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LE PROTEINE
PROTEINE
DEFINIZIONE:
Macromolecole formate di AA della serie L uniti tra loro
da un legame peptidico.
FUNZIONI:
•Strutturale: costruzione delle strutture cellulari
•Funzionale:
–Catalizzatori biologici
–Trasportatori (intra/extracellulari, di membrana)
–Recettori
–Regolatori dell’espressione genica
–Ormoni polipeptidici
COSTITUENTI DELLE PROTEINE:
AMINOACIDI
Nell’organismo umano ne sono presenti centinaia ma solo
20 nelle proteine.
Per la sintesi di una proteina devono essere presenti tutti
contemporaneamente.
CLASSIFICAZIONE:
•Funzionale: in base alla polarità della catena R
•Nutrizionale: in base alla loro essenzialità.
AMINOACIDI ESSENZIALI
DEFINIZIONE: Aminoacidi che devono essere introdotti
con la dieta.
L’essenzialità è legata al particolare momento biologico.
AA ESSENZIALI:
RAMIFICATI: VAL, LEU, ILE
AROMATICI: TRP, PHE
NEUTRI: THR
BASICI: HIS, LYS
SOLFORATI: MET
AA SEMI-ESSENZIALI:
CYS
MET
TYR
PHE
AMINOACIDI ESSENZIALI (Circa il 40% delle proteine umane)
Tipo Chimico
Fonte Alim. Princ.
Funzioni (o precursori)
RAMIFICATI
Isoleucina
Leucina
Valina
LEGUMI
Regioni idrofobiche di
proteine
AROMATICI
Fenilalanina
Tirosina*
Triptofano
UOVA, LATTE,
VEGETALI
Epinefrina, Tiroxina
Serotonina, Ac. Nicotinico
BASICI
Istidina
Lisina
CARNI, PESCI,
LEGUMI
Struttura terziaria
Collagene ed Elastina
NEUTRI
Treonina
CARNI, PESCI,
LEGUMI
?
SOLFORATI
Cisteina*
Metionina
* semiessenziali
UOVA, CEREALI
Struttura terziaria proteine
Ponti disolfuro
Cheratina e altre proteine
strutturali
FUNZIONI FISIOLOGICHE DEGLI AA
•Costruzione di proteine corporee: comprese proteine che
proteggono l’organismo dall’invasione di organismi patogeni.
•Sintesi di altri composti:
–Neurotrasmettitori
–Mediatori
–Componenti altoenergetici
–Cotrasportatori
–Antiossidanti
–Vitamine
–Ormoni
serotonina (TRP)
catecolamine (PHE)
ossido nitrico (ARG)
creatina (GLY, ARG)
carnitina (LYS)
glutatione (GLY, CYS, GLU)
niacina (TRP)
tiroxina (PHE)
•Utilizzazione energetica: utilizzata quando la disponibilità
energetica è compromessa.
SINTESI DELL’ADRENALINA
POOL AMINOACIDICO
Gli AA e le proteine sono legate tra loro da un
rapporto dinamico che consente un flusso di AA da
e verso le proteine detto pool aminoacidico.
Proteine alimentari
a
b
POOL AA
Proteine corporee
d
c
Pool di escrezione
Flusso entrata = a - b
Flusso di uscita = c - d
BILANCIO DI AZOTO
Bilancio zero: stato di mantenimento
Le entrate e le uscite si equivalgono (a = c; b = d).
Bilancio positivo: stato di accrescimento
Le uscite sono inferiori alle entrate (a > c; b > d).
Bilancio negativo: perdita di massa proteica
Le uscite sono superiori alle entrate (c > a; d > b).
Il bilancio proteico è di solito fornito in N (N 16%
delle proteine) e calcolato sulla base delle entrate e
delle uscite giornaliere.
TURNOVER PROTEICO
Il POOL AMONOACIDICO è quindi legato al turnover
proteico.
Caratteristiche del turnover proteico:
•Esteso: tutte le proteine ne sono soggette
•Eterogeneo: la velocità di turnover varia
•Intracellulare: sintesi e degradazione avvengono nella cellula
•Regolato: a vari livelli sia di sintesi che di degradazione
•Variabile: diminuisce dalla nascita all’età adulta
•Richiede energia: circa il 20% del MB.
Quantitativamente corrisponde a 3-4 volte l’introduzione di proteine
ed è pari a 3-4 g di proteine/kg/die.
Turnover giornaliero di proteine dell’intero
organismo e di alcuni organi nell’uomo di 70 Kg
FABBISOGNO PROTEICO
Fabbisogno proteico quantitativo: la più bassa quantità di
proteine di elevata qualità capace, in presenza di un
adeguato apporto energetico, di mantenere un equilibrio di
azoto.
Oltre al fabbisogno proteico quantitativo va anche stabilita
la qualità delle proteine in termini di AA e di digeribilità.
Metodi per il calcolo del fabbisogno proteico si basano sul
bilancio dell’azoto e sugli isotopi marcati.
QUALITA’ BIOLOGICA O
VALORE NUTRIZIONALE
Per qualità biologica si intende la capacità delle proteine di
soddisfare le esigenze fisiologiche dell’organismo.
Dipende dalle seguenti componenti:
•Intrinseca: legata al contenuto di AA indispensabili nella
proteina
•Estrinseca: legata alle interazioni della proteina con
l’organismo quindi alla sua digeribilità e alla biodisponibilità
degli AA.
METODI PER VALUTARE LA
QUALITA’ BIOLOGICA DELLE
PROTEINE
METODI BIOLOGICI: tengono conto anche della
digeribilità della proteina.
METODI CHIMICI: determinano il contenuto degli AA
nella proteina o nell’alimento.
METODI MICROBIOLOGICI: utilizzano microrganismi
(Tetrahymena o Streptococco) che richiedono per il loro
sviluppo analoghe quantità di proteine con lo stesso schema
distributivo degli AA essenziali.
METODI PER VALUTARE LA QUALITA’
BIOLOGICA DELLE PROTEINE:
metodi biologici
Si basano sulla misura diretta o indiretta della deposizione
proteica o sull’aumento di peso corporeo che la proteina o la
miscela di proteine in esame è capace di promuovere.
PER =
peso finale – peso iniziale
intake proteico
NPU =
N trattenuto
N introdotto
BV =
x 100
N introdotto- N feci – N urine
N introdotto – N feci
(basato sulla
variazione di peso)
(basato sull’N depositato
nella carcassa)
(se N urine = 0
BV = 1 = max)
Limiti: durata e costi delle analisi; non danno informazioni sul contenuto
di AA.
METODI PER VALUTARE LA QUALITA’
BIOLOGICA DELLE PROTEINE:
metodi chimici
Necessitano di un metodo attendibile e riproducibile per
determinare gli AA.
INDICE CHIMICO: determina il rapporto tra il contenuto
di ogni singolo AA indispensabile e il corrispondente AA di
un pattern di riferimento considerato ottimale.
mg AA essenziale / g proteina test
mg AA essenziale / g proteina riferimento
x 100
L’AA presente in concentrazione minore è detto LIMITANTE.
LIMITI: non tiene conto della digeribilità proteica.
PROTEINA DI RIFERIMENTO
DIGERIBILITA’ PROTEICA
DEFINIZIONE: quantità di proteina realmente digerita ed
assorbita.
Digeribilità apparente:
Digeribilità reale:
N ingerito – N fecale x 100
N ingerito
N ingerito – (N fecale – N endogeno) x 100
N ingerito
La digeribilità è mediamente compresa tra 80 e 90%.
La digeribilità è influenzata da:
»Trattamenti termici
»Presenza di inibitori delle proteasi
»Presenza di antinutrienti
»Presenza di proteine resistenti alla digestione
REAZIONE DI MAILLARD:
IMBRUNIMENTO NON ENZIMATICO
Valori di digeribilità delle proteine nell’uomo
Valori di digeribilità delle proteine nell’uomo
Esempio di calcolo
Dieta a base di frumento (AA limitante LYS)
Contenuto proteico: N x 5.83
Contenuto di N: 9 g/100 g
Digeribilità: 86%
Contenuto di LYS: 1.1 g/ 100 g
Proteine totali: 9 x 5.83 = 52.47 g/100g
Indice chimico: mg LYS/g proteina test = 1100/52.47 = 0.318
mg LYS /g STD
66
Valore proteico: contenuto proteico x indice chimico x digeribilità =
52.47 x 0.318 x 0.86 = 14.35
RISULTATO: 100 g di dieta sono equivalenti a 14.35 g di proteine
di riferimento.
COMBINAZIONI ALIMENTARI
Alimenti vegetali
Granaglie (o
Aminoacido
Alimento
Esempio di combinazione
limitante
complementare
Lisina, treonina
Legumi
Pasta e fagioli
Metionina
Frutta secca e
Riso e piselli
cereali)
Fagioli di soia e
altri legumi
semi
Mais
Triptofano, lisina
Legumi
Tortillas e fagioli
Verdura
Metionina
Frutta secca e
Insalata belga con le noci
semi
RACCOMANDAZIONI
• Fabbisogno di proteine nell’adulto:
0.6 g/kg/die
• Livello di sicurezza:
fabbisogno + 2 SD = 0.75 g/kg/die
digeribilità proteica media: 80 %
indice chimico medio: 70 %
1 g/kg/die
~ 12 % energia introdotta (< 15 %)
GRAVIDANZA:
ALLATTAMENTO:
+ 6 g/die
+ 17 g/die (LARN’96)
Fabbisogni aggiuntivi in gravidanza ed
allattamento
• GRAVIDANZA
– aumento in peso: 10-12 kg
– peso del neonato: 3.3 kg
– deposizione proteica: 925 g ovvero 3.3 g/die
FABBISOGNO AGGIUNTIVO: + 6 g/die
• ALLATTAMENTO
– escrezione media di latte: 800 mL/die
– contenuto medio di proteine: 1.15 g
– perdita da reintegrare: 9.2 g/die
FABBISOGNO AGGIUNTIVO: + 17 g/die
FONTI ALIMENTARI
Classificazione
nutrizionale dei
carboidrati
I carboidrati alimentari possono essere divisi in due classi:
Digeribili (disponibili)
Non-digeribili (non-disponibili)
questi ultimi sono spesso associati a sostanze di origine non
glucidica...
Classificazione dei carboidrati disponibili
Carboidrati disponibili: valore energetico
Carboidrati disponibili: valore energetico
Il calore di combustione di un grammo di monosaccaride
a sei atomi di carbonio (PM 180 Da) è pari a 15,67 kJ
(3,75 kcal)
Nei disaccaridi e nei polisaccaridi la rottura del legame
glucidico comporta l’addizione di una molecola di acqua (PM
18 Da). In altre parole, da 10 grammi di amido si ricavano
circa 11 grammi di glucosio.. Di conseguenza, i carboidrati in
forma polimerica hanno un contenuto energetico
MAGGIORE…
Il contenuto energetico di un disaccaride è quindi pari a
16,52 kJ/g (3,95 kcal/g);
Il contenuto energetico dell’amido è pari a 17,48 kJ/g (4,18
kcal/g)…
Carboidrati disponibili: valore energetico
Per ragioni pratiche, nelle tabelle di composizione degli
alimenti, il contenuto in carboidrati viene espresso in
glucosio-equivalenti (o carboidrati disponibili in forma
monomerica) e il coefficiente applicato è 15,67 kJ/g
In alternativa, se si usano i contenuti reali di amido e
zuccheri espressi in % sul peso dell’alimento, il contenuto
energetico è una MEDIA più o meno ponderata sulla
composizione dell’intera dieta e vale 17 kJ/g (4 kcal/g)
(legge 16 febbraio 1993 n.77).
Come si può capire questo coefficiente sottostima il
contenuto energetico di alimenti molto ricchi in amido e
sovrastima quello di alimenti contenenti solo zuccheri
semplici…
Carboidrati disponibili: potere dolcificante
Carboidrati disponibili: potere dolcificante
Il potere dolcificante dei carboidrati dipende dalla loro
natura e dal DE (Destrosio Equivalenti in base al potere
riducente)
Viene espresso in proporzione al saccarosio, cui viene assegnato un valore
di 1. La sostituzione di funzioni idrossiliche con atomi di cloro
(sucralosio) aumenta il potere dolcificante (x 650). Altri dolcificanti
intensivi verranno trattati in seguito
Il potere dolcificante di principali zuccheri e polialcoli è il
seguente:
fruttosio=1,3; zucchero invertito=1,1; saccarosio=1; sciroppo di
fruttosio=1; xilitolo=0,9; mannitolo=0,75; xilosio=0,75;
glucosio=0,7; sorbitolo=0,7; oligofruttani=0,6; sciroppi di glucosio
65-DE =0,6; mannosio=0,5; maltosio=0,4; lattosio=0,3; sciroppi di
glucosio 45-DE =0,3; sciroppi di glucosio 30-DE =0,25
Carboidrati disponibili: risposta glicemica
La risposta glicemica dipende da eventi
gastrointestinali
Shils et al. Modern Nutrition in Health and Disease 9th Edition. P.680
Fattori alimentari che influenzano
la risposta glicemica
Quantità di carboidrati
Natura del monosaccaride
•Glucosio
•Fruttosio
•Galattosio
Natura dell’amido
•Amilosio
•Amilopectina
•Interazione amido/nutrienti
•Amido resistente
Cottura/food processing
•Grado di gelatinizzazione
•Particle size
•Forma fisica
•Struttura Cellulare
Altri componenti
alimentari
•Grassi e proteine
•Fibra
•Antinutrienti
•Acidi organici
Natura degli zuccheri
Bevande vs.
pasti solidi
Amilosio Vs. Amilopectina
Effetto del trattamento industriale
Vs cottura convenzionale
Grado di rottura del seme:
Risposte glicemica ed insulinemica
Grado di rottura del seme:
Grado di idrolisi
macinazione e
presenza di
fibra nel riso
Struttura dell’alimento
Struttura dell’alimento
Per valutare le caratteristiche degli
alimenti contenenti carboidrati per ciò che
riguarda la risposta glicemica, negli anni
90 è stato introdotto il concetto di
INDICE GLICEMICO
Che cos’è l’indice glicemico?
L’indice glicemico (GI) degli alimenti è un ranking
basato sul loro effetto immediato sui livelli di
glucosio nel sangue. Carboidrati che vengono
idrolizzati velocemente hanno alti valori di GI. La
loro risposta glicemica postprandiale è rapida ed
elevata. Al contrario, carboidrati che vengono
idrolizzati lentamente hanno bassi GI.
Come si calcola il GI?
Il GI è un test in vivo (su soggetti umani) che si
basa sul calcolo dell’area sottesa alla curva di
risposta glicemica quando un alimento test ed un
alimento standard vengono consumati in quantità
isoglucidiche (tali cioè da contenere la stessa
porzione di carboidrati - di solito 50g).
Area incrementale sottesa alla curva (IAUC)
Calcolo dell’Indice Glicemico
GI= IAUC test/standard %
Calcolo dell’ indice glicemico
Standard food:
L’alimento standard può essere sia glucosio che
pane bianco. Per convertire il GI riferito al
glucosio in quello riferito al pane, si moltiplica x
1.333
Pasti misti:
Per i pasti misti (con più di un alimento) il GI si può
calcolare come segue:
GI del pasto = g CHOfood i / g CHOmeal X GIfood i +
g CHOfood ii / g CHOmeal X GIfood ii +
……………………………………………………
+
g CHOfood n / g CHOmeal X GIfood n
Valori di
indice
glicemico
riferiti al
pane bianco =
100%
Che cos’è il Carico Glicemico di un
alimento?
Il carico glicemico (GI) degli alimenti è un ranking
basato sul loro effetto generale sui livelli di
glucosio (e di insulina) nel sangue. Viene calcolato
moltiplicando il contenuto in carboidrati di un
alimento per il suo IG.
Per esempio, una porzione di alimento con GI 50
che contenga 100 g CHO è equivalente – in termini
di richiesta di insulina – ad una porzione di un altro
alimento con GI 100 contenente 50g CHO
Quindi, esistono due possibilità per
ridurre il GL di una dieta:
1) ridurre la quantità di carboidrati
2) ridurre il loro indice glicemico
Vantaggi derivanti dalla riduzione del
GI / GL della dieta
oltre che per il controllo delle malattie
legate al metabolismo glucidico
(diabete, iperglicemia) alimenti a basso
GI sono utili per il loro effetto positivo
sui livelli di lipidi e sul controllo
dell’introduzione calorica
Lipidi e rischio cardiovascolare
Studi di intervento che hanno esaminato l’ Effetto del GI
sui livelli di lipidi ematici
i dati sono espressi come percentuale di cambiamento nella
concentrazione di lipidi dopo una dieta a basso– paragonata ad
una ad alto–indice glicemico.
Ludwig, DS. JAMA. 2002;287:2414-2423
GI e livelli di HDL nella popolazione generale
Frost et al Lancet 1999 353: 1045-48
Adjusted geometric mean plasma concentrations of fasting triacylglycerol
according to quintiles (Q) of energy-adjusted dietary glycemic load in
postmenopausal women in 2 BMI categories: BMI > 25 (n = 94) and BMI ≤ 25
(n = 91). Data adjusted for covariates. P for trend < 0.001 for BMI > 25, P
for trend = 0.03 for BMI ≤ 25, and P < 0.001 for the interaction between
BMI and dietary glycemic load. To convert mmol/L to mg/dL, divide by
0.0113.
Liu S et al., Am J Clin Nutr 2001;73:560–6.
Carico Glicemico e CHD in donne sovrappeso
Sazietà e controllo
dell’introduzione di energia
GI e sazietà
GI e food intake
Come si può applicare il concetto di
GI ad un normale regime alimentare?
Distribuzione del GI di 111 alimenti che contribuiscono
>87% dell’introduzione di CHO nell’Italia del nord
GLYCEMIC INDEX (glucose =100)
35
30
No of obs
25
20
15
10
5
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Upper Boundaries (x < boundary)
90
100 110
Expected
Normal
Distribuzione del GI di 111 alimenti che contribuiscono
>87% dell’introduzione di CHO nell’Italia del nord
GLYCEMIC INDEX (glucose =100)
35
30
No of obs
25
20
15
10
5
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Upper Boundaries (x < boundary)
90
100 110
Expected
Normal
Distribuzione del GI di 111 alimenti che contribuiscono
>87% dell’introduzione di CHO nell’Italia del nord
No of obs
GLYCEMIC INDEX (glucose =100)
3.48
35
potatoes
bread 23.3
19.1 pasta
cakes & biscuits 7.6
1.13
15.3 fruit
30
5.7 rice sugar &
vegetables
6.95
0.48 pulses
candy
soft drinks
25
0.51
20
15
10
5
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Upper Boundaries (x < boundary)
90
100 110
Expected
Normal
GI medio della dieta considerando il GI
medio di ogni classe di alimenti GI = 60
eliminando:
prodotti dolci Æ GI = 59; pane Æ GI= 53;
Selezionando gli alimenti con il più basso GI
per ogni classe Æ GI = 44
Selezionando gli alimenti con il più alto GI
per ogni classe Æ GI = 79