Le proteine sono una classe molto importante di molecole biologiche e derivano dall’unione di unità base chiamate amminoacidi.
Le proteine sono presenti in tutte le cellule, in tutti i componenti cellulari e negli alimenti di cui quotidianamente ci cibiamo, fornendo in questo modo al nostro corpo non solo Carbonio e Idrogeno ma anche Azoto e Zolfo.
L'azoto è il componente più abbondante dell'aria che respiriamo. Costituisce infatti i 4/5 dell'atmosfera terrestre. Come elemento reagisce difficilmente, ma i composti di cui fa parte, come l'ammoniaca e le proteine, hanno un'importanza fondamentale per l'economia e per la vita.
La scoperta dell'Azoto
Solo alla metà del 18° secolo, studiando i fenomeni della respirazione e della combustione, alcuni chimici fecero una clamorosa scoperta: l'aria era costituita da due gas, uno che partecipava attivamente a questi fenomeni e un altro che non solo restava inerte, ma che anzi era ritenuto contrario alla vita perché nessun animale e nessun vegetale era in grado di sopravvivere in un ambiente saturo di questo gas.
L'aria, si calcolò, era una miscela di circa il 21% di ossigeno e di circa il 79% di azoto. Era dunque quest'ultimo elemento a costituire la gran parte dell'atmosfera che circonda la Terra.
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Si scoprì poi che la sua inerzia chimica era provvidenziale, poiché faceva sì che tutti i viventi non bruciassero all'istante, cosa che sarebbe avvenuta se nell'aria fosse stato presente molto più ossigeno.
Nell'aria l'azoto ‒ così come l'ossigeno ‒ non è presente sotto forma di atomi liberi ma di molecole, formate ognuna da due atomi di azoto (N2, dove N è il simbolo chimico dell'azoto).
Il principale composto dell'azoto è l'ammoniaca, che in natura è presente come prodotto della decomposizione degli organismi, mentre industrialmente è ottenuta in grandi quantità proprio a partire dall'azoto atmosferico combinandolo con l'idrogeno.
L'azoto, tuttavia, è molto presente in forma combinata anche negli organismi viventi, soprattutto in quelli animali. Per esempio, è uno dei componenti fondamentali delle proteine (che ne contengono mediamente il 16%).
L'azoto viene fissato nel terreno grazie a batteri particolari che vivono sulle radici di alcune piante e una parte viene trasformata in composti dell'acido nitrico (detti nitriti e nitrati) utilissimi come concimi.
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I composti dell'azoto presenti nel suolo assorbiti dalla piante sono trasformati in proteine vegetali che, ingerite come cibo dagli animali, vengono prima decomposte e poi trasformate in proteine, oppure restituite al terreno come escrementi.
Infine, quando i viventi muoiono restituiscono all'ambiente i propri componenti azotati e così il ciclo dell'azoto si chiude e ricomincia da capo.
Struttura delle Proteine
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.
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.
Funzioni delle proteine
In modo schematico possiamo suddividere le proteine, in base alla loro funzione, in:
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- Proteine di deposito: Svolgono la funzione di immagazzinare sostanze utili, come ad esempio la ferritina, la proteina che cattura il ferro.
- 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.
- 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 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.
Gli Amminoacidi
Gli aminoacidi 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.
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.
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.
Valore Biologico (VB)
Il valore biologico (VB) di una proteina è stimato in base al contenuto di aminoacidi essenziali (AAE): più l’alimento proteico presenta una distribuzione amminoacidica simile a quella del corpo umano più il valore biologico è elevato.
L’efficienza della biosintesi è ottimale quando tutti gli aminoacidi sono disponibili nello stesso momento e in quantità opportuna: se gli AAE non vengono introdotti in un quantitativo adeguato la sintesi proteica non avviene in modo efficiente perchè non può sintetizzarli e la “catena di produzione” proteica risulta bloccata.
Nel secondo caso (2) è compreso il calcolo del valore biologico, che, al netto delle perdite urinarie e fecali, corrisponde al rapporto tra l’azoto trattenuto nell’organismo e l’azoto assorbito.
Un indice più utilizzato e che considera la digeribilità è quello della utilizzazione proteica netta (NPU): azoto trattenuto dall’organismo/azoto ingerito; in una scala da 1 a 100, solo poche proteine hanno un valore superiore a 90 (come l’uovo).
Proteine e alimentazione
In base all’origine animale o vegetale delle proteine, è possibile conoscere il loro valore biologico e ponderare la nostra alimentazione nel modo più corretto per ottenere un apporto energetico adeguato.
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.
Fabbisogno proteico
Secondo i LARN, dalla prima infanzia alla terza età, si potrebbe applicare un range compreso tra 0,71 e 1,11 g/kg.
La RDA per le proteine riferite agli adulti > 50 anni è la stessa degli adulti più giovani: 0,8 g/kg/die.
Tuttavia, alcuni dati suggeriscono che un coefficiente di 1,2-1,5 g/kg/die sarebbe più appropriato nell’ottica di maggior conservazione della massa muscolare dell’anziano.
Vegetariani e vegani hanno lo stesso fabbisogno proteico degli onnivori, anche se l’apporto consigliato può essere leggermente superiore.
Conclusioni
L'azoto è un elemento costitutivo essenziale delle proteine, rendendole indispensabili per la vita. Comprendere il ruolo dell'azoto nelle proteine e il valore biologico delle diverse fonti proteiche è fondamentale per una nutrizione equilibrata e uno stile di vita sano.
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