Le proteine sono la classe più numerosa di molecole organiche in tutti gli esseri viventi. Sono presenti in tutte le cellule e svolgono funzioni essenziali per tutti i processi biologici della vita, fornendo 4,5 Kcal per grammo. Il termine "proteine" (dal greco proteios = primario) è stato coniato dal chimico olandese G. Mulder nel 1838.
Cosa Sono le Proteine?
Le proteine sono composti organici costituiti da lunghe catene di molecole simili chiamate aminoacidi. Il nostro organismo contiene in quantità significative venti diversi aminoacidi, che chimicamente condividono la medesima architettura generale.
Una proteina si forma quando gli aminoacidi vengono assemblati uno di seguito all’altro come perline in lunghe collane. Più specificamente, il gruppo carbossilico di un aminoacido e il gruppo aminico di un altro reagiscono tra di loro generando un legame denominato peptidico.
Le proteine presenti nel nostro corpo sono costituenti essenziali 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; fanno parte di tante molecole strutturali come i connettivi, che sono costituiti principalmente da collagene che è una proteina; e ancora 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); inoltre svolgono anche una funzione energetica, sebbene essa sia secondaria ai carboidrati, ma in caso di carenza di questi ultimi quali substrati energetici, le proteine possono venire demolite per fornire energia all'organismo.
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 turnover proteico 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.
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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.
Gli aminoacidi (o amminoacidi) sono i costituenti base delle proteine e rappresentano le "tessere" o i "mattoni", che assemblandosi in vario modo costituiscono le diverse proteine che andranno a formare pelle, muscoli, tendini, capelli, unghie, ossa, ecc. 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.
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.
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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, la proteina che cattura il ferro originato dalla distruzione dei globuli rossi ormai vecchi, oppure le proteine che alimentano l'embrione nella cellula uovo (es. il tuorlo d'uovo), o nell'embrione dei semi dei vegetali, ecc.
- Proteine strutturali: danno struttura e supporto a tutto l'organismo, come il collagene presente nelle ossa, nei tendini, nei tessuti connettivi, o la cheratina di pelle, capelli e unghie, l'elastina che dà elasticità ai tessuti polmonari e alle pareti dei vasi sanguigni, ecc.
- Proteine contrattili: come l'actina e la miosina dei muscoli, che consentono la contrattilità delle fibrille muscolari, permettendone l'accorciamento (con successivo ri-allungamento) per compiere il movimento muscolare.
- Proteine catalitiche: presenti negli enzimi, sono sostanze indispensabili che agiscono da catalizzatori (= fattori acceleranti o ritardanti le reazioni chimiche) biologici nelle reazioni che determinano la scomposizione e la trasformazione di altre molecole (senza gli enzimi, che sono particolarmente specifici, tali reazioni sarebbero impossibili all'interno di un organismo vivente), come ad esempio gli enzimi digestivi.
- 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.
Peptidi, Polipeptidi e Proteine: Qual è la Differenza?
Le molecole derivate dall’assemblaggio di singoli aminoacidi tenuti assieme dai legami peptidici vengono definite peptidi. Avremo dunque un dipeptide se il composto contiene due aminoacidi, un tripeptide con l’aggiunta di un terzo e via discorrendo.
- Peptidi: catene corte di aminoacidi (fino a 20).
- Polipeptidi: catene più lunghe (oltre 20 aminoacidi).
- Proteine: polipeptidi con più di cento aminoacidi.
Le catene più articolate (con più di 3 aminoacidi) si chiamano polipeptidi e quando questi ultimi accolgono più di cento aminoacidi parliamo, per l’appunto, di proteine.
Struttura delle Proteine
Le proteine possono poi assumere particolari conformazioni, più o meno complesse, che risultano cruciali per la loro funzione. I livelli di organizzazione strutturale delle proteine sono:
- Struttura primaria: dettata dalla semplice sequenza degli aminoacidi nel contesto del polipeptide.
- Struttura secondaria: deriva dalla formazione di “vincoli” (i legami idrogeno) tra gli atomi di differenti porzioni della catena polipeptidica.
- Struttura terziaria: la catena si ripiega in modo da originare una contorta disposizione tridimensionale a forma di corpo solido.
- Struttura quaternaria: si sviluppa quando singole catene polipeptidiche si interfacciano per generare una proteina complessa. In pratica, è il risultato dell’interazione di subunità polipeptidiche separate, con la loro struttura secondaria e terziaria, che si uniscono per generare una molecola proteica piuttosto grossa.
Fonti Alimentari di Proteine
Le proteine possono essere di origine animale o vegetale:
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- Proteine animali: contenute nella carne, nei prodotti della pesca, nelle uova, nel latte e nei suoi derivati.
- Proteine vegetali: si trovano nei cereali, nel riso e nei legumi. Tali proteine, però, sono strutturalmente manchevoli di cruciali aminoacidi e vengono perciò definite a basso valore biologico.
Per esempio, nei cereali il contenuto di due aminoacidi essenziali, come la lisina e la treonina, è generalmente basso, e il mais è anche carente di triptofano; i legumi, benché ricchi di proteine, difettano degli aminoacidi contenenti zolfo, cioè di cisteina e metionina. Sopperire a questi deficit si può: basta combinare sapientemente le diverse fonti proteiche nello stesso pasto per assicurarsi introiti alimentari contenenti gli aminoacidi essenziali nelle quote adeguate.