realmente trattenuto, quello espulso ovviamente non potrà mai essere utilizzato dal nostro organismo. Le proteine sono formate da amminoacidi, e una proteina per avere un elevato valore biologico deve possedere tutti gli amminoacidi essenziali, e questi devono anche essere presenti nelle giuste proporzioni tra di loro, (dosaggio equilibrato).
È un parametro di valutazione degli alimenti in base alla qualità delle proteine contenute in essi. E’ da ricordare tuttavia che il valore biologico è stato calcolato agli inizi del 900’ sul fabbisogno aminoacidico dei ratti ed è un parametro che prende come riferimento il grado di somiglianza del profilo aminoacidico di un alimento rispetto alle proteine umane. E’ quindi scontato che secondo questo parametro le proteine di origine animale (uova e latte) possiedono un valore biologico maggiore rispetto a quello di molte proteine vegetali con VB medio o basso.
Il VB viene indicato dal rapporto tra la quantità di azoto (N) trattenuto dall'organismo - dopo l'assorbimento - per la sintesi endogena. La composizione in AAE, rispetto al modello proteico umano, è valutata con il criterio del cosiddetto Valore Biologico (VB). Corrisponde alla quantità di proteina sintetizzata nell'organismo rispetto a quella ingerita con la dieta.
PDCAAS (Protein Digestibility Corrected Amino Acid Score)
La scala PDCAAS va da 0 a 1 dove 1 è il valore associato alla proteina considerata completa per l’uomo ovvero che dopo la sua digestione fornisce per unità il 100% degli aminoacidi essenziali richiesti. Anche in questo caso tuttavia il punteggio finale varia se associamo nell’arco della giornata diverse fonti alimentari con punteggio più basso.
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Di recente la qualità proteica è stata definita, da organi governativi e non, adottando un indice complesso che si chiama PDCAAS (protein digestibility corrected amino acid score). Sostanzialmente, il sistema valuta la qualità proteica attraverso un indice chimico o punteggio chimico che considera la composizione in aminoacidi delle proteine presenti in un alimento e la digeribilità (ottenibile direttamente sull’uomo), che tiene conto della capacità di assorbimento delle proteine dell’alimento specifico senza isolare le proteine specifiche dal resto della matrice.
Per esempio la soia ha un PDCAA pari a 0.91, simile a quello del manzo 0.92. Sulla base di questo indice di riferimento si potrebbe pensare che la soia sia dunque efficace quanto le proteine dalla carne di manzo a stimolare la sintesi proteica. Tuttavia, un recente studio di Philipps ha dimostrato che il manzo è superiore nello stimolare la sintesi proteica quando comparato con la stessa quantità isonitrogenica di un’alternativa al manzo a base di soia.
Analisi delle proteine
L’analisi delle proteine è essenziale per determinare la qualità del prodotto e le sue prestazioni e interpretazione adeguate sono fondamentali per il rilevamento delle frodi.
Esistono numerose tecniche per analizzare il contenuto proteico dei prodotti alimentari, ma in questo articolo ci concentreremo sulla spiegazione delle analisi che possono essere più frequenti nel contesto degli integratori sportivi.
Scopo dell’analisi
- Stabilire il valore di mercato dei prodotti proteici.
- Valutare la qualità degli ingredienti a base di proteine.
- Notificare la conformità degli ingredienti sia per il consumatore che per il venditore, nonché per gli aspetti normativi.
- Determinare l’autenticità degli alimenti e degli ingredienti proteici.
- Analizzare il contenuto nutrizionale degli alimenti per l’etichettatura.
Metodi di rilevamento dell’azoto totale
I metodi più comuni si basano sulla determinazione del contenuto di azoto totale e sull’estrapolazione di questi dati alla quantità di proteine totali, attraverso l’uso di determinati fattori di conversione.
Cioè, sono metodi indiretti. Questa strategia si basa sul principio che le proteine sono gli unici nutrienti che forniscono azoto nella dieta. Il problema è che oggi sappiamo che esistono composti non proteici che forniscono anche azoto.
Kjeldahl
Si basa su 4 passaggi in base ai quali il campione viene digerito in modo da poter misurare l’azoto che fornisce (sia da fonti proteiche che non proteiche). Per fare ciò, questo azoto viene convertito in ammoniaca, che viene isolata attraverso un processo di distillazione. Successivamente, il contenuto di azoto totale viene determinato indirettamente, attraverso una serie di reazioni chimiche.
La sua principale debolezza risiede nella mancanza di differenziazione tra contenuto proteico e non proteico.
Dumas o metodo di combustione
La sua base si basa sulla formazione di sostanze gassose a seguito della combustione del campione. Questo produce, tra gli altri, NOx e N2. Dopo aver ridotto gli NOx a N2, viene determinato l’N2 totale.
Attualmente sono disponibili analizzatori di azoto che semplificano, abbassano il prezzo e sono più sicuri e veloci delle procedure tradizionali basate sul Kjeldahl. Il problema però è simile a quello del Kjeldahl, non consente la differenziazione tra azoto proteico e non proteico, quindi è suscettibile di adulterazioni.
Fattori di conversione
Come abbiamo commentato in precedenza, la determinazione dell’azoto presuppone un passaggio precedente per stabilire successivamente il contenuto proteico.
Il fattore 6.25 è stato tradizionalmente utilizzato per calcolare la quantità di proteine dai valori di azoto. Si basa sul presupposto che il contenuto di azoto delle proteine sia del 16%.
Tuttavia, la realtà è diversa ed è che il contenuto di azoto varia a seconda del tipo di proteina, poiché la composizione degli amminoacidi è diversa.
Nonostante i suoi limiti, i fattori più utilizzati sono quelli proposti da Jones nel 1931.
Da una parte, la misurazione della proteina totale viene effettuata in modo indiretto: si determina il contenuto di azoto e al valore ottenuto si applica un fattore di conversione che dipende dalla matrice alimentare (6,38 per le proteine del latte, 6,25 per le proteine vegetali e altre fonti, e 5,5 per le frazioni di collagene). Questo è il motivo per cui puoi notare che a seconda che la proteina provenga da latticini, vegetali o carne, la variazione rispetto al risultato è adeguata al valore più corretto per la fonte in questione, perché dipende dal fattore applicato.
Un altro limite importante è l’applicazione del fattore 6.25 quando il fattore specifico di una fonte proteica non è noto, in quanto ciò può portare a una stima eccessiva o insufficiente del contenuto proteico.
Aminogramma
L’aminogramma non è altro che la scomposizione e la quantificazione degli amminoacidi che compongono una proteina. La sua determinazione ci consente due tipi di analisi delle proteine:
- Qualitativa: a causa della differenziazione di ciascuno degli amminoacidi.
- Quantitativa: aggiungendo le quantità di ogni amminoacido possiamo ottenere la quantità totale di proteine.
Per poter interpretare rigorosamente l’analisi di un aminogramma, è necessario conoscere preventivamente il profilo amminoacidico della proteina o del campione, in modo da fare un confronto tra il valore ottenuto e il valore che teoricamente dovrebbe registrare.
Una delle tecniche più appropriate a questo scopo è l’HPLC (High Performance Liquid Chromatography). Con l’HPLC ottieni qualcosa di simile a questo grafico:
Prima dell’analisi, il campione viene preventivamente trattato, in modo che sia consentita la rilevazione individuale di ciascun amminoacido. Il fondamento della tecnica, a un livello molto elementare, si basa sul fatto che ogni amminoacido ha proprietà differenti a livello fisico-chimico e, variando le condizioni dell’analisi, è consentita la rilevazione sequenziale di questi amminoacidi. Ogni picco corrisponde a un amminoacido e l’area sotto la curva di ciascun picco consente di determinare la concentrazione di quell’amminoacido.
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