Le proteine sono nutrienti essenziali per il nostro organismo, svolgendo una vasta gamma di funzioni vitali. In questo articolo, esploreremo in dettaglio il ruolo delle proteine, le diverse fonti alimentari, il loro valore biologico e l'importanza di un adeguato apporto proteico per la salute.
Fonti Alimentari di Proteine
Gli alimenti di origine animale sono quelli che, oltre a contenere mediamente i quantitativi proteici maggiori, apportano proteine “complete”, le cosiddette “nobili”, in quanto costituite da tutti i 20 amminoacidi necessari all’organismo, inoltre sono altamente digeribili. Tra gli alimenti vegetali, i legumi sono quelli che apportano i maggiori quantitativi proteici: per questo sono attualmente utilizzati come fonte proteica da alternare alle proteine di origine animale, soprattutto quando abbinate ai cereali, perché l’abbinamento permette di raggiungere una buona qualità proteica, riducendo l’apporto di grassi animali.
Anche consumando fonti vegetali di proteine è possibile ottenere le giuste quantità all’interno del regime alimentare di un bambino. Il regime alimentare di un bambino dovrebbe includere in particolare latte, uova e carne.
Valore Biologico delle Proteine
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.
Proteine e Salute: Approfondimenti
Oltre al ruolo fondamentale delle proteine nell'alimentazione, è importante considerare l'interazione tra l'ossigeno, i radicali liberi e gli antiossidanti nel contesto della salute cellulare.
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L'Ossigeno e i Radicali Liberi
L'ossigeno viene usato dall'organismo per ossidare (bruciare) i substrati ricchi di carbonio e idrogeno (gli alimenti) e ricavarne l'energia indispensabile ai processi vitali. Nei diversi processi ossidativi la molecola dell'ossigeno, caratterizzata da una struttura chimica particolare, viene ridotta ad acqua mediante l'acquisto di quattro elettroni, uno per volta, formando immancabilmente dei radicali liberi come intermedi di reazione. I radicali liberi vengono costantemente prodotti nell'organismo durante il metabolismo dell'ossigeno ed eliminati, per evitarne i danni, da antiossidanti altamente specializzati.
Gli intermedi ridotti del metabolismo dell'ossigeno, compresi i radicali liberi, possono svolgere anche funzioni utili all'organismo: l'esempio più calzante è rappresentato dalla produzione di superossido e perossido di idrogeno da parte dei fagociti attivati durante la ‛combustione respiratoria' o respirazione cellulare (processo completamente diverso dalla respirazione a livello polmonare). Composti inorganici dell'ossigeno come il superossido, l'ossido nitrico e il perossido di idrogeno svolgono funzioni importanti come molecole ‛segnale' o ‛messaggeri'.
Attualmente la nostra capacità di inibire, ritardare o riparare il danno tissutale causato dai radicali dell'ossigeno dipende dalla natura sito-specifica del danno e dai sistemi di trasporto delle molecole dei farmaci destinati a interagire con tali radicali.
Chimica dell'Ossigeno e Radicali Liberi
L'elemento ossigeno, presente nell'aria sotto forma di molecola (O2) nota come diossigeno od ossigeno molecolare, è stato per la prima volta isolato e caratterizzato, tra il 1770 e il 1775, dagli scienziati europei K. W. Scheele, J. Priestley e A.-L. Lavoisier, indipendentemente. Il diossigeno (d'ora in poi indicato come ossigeno) è apparso in quantità significative sulla superficie terrestre 2,5 × 109 anni fa, ed esistono testimonianze geologiche che fanno risalire la sua comparsa all'attività fotosintetica di alcuni microrganismi come le alghe blu-verdi.
Queste ultime, scindendo l'acqua per soddisfare il proprio fabbisogno di idrogeno, rilasciarono tonnellate di ossigeno nell'atmosfera, dando luogo al caso più rilevante di ‛inquinamento ambientale' mai verificatosi sul nostro pianeta. L'aumento lento e costante della concentrazione atmosferica dell'ossigeno fu accompagnato dalla formazione della fascia di ozono nella stratosfera che, unitamente all'ossigeno, ha agito da filtro nei confronti dei raggi solari ultravioletti, i quali in precedenza raggiungevano liberamente la superficie della Terra. L'aria secca è oggi costituita per circa il 21% (in volume) di ossigeno, elemento che risulta così secondo per abbondanza solo all'azoto (78%); tuttavia, la percentuale di ossigeno nell'aria è trascurabile se confrontata con quella presente nelle molecole di acqua degli oceani, dei laghi e dei fiumi (88,8%) e con quella presente nelle riserve minerarie della crosta terrestre, dove è di gran lunga l'elemento più abbondante (46,6%).
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In condizioni normali, l'ossigeno è un gas stabile, inodore, insapore e incolore, scarsamente solubile in acqua (3 volumi di gas si sciolgono in 100 volumi di acqua). La sua limitata solubilità è indispensabile per la vita acquatica ed essenziale per le normali funzioni respiratorie dell'uomo. L'aria disciolta nell'acqua contiene una percentuale di ossigeno (34%) maggiore di quella dell'aria secca (21%), poiché la solubilità in acqua dell'azoto è di solo 2 volumi per 100.
L'ossigeno è, inoltre, considerevolmente più solubile nei solventi organici che in acqua: per esempio, nel cloroformio (CHCl3), un solvente dei grassi, a 10 °C possono essere disciolti fino a 219,5 ml di ossigeno per litro a 1 atmosfera, mentre alle stesse condizioni nell'acqua possono essere sciolti solo 38,2 ml di ossigeno. Quando l'ossigeno viene ridotto, per aggiunta di un elettrone per volta (v. equazioni 1-5), si formano composti pericolosi per la cellula: due radicali liberi (HO2•, •OH) e il perossido di idrogeno (H2O2).
Non è necessario indicare l'elettrone spaiato (punto a destra) sul radicale anionico superossido (O−2•), poiché questo può essere considerato meno ‛radicale' dell'ossigeno molecolare, che possiede due elettroni spaiati, ma non è mai indicato come O2••. ‟Un radicale libero può essere definito come una specie chimica, contenente uno o più elettroni spaiati, capace di esistere in modo autonomo". Questa è una definizione biologica generica (v. L'ossigeno molecolare (O2) allo stato diatomico fondamentale è esso stesso un radicale, con due elettroni spaiati, localizzati ciascuno in un orbitale di antilegame π* e aventi lo stesso numero quantico di spin, o spins paralleli (per una spiegazione più dettagliata, v. Halliwell e Gutteridge, 19892). Pertanto, quando l'O2 ossida un atomo o una molecola, i due elettroni che acquista da tali specie riducenti devono necessariamente avere spins paralleli, così da riempire gli spazi vuoti negli orbitali π*.
Al contrario, la maggior parte delle molecole biologiche è costituita da specie non radicaliche, caratterizzate dalla presenza di legami covalenti, formati da due elettroni a spins antiparalleli che occupano lo stesso orbitale molecolare. La reazione dell'ossigeno con le biomolecole è, dunque, soggetta a restrizione di spin: tale restrizione imposta dal numero quantico di spin risulta molto vantaggiosa alla vita in un ambiente ricco di ossigeno, poiché ritarda la reazione dell'ossigeno molecolare con le molecole biologiche. La sopravvivenza dipende comunque dalla costante riparazione del danno ossidativo, sia mediante una protezione antiossidante specifica (enzimatica), sia attraverso molecole scavenger (letteralmente ‛spazzino': molecola che inattiva un radicale, formando una specie meno tossica per la cellula) che proteggono i siti chiave e limitano l'estensione del danno (v. cap. 6).
Ossigeno Singoletto
La reattività dell'O2 può essere aumentata spostando uno degli elettroni spaiati, in modo da attenuare la restrizione di spin. Tale processo richiede energia e genera gli stati di singoletto dell'ossigeno. Lo stato di O2 singoletto 1Δg - uno tra i più importanti nei sistemi biologici - non possiede elettroni spaiati e così non viene classificato come radicale. L'O2 singoletto 1Σ +g, di solito, decade allo stadio 1Δg senza aver tempo di reagire. L'eccitazione dell'O2 agli stati di singoletto può essere raggiunta quando vari pigmenti vengono illuminati in sua presenza: il pigmento, infatti, assorbe la luce, entra in uno stato di eccitazione più alto e trasferisce energia alla molecola dell'O2, formando così l'O2 singoletto.
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Tale fenomeno può quindi avvenire in qualsiasi sistema pigmentato esposto alla luce, come nel caso del cristallino (v. Zigler e Goosey, 1981) e dei cloroplasti esposti alla luce (v. Talune malattie possono indurre un eccessivo accumulo di O2 singoletto, come accade per esempio nelle porfirie, alterazioni generalmente congenite del metabolismo delle porfirine. Queste ultime sono spesso escrete nelle urine e accumulate nella pelle: in tal caso l'esposizione alla luce causa l'insorgenza di eruzioni cutanee sgradevoli, cicatrici e pruriti. La gravità del danno dipende dalla struttura delle porfirine accumulate e dunque è differente nelle diverse forme di porfiria. Inoltre, è stato osservato che alcune porfirine vengono accumulate in cellule neoplastiche.
Questo fenomeno può essere sfruttato per il rilevamento e la terapia di tumori: infatti, somministrando un derivato porfirinico noto come HPD (Haemato-Porphyrin Derivative), possono essere individuati i tessuti tumorali, in quanto questi trattengono prodotti fluorescenti. Dato che la successiva irradiazione con luce della lunghezza d'onda assorbita dall'HPD può danneggiare il tumore, tali reazioni possono trovare applicazione in chemioterapia, specialmente nella cura del cancro della pelle e del polmone, in quanto sia i radicali ossidrile che l'ossigeno singoletto possono danneggiare le cellule tumorali.
Un'altra applicazione delle reazioni di fotosensibilizzazione in medicina consiste nell'uso degli psoraleni nel trattamento di alcune malattie della pelle, come, ad esempio, la psoriasi (v. Pathak e Joshi, 1984). Il trattamento, definito terapia PUVA (psoralene-ultravioletto), consiste nell'applicazione combinata di luce ultravioletta, nell'intervallo di lunghezze d'onda compreso tra 320 e 400 nm (UVA), e uno psoralene. Gli psoraleni sono una classe di composti prodotti dalle piante che agiscono come potenti fotosensori della produzione di O2 singoletto. È importante sottolineare che anche alcuni farmaci (per es.
Tuttavia, non esistono scavengers specifici dell'O2 singoletto: tutti reagiscono con il radicale ossidrile, spesso con una costante di velocità maggiore rispetto alle reazioni con l'O2 singoletto. Una parte di essi reagisce anche con almeno un radicale organico del perossido (v. Packer e altri, 1981) e con l'acido ipocloroso prodotto dall'azione della mieloperossidasi nei neutrofili attivati (v. Harrison e altri, 1978). Se, aggiungendo alte concentrazioni delle molecole scavenger prima menzionate a un sistema, nessuna di esse inibisce la reazione studiata, allora si può concludere che l'O2 singoletto non è richiesto da tale reazione; non è però valida la considerazione inversa. È da notare, tuttavia, che i prodotti delle reazioni del colesterolo (v. Kulig e Smith, 1973) e del triptofano (v.
Le molecole dell'ossigeno singoletto, quando decadono allo stato fondamentale, emettono luce nella banda dell'infrarosso (1.270 nm), ma si può avere emissione di luce anche a 634 e 702 nm, a causa di un fenomeno di ‛emissione dimolare', che coinvolge la cooperazione di due molecole di O2 singoletto (v. Un metodo utile per seguire la respirazione cellulare consiste nel misurare l'emissione di luce da parte di fagociti attivati in presenza di molecole stimolatrici, come il luminolo o la lucigenina. Tale misurazione, però, non può esser considerata una dimostrazione della produzione di O2 singoletto, poiché lo spettro di emissione della luce non ha alcuna analogia con quello atteso per l'O2 singoletto.
Si può dimostrare che una miscela di mieloperossidasi, H2O2 e Cl- produce O2 singoletto, ma solamente in condizioni che difficilmente si realizzano in vivo (v. Kanofsky e altri, 1984). In ogni caso, la reattività dell'acido ipocloroso prodotto dal sistema della mieloperossidasi è sufficiente per giustificare la citotossicità del sistema, anche in assenza di O2 singoletto. La mieloperossidasi svolge solo un ruolo secondario nell'eliminazione dei Batteri da parte dei neutrofili umani; infatti una carenza congenita di tale enzima porta raramente all'insorgenza di problemi di natura clinica. Tuttavia l'HOCl prodotto dalla mieloperossidasi potrebbe inattivare l'α1-antitripsina nei siti di infiammazione, contribuendo in tal modo al danno proteolitico (v.
La chemiluminescenza è un saggio utile per valutare lo ‛stress ossidativo' in organelli isolati, cellule intere e organi perfusi (v. Cadenas e altri, 1981). Una frazione della luce emessa potrebbe derivare dall'O2 singoletto, ma il resto probabilmente proviene da altre fonti, come, ad esempio, dalle reazioni di Fenton (v. Andersen e Harvath, 1979), dalle reazioni catalizzate dalla perossidasi (v. Cilento, 1982) e dall'interazione delle porfirine con H2O2 (v.
Radicale Superossido
La riduzione dell'ossigeno a opera di un solo elettrone produce il radicale superossido, O−2, che si forma in quasi tutte le cellule aerobie (v. Fridovich, 1975, 1978 e 1983; v. Halliwell e Gutteridge, 19892): in gran parte esso si forma per cessione di elettroni all'O2 da parte dei vari componenti delle catene di trasporto degli elettroni nella cellula, quali quelle dei mitocondri, dei cloroplasti e del reticolo endoplasmatico.
L'entità della cessione di elettroni, e quindi il tasso di produzione di O−2, aumenta con l'aumentare della concentrazione di O2. È stato inoltre dimostrato che O−2 viene prodotto durante la respirazione dei fagociti (neutrofili, monociti, eosinofili e macrofagi). La Km per l'O2 del complesso della NADPH-ossidasi, che produce l'O−2 nei neutrofili, ha un valore compreso tra i livelli di concentrazione dell'O2 nei liquidi corporei, così che un'elevata concentrazione di O2 può incrementare la produzione di O−2 nei fagociti attivati.
La produzione di superossido da parte dei fagociti assume un ruolo chiave nella eliminazione di diversi ceppi batterici; se il superossido non viene prodotto, come nel caso della malattia congenita nota come granulomatosi cronica, molti ceppi batterici non vengono completamente eliminati e ciò dà origine a infezioni multiple (v. Tauber e altri, 1983). Nei solventi organici l'O−2 è una specie estremamente reattiva, per esempio può rimuovere lo ione Cl- da idrocarburi clorurati non reattivi come il CCl4.
Al contrario, in soluzione acquosa, l'O−2 è poco reattivo e agisce principalmente da agente riducente, come nel caso del ferro del citocromo c o del nitro-blu di tetrazolio, o come un ossidante debole di molecole come l'adrenalina e l'acido ascorbico. HO2• + O−2 + H+ → H2O2 + O2. La costante complessiva di dismutazione a pH 7 è circa 5 × 105 mol-1s-1 (v. Anche se l'O−2 in soluzione acquosa ha una bassa reattività, è stato osservato che i sistemi chimici, enzimatici e fagocitari che generano O−2 in soluzione acquosa provocano un considerevole danno biologico (v. Halliwell e Gutteridge, The importance..., 1985). Una ulteriore prova dell'opportunità di rimuovere l'O−2 in vivo deriva dai molti dati che mostrano come gli enzimi...
Tabella: Fonti Alimentari di Proteine e Valore Biologico (VB)
| Fonte Alimentare | Origine | Valore Biologico (VB) |
|---|---|---|
| Carne | Animale | Alto |
| Latte | Animale | Alto |
| Uova | Animale | Alto |
| Legumi | Vegetale | Medio (migliora se abbinato a cereali) |