Aminoacidi Essenziali

Ultima modifica 02.10.2019
INDICE
  1. Generalità
  2. Funzioni
  3. Quali Sono?
  4. Chimica
  5. Proteine
  6. Fonti Alimentari
  7. Fabbisogno
  8. Carenza

Generalità

Cosa sono gli amminoacidi essenziali?

Gli essenziali – in inglese "essential amino acid" (EAA) o "indispensable amino acid" – sono amminoacidi (o aminoacidi) impossibili da sintetizzare de novo, ovvero indipendentemente dalla dieta, a un ritmo commisurato rispetto alla domanda o fabbisogno metabolico. Infatti, qualora fosse necessario, il nostro organismo ha la possibilità di generare certi aminoacidi a partire da altri; tuttavia ciò non avviene per gli amminoacidi essenziali.

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Per approfondire: Cosa Sono gli Aminoacidi?

Funzioni

Funzioni degli amminoacidi

Ogni amminoacido può svolgere una o più funzioni metaboliche. Come vedremo di seguito, alcuni sono indispensabili per la sintesi proteica, contribuendo ad una funzione plastica, mentre certi possono venire utilizzati come tali per svolgere funzioni particolari. Ad esempio possono intervenire:

  • Nella produzione energetica (sia direttamente nel muscolo, da parte dei BCAA, sia nella neoglucogenesi, da parte degli AA neoglucogenetici)
  • Nella risposta immunitaria
  • Nella sintesi di ormoni e vitamine
  • Nella trasmissione degli impulsi nervosi
  • Nella produzione di energia
  • Come catalizzatori in moltissimi processi metabolici ecc.

Nel complesso, in natura gli amminoacidi sono piuttosto numerosi ma solo una minor parte ha un ruolo concretamente plastico e, di questi, una frazione ancora più piccola è costituita dagli amminoacidi essenziali.

Ogni cellula possiede un complesso sistema atto alla sintesi – rispettivamente formato da acidi nucleici, enzimi e ribosomi – con il quale effettua la sintesi graduale di tutte le sue proteine.

D'altro canto, affinché la sintesi proteica possa concludersi positivamente, la presenza relativa di aminoacidi essenziali dev'essere ottimale. Infatti, se anche solo uno di questi risultasse carente, assumerebbe il ruolo di aminoacido limitante rendendo impossibile la sintesi proteica.

Per approfondire: Funzioni degli amminoacidi

Quali Sono?

Quali sono gli amminoacidi essenziali?

Gli amminoacidi "proteosintetici" sono 20, e risultano comuni a tutte le forme di vita (anche se, come vedremo, alcune fonti bibliografiche li aumentano fino a 21, 22 o addirittura 23).

Nell'essere umano adulto quelli essenziali sono 8: fenilalanina, treonina, triptofano, metionina, lisina, leucina, isoleucina e valina – questi ultimi 3 hanno anche le proprietà di amminoacidi ramificati (BCAA). per i soggetti in accrescimento è compresa anche l'istidina.

Approfondimento

gli amminoacidi contenenti zolfo, quindi la metionina e l'omocisteina, possono essere convertiti l'uno nell'altro all'interno dell'organismo umano, ma nessuno dei due può essere sintetizzato de novo. Allo stesso modo, la cisteina può essere prodotta dall'omocisteina, ma non può essere sintetizzata da sola. Quindi, per comodità, gli amminoacidi contenenti zolfo (solforati) sono a volte considerati un unico pool di amminoacidi equivalenti dal punto di vista nutrizionale, come lo sono la coppia di amminoacidi aromatici, cioè la fenilalanina e la tirosina. Analogamente l'arginina, l'ornitina e la citrullina, che sono inter-convertibili dal ciclo dell'urea, sono considerati un unico gruppo di AA.

Fino a poco tempo fa venivano considerati aminoacidi semi-essenziali la cisteina e la tirosina, in quanto l'organismo li può sintetizzare solo a partire da altri due aminoacidi essenziali – rispettivamente metionina e fenilalanina. Oggi invece, vengono più correttamente inclusi nel gruppo dei 6 condizionatamente essenziali. La sintesi endogena degli altri 4 infatti, è potenzialmente compromessa da condizioni pato-fisiologiche come la nascita pretermine o da gravi problematiche di natura catabolica. Essi sono: arginina, glicina, glutammina e prolina; secondo alcune fonti bibliografiche farebbe parte di questo insieme anche la taurina. Nota: la taurina, necessaria all'uomo per il buon funzionamento di cervello e fegato, in alcune specie come il gatto rappresenta un nutriente essenziale.

Attenzione! per alcuni autori, istidina e arginina andrebbero considerati essenziali, ma solamente durante la fase di crescita; per altri invece, l'istidina sarebbe essenziale anche durante l'età adulta, nonostante la sua rimozione dalla dieta non induca immediatamente un bilancio di azoto negativo, come succede, invece, per gli altri amminoacidi essenziali.

Ulteriori 6 amminoacidi sono considerati non essenziali per l'uomo (per così dire superflui), nel senso che possono essere sintetizzati in quantità sufficienti nel corpo pressochè in ogni condizione. Questi sono: alanina, acido aspartico, asparagina, acido glutammico, serina e selenocisteina (oggi considerata il 21° amminoacido). La pirrolisina (considerata il 22 ° amminoacido) non è utilizzata dagli esseri umani; quindi, non è essenziale.

Essenziale Condizionatamente Essenziale Non essenziale
Istidina (H) Arginina (R) Alanina (A)
Isoleucina (I)* Cisteina (C) Acido Aspartico (D)
Leucina (L)* Glutamina (Q) Asparagina (N)
Lisina (K) Clicina (G) Acido glutammico (E)
Metionina (M) Prolina (P) Serina (S)
Fenilalanina (F) Tirosina (Y) Selenocisteina (U)
Treonina (T)   Pirrolisina (O)
Triptofano (W)    
Valina (V)*    

*amminoacido essenziale (BCAA)

Per approfondire: Amminoacidi Ramificati Per approfondire: Amminoacidi Ramificati: Quando Assumerli? Guarda il nostro video sugli amminoacidi ramificati BCAA

Chimica

Cenni di chimica degli amminoacidi

Gli amminoacidi appartengono alla più vasta e generica categoria dei composti organici azotati, rispettivamente formati da carbonio (C), idrogeno (H), ossigeno (O) e azoto (N).

Ognuno si caratterizza per la contemporanea presenza di un gruppo amminico carico positivamente (NH2 → NH3 +) e di un gruppo carbossilico carico negativamente (COOH → COO-).

La porzione rimanente della molecola amminoacidica, detta gruppo radicale (R), varia da aminoacido ad aminoacido e gli conferisce caratteristiche chimico-fisiche particolari; esistono aminoacidi idrofobici, neutri, acidi e basici.

Cenni di chimica delle proteine

Le proteine sono macromolecole o polimeri costituiti da tanti monomeri, ovvero gli amminoacidi.

Legati tra loro linearmente, con un legame chiamato peptidico, assumono una struttura chimica semplice, detta primaria. Questa, organizzata in alfa elica o beta foglietto diventa secondaria (attraverso legami chiamati a idrogeno) e se ulteriormente raggomitolata diventa terziaria (attraverso legami chiamati ponti disolfuro).

Più strutture terziarie complessate tra loro assumono una struttura quaternaria.

Proteine

Amminoacidi essenziali e valore biologico delle proteine (VB)

La composizione e la struttura delle proteine ne determinano la funzione biologica, ma non è ciò che interessa l'aspetto nutrizionale degli alimenti. Infatti, una volta digerite, le proteine alimentari vengono ridotte ai singoli amminoacidi, i quali saranno poi impiegati dall'organismo in base alle proprie esigenze.

Poiché gli amminoacidi sono in tutto una ventina (esclusi i fattori simili), la loro combinazione in strutture contenenti migliaia di unità può dare origine a una moltitudine di proteine differenti. D'altro canto, il corpo umano non contiene tutte le proteine disponibili in natura, ma solo alcune. Avendo detto che esse vengono sintetizzate in maniera autonoma dall'organismo, ma anche che gli amminoacidi essenziali devono obbligatoriamente essere introdotti con la dieta (con le proteine alimentari), è deducibile che sia opportuno scegliere i cibi che contengono soprattutto questi nutrienti. La quantità e il rapporto tra gli amminoacidi essenziali in una proteina ne determina il cosiddetto valore biologico (VB) che, se risulta elevato, le rende simili (dal punto di vista della composizione) a quelle umane e viceversa.

È quindi logico che la strategia più semplice per garantire il pool di amminoacidi essenziali all'organismo sia prediligere le fonti nutrizionali ricche di proteine ad alto VB.

Digestione delle proteine e assorbimento degli amminoacidi

Una volta ingerite, le macromolecole dette proteine vengono scomposte nei singoli aminoacidi grazie all'azione combinata di pepsina, acido cloridrico (nello stomaco) ed enzimi pancreatici (in sede del duodeno).

I singoli aminoacidi vengono poi assorbiti dall'intestino tenue ed utilizzati prevalentemente dall'organismo per la sintesi proteica. Con questo termine ci si riferisce, in parole povere, a un processo inverso a quello digestivo che ha lo scopo di fornire all'organismo i materiali per la crescita, il mantenimento e la ricostruzione delle strutture cellulari. Questa funzione è chiamata "plastica".

Per approfondire: Valore Biologico

Fonti Alimentari

Dove si trovano gli amminoacidi essenziali?

La dieta di un individuo dovrebbe fornire tutti gli aminoacidi essenziali ed abbastanza azoto aminoacidico per sintetizzare quelli non essenziali. La scarsità o la mancanza di un aminoacido essenziale agisce infatti come fattore limitante della sintesi proteica endogena. In natura esistono alimenti che contengono quantitativi sufficienti di tutti gli aminoacidi essenziali. Si parla in questo caso (volgarmente) di proteine nobili o complete, generalmente presenti in carni, uova, pesce e latticini. Alcuni cibi si caratterizzano invece per una deficienza "assoluta" o "relativa" di aminoacidi essenziali. Si parla in questo caso di proteine incomplete, generalmente presenti negli alimenti di origine vegetale. Si definisce limitante quell'amminoacido essenziale presente nella concentrazione più bassa rispetto al fabbisogno. Le proteine dei cereali, ad esempio, hanno deficienza relativa in alcuni aminoacidi come lisina e triptofano. I legumi, alimenti vegetali ricchissimi di proteine, contengono buone quantità di lisina ma sono carenti in metionina. Anche carne, latticini e uova contengono un aminoacido limitante (generalmente metionina o triptofano). La sua concentrazione raggiunge tuttavia livelli sufficienti per garantire l'ottimale svolgimento della sintesi proteica. Un'integrazione di cereali e legumi, in quantità opportuna, costituisce un complesso proteico ben equilibrato in grado di coprire il fabbisogno di aminoacidi essenziali. Si parla in questo caso di mutua integrazione (o complementarietà proteica) come avviene nel tradizionale abbinamento dei cereali con i legumi. La carenza di un aminoacido essenziale impedisce l'utilizzo degli altri aminoacidi per la sintesi proteica SOLO quando la sua "riserva" nel pool amminoacidico ematico viene completamente esaurita. Traducendo tale concetto in termini pratici scopriamo che non è obbligatorio consumare proteine complementari all'interno dello stesso pasto poiché l'organismo ha la possibilità di attingere a "riserve" endogene per coprire carenze specifiche. Per i vegani è comunque importante assumere ogni giorno un'ampia varietà di cibi vegetali, poiché tali "scorte" sono piuttosto esigue.

Amminoacido o gruppo Lisina Triptofano Treonina Am. contenenti zolfo (metionina e omocisteina) Am. ramificati (valina, leucina e isoleucina) Am. aromatici (fenilalanina e tirosina)
Uovo 139% 293% 223% 225% 168% 301%
Manzo 203% 213% 202% 182% 144% 275%
Latte 158% 417% 191% 164% 151% 271%
Soia 144% 217% 191% 114% 136% 281%
Patata 121% 240% 167% 131% 131% 243%
Riso integrale 86% 224% 153% 176% 146% 305%
Mais 58% 117% 157% 132% 177% 314%
Grano 57% 217% 127% 203% 122% 306%
Manioca 92% 192% 115% 124% 79% 135%
Igname 91% 213% 157% 125% 116% 265%
Dieta inglese 140% 211% 177% 174% 143% 311%
Dieta indiana 87% 293% 143% 182% 132% 317%

FAO/WHO/UNU, PROTEIN AND AMINO ACID REQUIREMENTS IN HUMAN NUTRITION (PDF), WHO Press, 2007., Distribution of amino acids in food proteins and diets - Paragrafo 8.6 - Tabella 24 - Pag. 152

Composizione amminoacidica relativa delle fonti proteiche

Sono stati fatti diversi tentativi per esprimere la "qualità" o il "valore" di vari tipi di proteine. La misura più nota in Italia, come abbiamo detto, è il valore biologico (VB). Altri sono: net protein utilization, protein efficiency ratio, punteggio della digeribilità delle proteine corretto dall'amminoacido limitante (PDCAAS) e complete proteins concept.

Questi concetti sono fondamentali nell'industria dell'allevamento, perché la relativa mancanza di uno o più aminoacidi essenziali nei mangimi animali avrebbe un effetto limitante sulla crescita e quindi sul rapporto di conversione degli alimenti (Feed Conversion Ratio - FCR). Quindi, per aumentare il net protein utilization si possono combinare vari mangimi; oppure è possibile aggiungere in supplemento un singolo amminoacido come metionina, lisina, treonina o triptofano.

Le fonti vegetali, le alghe e il fitoplancton tendono ad avere meno proteine ​​rispetto alle fonti animali (come uova o latte); inoltre, il rapporto degli amminoacidi essenziali è diverso rispetto alle proteine umane. Tuttavia ciò non significa che i cosiddetti amminoacidi limitanti "manchino del tutto"; tali proteine si potrebbero comunque considerare "complete", se non fosse per il loro diverso rapporto o per la singola quantità degli amminoacidi essenziali.

Mangiando solo cibi vegetali, soprattutto per un lungo periodo di tempo, si può garantire l'apporto di tutti gli amminoacidi essenziali solo variando più possibile la tipologia degli alimenti scelti. Alcune combinazioni, come cereali e leguminose (mais e fagioli, soia e riso, fagioli rossi e riso ecc), contengono tutti gli amminoacidi essenziali necessari per l'uomo in quantità adeguate. Tuttavia, l'idea che gli alimenti a base vegetale debbano essere necessariamente combinati all'interno dello stesso pasto per fornire agli umani tutti gli aminoacidi essenziali è stata gradualmente superata. La posizione ufficiale della "Academy of Nutrition and Dietetics" è che

<<le proteine ​​di una varietà di cibi vegetali consumati nel corso della giornata possono fornire abbastanza aminoacidi essenziali purché vengano soddisfatti i normali requisiti calorici>>.

Proteine in relazione alle calorie alimentari

Il contenuto di proteine ​​negli alimenti è spesso misurato in "proteine ​​per porzione" piuttosto che in "proteine ​​sul contenuto calorico". Ad esempio, il "U.S. Department of Agriculture" (USDA) associa a 50 g di uovo intero 6 g di proteine, anziché 84 mg di proteine ​​su un totale di 71 kcal.

Per confronto, una porzione di broccoli crudi da 91 g fornisce 3 g di proteine, oppure 96 mg di proteine ​​per 31 kcal. Un uovo contiene il doppio di proteine ​​per porzione, ma 12 mg di proteine ​​in meno sull'apporto calorico corrispondente.

Il rapporto tra aminoacidi essenziali (il valore biologico) non viene preso in considerazione.

Si può quindi dimostrare che certe fonti vegetali contengano livelli proteici ​​adeguati, e addirittura spesso più proteine ​​in riferimento all'apporto calorico rispetto al riferimento standard (le uova crude intere). Altre fonti vegetali invece, come i frutti dolci e aciduli, ne contengono meno.

Si raccomanda che gli esseri umani adulti ottengano il 10-35 % dell'apporto calorico in forma di proteine alimentari, ​​oppure circa 11-39 mg di proteine / kcal / die (ad esempio, 22-78 g per 2000 calorie).

Fabbisogno

Fabbisogno nutrizionale di amminoacidi essenziali

Stimare il fabbisogno giornaliero di aminoacidi essenziali è piuttosto complicato; non a caso, questi valori hanno subito una modifica considerevole negli ultimi vent'anni.

La seguente tabella riassume l'apporto giornaliero raccomandato dall'Organizzazione Mondiale della Sanità attualmente in uso per gli aminoacidi essenziali negli esseri umani adulti, accompagnato dalla loro abbreviazione standard di una sola lettera.

Amminoacido(i) WHO mg kg peso corporeo WHO mg per 70 kg US mg per kg peso corporeo
Istidina 10 700 14
Isoleucina 20 1400 19
Leucina 39 2730 42
Lisina 30 2100 38
Metionina + Cisteina 10,4+4,1 (15 totale) 1050 totale 19 totale
Fenilalanina + Tirosina 25 (totale) 1750 totale 33 totale
Treonina 15 1050 20
Triptofano 4 280 5
Valina 26 1820 24

L'assunzione giornaliera raccomandata per i bambini di età pari o superiore a 3 anni è superiore del 10% rispetto al 20% degli adulti; quella per i neonati può raggiungere il 150% in più nel primo anno di vita. La cisteina (o gli amminoacidi solforati in genere), la tirosina (o gli amminoacidi aromatici in genere) e l'arginina sono necessari per i bambini e per i soggetti in accrescimento.

Carenza

Effetti della carenza di amminoacidi essenziali

Se l'apporto di uno degli amminoacidi essenziali è inferiore al necessario, l'utilizzo degli altri amminoacidi verrà ostacolato compromettendo la sintesi proteica (che risulterà inferiore a quella normale), anche in presenza di un'adeguata assunzione totale di azoto. Ergo, inutile assumere quantità enormi di proteine, se non se ne cura il contenuto in amminoacidi essenziali.

È stato dimostrato che la carenza proteica influisce su tutti gli organi del corpo e su molti dei suoi sistemi, tra cui:

  • Cervello e funzione cerebrale in neonati e bambini piccoli
  • Sistema immunitario, aumentando così il rischio di infezione
  • Funzione della mucosa intestinale e permeabilità, che influenza l'assorbimento e la vulnerabilità alle malattie sistemiche (sepsi)
  • Funzione renale.

I segni fisici di una carenza di sintesi proteica includono: edema, incapacità di crescita nei neonati e nei bambini, scarsa muscolatura, pelle squamosa e capelli sottili e fragili. I cambiamenti biochimici che possono riflettere il deficit di sintesi proteica ​​includono: bassa albumina sierica e bassa transferrina sierica.

Gli amminoacidi essenziali nella dieta umana sono stati stabiliti grazie a una serie di esperimenti condotti da William Cumming Rose. Gli esperimenti hanno riguardato la somministrazione di diete elementali a studenti laureati in buona salute. Queste diete consistevano in amido di mais, saccarosio, grasso butirrico senza proteine, olio di mais, sali inorganici, vitamine note, una grande "caramella" marrone a base di estratto di fegato aromatizzato con olio di menta piperita (per fornire vitamine sconosciute) e miscele altamente purificate di aminoacidi. Il principale metodo di valutazione è stato il bilancio dell'azoto. Rose notò che si incontravano maggiormente i sintomi da carenza (nervosismo, stanchezza e vertigini) quando i soggetti venivano privati ​​di un amminoacido essenziale.

La carenza di aminoacidi essenziali dovrebbe essere distinta dalla malnutrizione proteico-energetica, che può manifestarsi come marasma o kwashiorkor. Un tempo invece, il kwashiorkor veniva attribuito alla mancanza di proteine ​​negli individui che assumevano una quantità sufficiente di calorie. Tuttavia, questa teoria venne abolita in merito alla constatazione che non c'è alcuna differenza evidente nelle diete dei bambini che sviluppano il marasma rispetto al kwashiorkor. Tuttavia, in "Dietary Reference Intakes" (DRI) gestito dall'USDA, la mancanza di uno o più aminoacidi essenziali è descritta come una malnutrizione proteico-energetica.

Autore

Riccardo Borgacci
Laureato in Scienze motorie e in Dietistica, esercita in libera professione attività di tipo ambulatoriale come dietista e personal trainer