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3 Proteínas Las proteínas de la dieta son la fuente primaria de los aminoácidos, que permiten al organismo la sínt...

3 Proteínas Las proteínas de la dieta son la fuente primaria de los aminoácidos, que permiten al organismo la síntesis de proteínas que intervienen en su estructura orgánica y en su función. El equilibrio armónico de las funciones vitales requiere de la participación de numerosos y variados compuestos proteínicos: mientras unos participan como proteí- nas de recambio, otros ejercen funciones protectoras (inmunoproteínas) y unos más intervienen en la regulación y mantenimiento de la homeostasis: como hormonas y enzimas. Las proteínas son también sustancias impres-cindibles en el crecimiento de las células y en la reparación o restitución de aquellas dañadas o muertas. En circunstancias extremas pueden proporcionar energía, a razón de 4 kcal/g. Una de las singularidades químicas de las proteínas es su elevado peso molecular (pm). N2 atmosférico A diferencia de compuestos como la glucosa, cuyo pm es de 180, las proteínas tienen un peso molecular elevado, algunas pueden exceder un millón. Esto se debe a que Animales Bacterias están formadas por largas cadenas de aminoácidos en cuya composición interviene el desnitrificantes hidrógeno, el oxígeno, el carbono y el nitrógeno; éste último es el elemento distintivo de las proteínas. Leguminosas Plantas Las plantas sintetizan los aminoácidos captando el nitrógeno (y el azufre) a partir de Compuestos orgánicos sales nitrogenadas (o azufradas) del suelo; el hidrógeno y el oxígeno los provee el agua de desecho y el carbono lo proporciona el dióxido de carbono de la atmósfera. Con todos estos (urea, ácido úrico, etcétera.) Bacterias elementos las plantas sintetizan los aminoácidos mediante la participación simbiótica NH3 de bacterias y hongos. Por su parte, los animales y el hombre, sintetizan sus propias proteínas a partir de productos resultantes del metabolismo de los alimentos de origen Figura 3.1 Ciclo del Nitrógeno. vegetal. Así pues, la fuente original de las proteínas es el reino vegetal, figura 3.1. AMINOÁCIDOS Clasificación de los aminoácidos INDISPENSABLES O ESENCIALES DISPENSABLES O NO ESENCIALES Fenilalanina Alanina Histidina Arginina** Isoleucina Aspargina Leucina Acido Glutámico Lisina˚ Cisteina** Metionina˚˚ Glutamina** Treonina Glicina** Triptofano Prolina** Valina Serina Tabla 3.1 Clasificación de los Tirosina** Aminoácidos ** Semiesenciales. ˚ Aminoácido limitante en granos, nueces y semillas. ˚˚ Aminoácido limitante en leguminosas y vegetales. Capítulo 3 · Proteínas 23 cap3_Pr.indd 23 1/10/09 17:53:37  Aminoácidos de los alimentos Los aminoácidos de las proteínas alimenticias pasan a formar parte de las proteínas corporales. De los 20 aminoácidos presentes en ellas, once son sintetizados en el hígado a partir de productos derivados del metabolismo de otros compuestos nitrogenados, por lo que se les conoce como no esenciales o dispensables en la dieta. Los nueve restantes no tienen vías de síntesis en el organismo, por lo que se les conoce como aminoácidos esenciales o indispensables en la dieta, tabla 3.1..( / En niños nacidos pretérmino la lisina y la arginina son indispensables para promover 2 # # /( su crecimiento corporal, debido a una limitada capacidad de síntesis para satisfacer esta exigencia. Por otra parte, la cisteina y la tirosina, son considerados semiesenciales, ya ( que pueden ser sintetizados por el organismo a partir de la metionina y la fenilalanina, respectivamente. La lisina y la metionina son aminoácidos limitantes en algunas proteí- Figura 3.2 Fórmula “genérica” de los Aminoá- nas, en virtud de que la lisina, se encuentran en concentraciones limitadas en granos, cidos. nueces y semillas, y las leguminosas y vegetales son deficientes en metionina. La glu- tamina puede considerarse esencial en la dieta de personas traumatizadas y en pacientes con ciertas enfermedades del tracto intestinal, por ser este aminoácido el combustible natural de los enterocitos. COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS Independientemente del número y la secuencia de los aminoácidos en las cadenas peptídicas de las proteínas, su contenido de nitrógeno varía con respecto a la propor- ción en que participan el carbono, el oxígeno, el hidrógeno (y en algunos aminoá- cidos, el azufre); aunque el contenido de nitrógeno puede variar proporcionalmente de una proteína a otra (entre 14 y 20%), se acepta, como promedio, que contribuye con 16% al total de elementos químicos en las proteínas. En cuanto a la disponibi- lidad metabólica de los aminoácidos de reserva para la síntesis de proteínas, se le conoce con el anglicismo pool (reserva, almacén de aminoácidos). A. En cuanto a sus componentes químicos, los aminoácidos están compuestos por un carbono central unido a cuatro grupos funcionales: un grupo amino (NH2 ), un grupo ácido (-COOH) y un hidrógeno (H); el cuarto grupo, identificado como R, corre- sponde a la porción del ácido aminado que le da identidad, figura 3.2. B. Cabe recordar que los aminoácidos, como otras sustancias químicas, pueden existir en dos formas isoméricas: D y L. En la naturaleza, y particularmente en los alimentos, casi todos los aminoácidos corresponden a la forma L, aunque el organismo puede metabo- lizar algunas formas D para convertirlas en L. Los aminoácidos se unen mediante enlaces peptídicos formando una “cadena”; la unión ocurre en el punto en el cual un grupo carboxilo de un ácido aminado se une al grupo C. amino de otro. Cuando se trata de dos aminoácidos se les conoce como dipéptidos; cuan- do son tres: tripéptidos, y así sucesivamente, llamando a los siguientes como péptidos anteponiendo los prefijos: tetra, penta, hexa, hepta y demás; a éstos últimos también se les conoce como oligopéptidos: suelen encontrarse como producto de la degradación de las proteínas. Cuando se trata de 50 a 100 aminoácidos se les denominan polipéptidos; con más de 100 de estas unidades se les llama proteínas. D. La secuencia de aminoácidos que intervienen en una proteína define la estructura pri- maria de ésta. Cuando la cadena de aminoácidos adquiere una forma tridimensional, debido a que la proteína se dobla en algunos puntos por la interacción de algunos Figura 3.3 Estructura de las proteínas. aminoácidos que forman uniones hidrógeno o disulfuro entre uno y otro; se le conoce 24 Capítulo 3 · Proteínas cap3_Pr.indd 24 1/10/09 17:53:39  como estructura secundaria; ésta puede encontrarse doblada, enrollada, en hélice o en otra forma. Si en la cadena de aminoácidos algunos se atraen (o se repelen), o bien son hidrofóbicos o hidrofílicos, las proteínas pueden tomar una forma globular o coloidal, adquiriendo así una estructura terciaria. Si dos o más proteínas interactúan para dar lugar a una más grande y compleja, ésta adquiere su estructura cuaternaria, figura 3.3. Desnaturalización de las proteínas Las proteínas de los alimentos pueden ser desnaturalizadas por efecto del calor, median- te agitación o bien por la acción de substancias ácidas o alcalinas. Por cualquiera de es- tos procedimientos se modifica su estructura tridimensional, desdoblándola o desnatu- ralizándola: una vez degradada pierde su actividad biológica pero puede ser proveedora de aminoácidos. En la preparación culinaria de los alimentos, las proteínas de la carne y del huevo, entre otros alimentos de la dieta, son parcialmente desnaturalizadas al ser sometidas al calor. Esta condición favorece la degradación de las proteínas. DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN La masticación de los alimentos facilita la degradación de las proteínas pero es en el estómago donde se inicia la digestión de éstas por efecto de la acidez gástrica y de la pepsina, éstas substancias son secretadas por el estímulo de la hormona conocida como gastrina. Las células parietales de la cavidad gástrica secretan ácido clorhídrico que desnaturaliza las proteínas, a su vez, éste activa la proenzima de la pepsina (pep- sinógeno): también secretada por células de la pared del estómago. El efecto producido por la acidez y la pepsina, reduce las cadenas proteínicas a segmentos más cortos que se conocen como proteosas o de menor tamaño: peptonas. Conviene señalar que las células parietales secretan también el “factor intrínseco”: que es indispensable para la absorción de la vitamina B12 en la porción terminal del ileon. El vaciamiento del contenido del estómago es regulado por quimiorreceptores y osmo- receptores situados en la primera porción del duodeno, los que activan el péptido gástri- co inhibitorio. Por otro lado, una vez que el contenido gástrico pasa (gradualmente) al intestino delgado, su carácter ácido estimula las células de la mucosa del duodeno a producir secretina. Esta hormona activa la producción y secreción de bicarbonato en los conductos pancreáticos, el cual se vierte conjuntamente con las proteasas del páncreas exocrino hacia el lumen intestinal. Una vez que, por efecto del bicarbonato, se neutraliza la acidez del contenido duodenal (hasta llegar a un pH entre 5 y 7) la de- Figura 3.4 Sitios de producción de enzimas gradación de las proteosas y peptonas continúa por la acción hidrolítica de las proteasas para la digestión y absorción de las proteínas. pancreáticas. A. Ácido clorhídrico, pepsina. B. Tripsina, quimiotripsina, carboxipeptidasas y Las peptonas (conjuntamente con los lípidos de la dieta) activan las células epiteliales dipeptidasas de las células epiteliales de la del duodeno para producir colecistoquinina (cck). Esta hormona actúa regulando las mucosa. secreciones de la vesícula biliar y el páncreas. De esta manera, las proenzimas pancreáti- cas que hidrolizan a los péptidos, llegan al lumen intestinal acompañadas del bicarbo- nato. El tripsinógeno es activado por la enterocinasa, secretada por las células epiteliales, que lo convierte en tripsina, y este, a su vez, activa al quimiotripsinógeno y a las cocar- boxipeptidasas. Cada una de estas enzimas tienen funciones específicas en el proceso de degradación de los polipéptidos; unas actúan liberando los aminoácidos situados en los extremos de la cadenas (exopeptidasas) mientras otras rompen las cadenas por la parte interna (endopeptidasas). Capítulo 3 · Proteínas 25 cap3_Pr.indd 25 1/10/09 17:53:40  De esta manera las proteínas son fraccionadas para convertirlas en aminoácidos y di- péptidos. Estos últimos son hidrolizados por dipeptidasas presentes en la superficie de las microvellosidades de la cara luminal de los enterocitos o en el interior de estas célu- las; así, los aminoácidos pasan luego a ser incorporados a la circulación enterohepática, figura 3.4. FUNCIÓN DE LAS PROTEÍNAS EN EL ORGANISMO Las proteínas cumplen con diversas funciones orgánicas. Son parte de los componentes estructurales (tejido conectivo) y a su vez son facilitadores de la movilidad corporal (tejido muscular contráctil), actúan como transporte en el sistema sanguíneo (como la proteína transportadora de retinol), participan en la estructura de hormonas (tiroideas, insulina) y enzimas, son constituyentes esenciales de substancias inmunoquímicas (anticuerpos), participan como reguladores manteniendo el equilibrio osmótico (fuerza oncótica) y el equilibrio ácido-base, aceptando o donando iones hidrógeno en los líqui- dos corporales. A un lado de estas funciones, es pertinente resaltar la importancia de las proteínas en la Gluconeogénesis: gluconeogénesis. Se ha mencionado ya en el capítulo 2, que en condiciones normales Es la producción dentro de la célula de la concentración de glucosa en la sangre debe encontrarse relativamente constante, para nuevas moléculas de glucosa a través de vías metabólicas. La fuente de los proveer de energía a los eritrocitos y a las células del tejido nervioso. Basta señalar que átomos de carbono para estas nuevas durante el descanso nocturno el cerebro consume un tercio (35%) de la energía moléculas de glucosa son generalmente que requiere el organismo y la mayor parte la obtiene de la glucosa de la dieta; de ser aminoácidos. ésta insuficiente, el hígado y el riñón (aunque éste en menor proporción) tendrán que producirla a partir de los aminoácidos. Después de un ayuno nocturno de 12 horas la gluconeogénesis puede considerarse como un mecanismo transitorio normal, pero si la concentración de glucosa se mantiene normal por tiempo prolongado metabolizando para ello los aminoácidos de las proteínas musculares, este hecho seguramente dará lugar a desnutrición. LAS PROTEÍNAS DE LA DIETA Las proteínas de los alimentos de origen animal difieren de las de origen vegetal en la composición de aminoácidos, pero suelen ser proveedoras de aminoácidos indispen- sables. Aún al comparar las proteínas que tienen un mismo origen, vegetal o animal, el patrón de aminoácidos es diferente. En términos generales, las proteínas de origen vegetal pueden carecer, o tener menor cantidad, de uno o varios aminoácidos indispen- sables, los que se les identifica como aminoácidos limitantes. El patrón de aminoácidos de las proteínas de origen animal se asemeja más al del hom- Aminoácido limitante: bre, sobre todo en los aminoácidos esenciales. Por esta razón se les considera como Es el aminoácido esencial que se en- proteínas completas o de mejor calidad; a excepción de algunas, como la gelatina que se cuentra en un alimento en menor con- califica como incompleta por carecer de dos aminoácidos esenciales. Esa particularidad centración, en relación a las necesidades del organismo. es común en las proteínas de origen vegetal, las que pueden carecer o tener cantidades insignificantes de alguno de los aminoácidos esenciales; ante esta circunstancia se les considera de menor calidad o incompletas. Afortunadamente la deficiencia de alguno de los aminoácidos esenciales en la proteína de un alimento suele tener poco significado, si éste forma parte de la dieta integrada por varios alimentos; en tal caso, la carencia o deficiencia de aminoácidos en una pro- teína se complementa con el excedente del aminoácido en las otras. Así, la deficiencia de metionina en la proteína de las leguminosas, y de la lisina en la de los cereales, se 26 Capítulo 3 · Proteínas cap3_Pr.indd 26 1/10/09 17:53:40  complementan: el excedente del aminoácido que tiene una con la insuficiente cantidad de éste en la otra, de esta manera mejora la calidad proteínica de ambas tabla 3.2. La complementación de proteínas no sólo es con respecto a las de origen vegetal, pues, si en la dieta se consumen otras de origen animal, como huevos, carne, leche o lacti- cinios (yogurt, queso), es natural que los aminoácidos de estas proteínas sirvan para complementar la deficiencia de alguna otra. La única condición es que sean consumidas en el mismo tiempo alimenticio (desayuno, comida, cena, o refrigerio), o por lo menos el mismo día. ALIMENTO AMINOÁCIDO ALIMENTO COMBINACIÓN LIMITANTE COMPLEMENTARIO DIETÉTICA Leguminosas Metionina Granos, nueces y Frijoles con semillas arroz Granos Lisina Leguminosas Tortillas con frijol Nueces y Lisina Leguminosas Frijoles con semillas “mole” Vegetales Metionina Granos, nueces y Calabacitas con Tabla 3.2 Aminoácidos limitantes en semillas elote algunos vegetales y complemento de ellos en la dieta RECOMENDACIONES DE PROTEÍNAS Las recomendaciones de ingesta de proteínas en la dieta se establecen pensando en que debe satisfacer las necesidades de aminoácidos indispensables y, al mismo tiempo pro- porcionar los aminoácidos dispensables para proveer al organismo de los grupos amino, para que el hígado sintetice los que requiera. Es natural que en las etapas del ciclo de vida que se caracterizan por la construcción de tejidos nuevos, como en la niñez y la adolescencia, y durante el embarazo y la lactancia, hay mayor demanda de proteínas, por eso las cantidades recomendadas se establecen según la edad de las personas, su sexo y su estado fisiológico, tabla 3.3.1 En base a estudios de balance metabólico y tomando como referencia las proteínas del huevo, un grupo de expertos de oms/fao desde 19852 han recomendado un aporte de 0.6 g/kg/día para satisfacer las necesidades diarias de adultos: mujeres y hombres; con- sideraron también que en una dieta mixta, con alimentos de origen animal y vegetal, las proteínas difieren no sólo en calidad proteíca, sino también en su digestibilidad, por lo que para satisfacer las necesidades diarias en adultos recomendaron 0.9 g/kg/día. El Consejo Nacional de Investigación de los Estados Unidos de América, recomienda a la población el consumo de una cantidad razonable de proteínas de alta calidad, re- alizando un consumo de 0.8 g/kg/día; en la tabla 3.3 se pueden ver las consideraciones que hace por grupos de edad, sexo, durante el embarazo y la lactancia, en 2005. Capítulo 3 · Proteínas 27 cap3_Pr.indd 27 1/10/09 17:53:41  Para cumplir con las recomendaciones de proteínas es deseable incorporar en la dieta diaria alimentos de origen animal, que contienen proteínas “completas”. En esta for- ma se satisface la necesidad diaria de los aminoácidos indispensables. Tal exigencia se cumple con satisfacción en los países desarrollados, donde la población se alimenta con cantidades holgadas de carne, leche (o derivados) y huevo. En cambio, en los países en vías de desarrollo, donde predominan en la dieta diaria alimentos de origen vegetal, es necesario lograr que al menos una tercera parte del las proteínas de los alimentos sean de origen animal, y procurar una combinación de alimentos de origen vegetal. EDAD g/kg/día (años) 0 - 0.5 1.52 0.5 - 1 1.2 1-3 1.05 4-6 0.95 7 - 10 0.95 EDAD HOMBRES MUJERES g/kg/día g/cm/día g/kg/día g/cm/día 11 - 14 0.95 0.28 0.95 0.29 15 - 18 0.85 0.33 0.85 0.26 19 + 0.8 0.33 0.8 0.28 g/kg/día Embarazo 1.1 Lactancia 1.3 Tabla 3.3 Recomendación de ingestión de Proteínas Bibliografía 1 Dietary Reference Intakes for Energy, Carbohydrate, Fiber, Fat, Fattyacids, Cholesterol, Protein and Ami- noacids (Macronutrients), 2005. Food and Nutrition Board. 2 WHO (World Health Organization). Energy and Proteín Requirements. Report of a joint fao/who/onu Expert Consultation, Technical Report Series 724. Génova: Organización Mundial de la Salud. 1985, pp. 206. 28 Capítulo 3 · Proteínas cap3_Pr.indd 28 1/10/09 17:53:41