17.3: Proteínas- Musculares y Mucho Más
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- Describir el metabolismo de las proteínas.
- Conocer la importancia de los aminoácidos esenciales.
- Conocer las fuentes y función de las proteínas comunes en la dieta.
Las proteínas son nutrientes esenciales para el cuerpo humano. Son uno de los bloques de construcción del tejido corporal y también pueden servir como fuente de combustible. Como combustible, las proteínas aportan tanta densidad energética como los carbohidratos: 4 kcal (17 kJ) por gramo; en contraste, los lípidos aportan 9 kcal (37 kJ) por gramo. El aspecto más importante y característico definitorio de la proteína desde el punto de vista nutricional es su composición de aminoácidos.
Las proteínas son cadenas poliméricas hechas de aminoácidos unidos entre sí por enlaces peptídicos. Durante la digestión humana, las proteínas se descomponen en el estómago en cadenas polipeptídicas más pequeñas a través de acciones de ácido clorhídrico y proteasa. Esto es crucial para la absorción de los aminoácidos esenciales que no pueden ser biosintetizados por el organismo.
Funciones proteicas en el cuerpo humano
La proteína es un nutriente que necesita el cuerpo humano para su crecimiento y mantenimiento. Aparte del agua, las proteínas son el tipo de moléculas más abundantes en el cuerpo. La proteína se puede encontrar en todas las células del cuerpo y es el principal componente estructural de todas las células del cuerpo, especialmente los músculos. Esto también incluye los órganos del cuerpo, el cabello y la piel. Las proteínas también se utilizan en las membranas, como las glicoproteínas. Cuando se descomponen en aminoácidos, se utilizan como precursores de ácidos nucleicos, coenzimas, hormonas, respuesta inmune, reparación celular y otras moléculas esenciales para la vida. Adicionalmente, se necesita proteína para formar células sanguíneas.
Metabolismo proteico: Aminoácidos esenciales
La digestión de proteínas comienza en el estómago (Figura\(\PageIndex{3}\)), donde la acción del jugo gástrico hidroliza alrededor del 10% de los enlaces peptídicos. El jugo gástrico es una mezcla de agua (más del 99%), iones inorgánicos, ácido clorhídrico y diversas enzimas y otras proteínas.
El dolor de una úlcera gástrica se debe al menos parcialmente a la irritación del tejido ulcerado por jugo gástrico ácido.
El ácido clorhídrico (HCl) en el jugo gástrico es secretado por las glándulas en el revestimiento del estómago. El pH del jugo gástrico recién secretado es de aproximadamente 1.0, pero el contenido del estómago puede elevar el pH a entre 1.5 y 2.5. El HCl ayuda a desnaturalizar las proteínas de los alimentos; es decir, despliega las moléculas proteicas para exponer sus cadenas a una acción enzimática más eficiente. El principal componente digestivo del jugo gástrico es el pepsinógeno, una enzima inactiva producida en células localizadas en la pared del estómago. Cuando los alimentos ingresan al estómago después de un período de ayuno, el pepsinógeno se convierte a su forma activa, la pepsina, en una serie de pasos iniciados por la caída del pH. La pepsina cataliza la hidrólisis de enlaces peptídicos dentro de moléculas proteicas. Tiene una especificidad bastante amplia pero actúa preferentemente sobre enlaces que involucran los aminoácidos aromáticos triptófano, tirosina y fenilalanina, así como metionina y leucina.
La digestión de proteínas se completa en el intestino delgado.
Aminoácidos
Existen 20 aminoácidos que nuestro cuerpo utiliza para sintetizar proteínas. Estos aminoácidos pueden clasificarse como esenciales, no esenciales o condicionalmente esenciales. La siguiente tabla muestra cómo se clasifican los 20 aminoácidos.
| Esencial | Condicionalmente Esencial | NO ESENCIALES |
|---|---|---|
| Histidina | Arginina | Alanina |
| Isoleucina | Cisteina | Asparagina |
| Leucina | Glutamina | Ácido aspártico o aspartato |
| Lisina | Glicina | Ácido Glutámico o Glutamato |
| Metionina | Prolina | serina |
| Fenilalanina | Tirosona | |
| Theronine | ||
| Triptófano | ||
| Valina |
El cuerpo no puede sintetizar nueve aminoácidos. Por lo tanto, es fundamental que estos se consuman en la dieta. Como resultado estos aminoácidos son conocidos como aminoácidos esenciales, o indispensables,.
Los aminoácidos no esenciales, o prescindibles, se pueden hacer en nuestro cuerpo, por lo que no necesitamos consumirlos. Los aminoácidos condicionalmente esenciales se vuelven esenciales para los individuos en ciertas situaciones. Un ejemplo de una afección cuando un aminoácido se vuelve esencial es la enfermedad fenilcetonuria (PKU). Los individuos con PKU tienen una mutación en la enzima fenilalanina hidroxilasa, que normalmente agrega un grupo alcohol (OH) al aminoácido fenilalanina para formar tirosina como se muestra a continuación.
Dado que la tirosina no puede ser sintetizada por personas con PKU, se vuelve esencial para ellas. Así, la tirosina es un aminoácido condicionalmente esencial. Los individuos con PKU tienen que comer una dieta muy baja en proteínas y evitar el edulcorante alternativo aspartamo, ya que se puede descomponer en fenilalanina. Si los individuos con PKU consumen demasiada fenilalanina, la fenilalanina y sus metabolitos, pueden acumularse y causar daño cerebral y retraso mental severo. El medicamento Kuvan fue aprobado para su uso con pacientes con PKU en 2007 que tienen niveles bajos de actividad de fenilalanina hidroxilasa.
Fuentes de Proteínas
La proteína se encuentra en una amplia gama de alimentos. A nivel mundial, los alimentos proteicos vegetales aportan más del 60% del suministro per cápita de proteínas. En América del Norte, los alimentos derivados de animales aportan alrededor del 70% de las fuentes de proteínas. Los insectos son fuente de proteínas en muchas partes del mundo. En partes de África, hasta el 50% de la proteína dietética deriva de insectos. Se estima que más de 2 mil millones de personas comen insectos diariamente.
La carne, los lácteos, los huevos, la soja, el pescado, los granos integrales y los cereales son fuentes de proteínas. Ejemplos de alimentos básicos y fuentes de proteína de cereales, cada una con una concentración superior al 7%, son (sin ningún orden en particular) trigo sarraceno, avena, centeno, mijo, maíz (maíz), arroz, trigo, sorgo, amaranto y quinua. Algunas investigaciones destacan la carne de caza como fuente de proteínas.
Las fuentes veganas de proteínas incluyen legumbres, frutos secos, semillas y frutas. Los alimentos veganos con concentraciones de proteínas mayores al 7% incluyen soja, lentejas, frijoles, frijoles blancos, frijol mungo, garbanzos, caupí, habas lima, guisantes, altramuces, alubias, almendras, nueces de Brasil, anacardos, nueces, nueces, semillas de algodón, semillas de calabaza, semillas de cáñamo, semillas de sésamo y semillas de girasol.
Las personas que llevan una dieta balanceada no necesitan suplementos proteicos.
En la siguiente tabla se presentan los grupos de alimentos como fuentes proteicas.
Cuadro\(\PageIndex{2}\) Densidad de aminoácidos en diversas fuentes proteicas.
Los polvos proteicos, como caseína, suero de leche, huevo, arroz, soja y harina de grillo, son fuentes procesadas y fabricadas de proteínas.
Proteínas completas e incompletas
Las proteínas pueden clasificarse como completas o incompletas. Las proteínas completas proporcionan cantidades adecuadas de los nueve aminoácidos esenciales. Las proteínas animales como la carne, el pescado, la leche y los huevos son buenos ejemplos de proteínas completas. Las proteínas incompletas no contienen cantidades adecuadas de uno o más de los aminoácidos esenciales. Por ejemplo, si una proteína no aporta suficiente del aminoácido esencial leucina se consideraría incompleta. La leucina sería referida como el aminoácido limitante, porque no hay suficiente de ella para que la proteína esté completa. La mayoría de los alimentos vegetales son proteínas incompletas, con algunas excepciones como la soja. La siguiente tabla muestra los aminoácidos limitantes en algunos alimentos vegetales.
| Alimentos | Aminoácido (s) |
|---|---|
| Frijoles y la mayoría de las Le | Metionina, triptófano |
| Frutos secos y semillas | Metionina, Lisina |
| Granos | Lisina |
| Verduras | Metionina, Lisina |
Proteínas complementarias
Aunque la mayoría de los alimentos vegetales no contienen proteínas completas, no significa que deban jurarse como fuentes de proteínas. Es posible emparejar alimentos que contienen proteínas incompletas con diferentes aminoácidos limitantes para proporcionar cantidades adecuadas de los aminoácidos esenciales. Estas dos proteínas se denominan proteínas complementarias, porque suministran el (los) aminoácido (s) que faltan en la otra proteína. Una simple analogía sería la de un rompecabezas de 4 piezas. Si una persona tiene 2 piezas de un rompecabezas, y otra persona tiene 2 piezas restantes, ninguna de ellas tiene un rompecabezas completo. Pero cuando se combinan, los dos individuos crean un rompecabezas completo.
(Figura\(\PageIndex{4}\)) Las proteínas complementarias son como piezas de rompecabezas.
A continuación se muestran dos ejemplos de proteínas complementarias.
Cabe señalar que las proteínas complementarias no necesitan ser consumidas al mismo tiempo o comida. Actualmente se recomienda que los aminoácidos esenciales se cumplan diariamente, lo que significa que si se consume un grano en una comida, una leguminosa podría consumirse en una comida posterior, y las proteínas aún se complementarían entre sí 4.
Medidas de Calidad de Proteína
¿Cómo sabes la calidad de la proteína en los alimentos que consumes? La calidad proteica de la mayoría de los alimentos ha sido determinada por uno de los métodos a continuación.
- Valor Biológico (BV) - (gramos de nitrógeno retenido/gramos de nitrógeno absorbido) x 100
- Ratio de Eficiencia Proteica (PER) - (gramos de peso ganado/ gramos de proteína consumida)
Este método se realiza comúnmente en ratas en crecimiento.
- Puntuación química o de aminoácidos (AAS) - (Prueba de aminoácidos esenciales limitantes de alimentos (mg/g de proteína)/necesidades del mismo aminoácido esencial (mg/g de proteína))
- Puntuación de Aminoácidos Corregida por Digestibilidad Proteínica (PDCAAS) - (Puntuación de Aminoácidos x Digestibilidad)
Este es el método más utilizado y fue preferido por la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación y la Organización Mundial de la Salud (OMS) hasta hace poco 5,6. En la siguiente tabla se muestran las medidas de calidad proteica para algunos alimentos comunes.
| Proteína | PER | Digestibilidad | AA (%) | PDCAAS |
|---|---|---|---|---|
| Huevo | 3.8 | 98 | 121 | 100* |
| Leche | 3.1 | 95 | 127 | 100* |
| Carne de res | 2.9 | 98 | 94 | 92 |
| Soja | 2.1 | 95 | 96 | 91 |
| Trigo | 1.5 | 91 | 47 | 42 |
*Las puntuaciones PDCAAS están truncadas (cortadas) a 100. Estas puntuaciones de huevo y leche son en realidad 118 y 121 respectivamente.
La Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) recomendó recientemente que los PDCAAS sean reemplazados por una nueva medida de calidad proteica, el Digestible Indispensable AminoAcid Score (DI “DIAAS se define como: DIAAS% = 100 x [(mg de aminoácido indispensable dietético digerible en 1 g de la proteína dietética)/(mg del mismo aminoácido indispensable dietético en 1g de la proteína de referencia)].” Se debe utilizar la digestibilidad ileal para determinar la digestibilidad en DIAAS; idealmente en humanos, pero si no es posible en cerdos o ratas en crecimiento 6.
Las principales diferencias entre DIAAS y PDCAAS son:
- Los DIAAS tienen en cuenta la digestibilidad de los aminoácidos individuales en lugar de la digestibilidad proteica.
- Se centra en la digestibilidad ileal en lugar de fecal (total).
- Tiene tres patrones de referencia diferentes (diferentes grupos de edad, 0-6 meses, 6 meses- 3 años, 3-10 años) en lugar de un solo patrón
- Los puntajes DIAAS no se truncarán 7
Deficiencia de Proteínas en Jóvenes y Adultos
La deficiencia de proteínas rara vez ocurre sola. En cambio, a menudo se combina con una ingesta insuficiente de energía. Como resultado, el padecimiento se denomina desnutrición proteína-energética (PEM). Esta condición no es común en Estados Unidos, pero es más prevalente en países menos desarrollados. Kwashiorkor y marasmo son las dos formas de desnutrición energética proteica. Difieren en la gravedad de la deficiencia energética como se muestra en la siguiente figura.
Kwashiorkor es una palabra ghanesa que significa “la enfermedad que el primer hijo contrae cuando llega el nuevo niño39”. El síntoma característico de kwashiorkor es un abdomen hinchado. La ingesta de energía podría ser adecuada, pero el consumo de proteínas es demasiado bajo.
Figura\(\PageIndex{7}\): Un niño que sufre de kwashiorkor
Marasmo significa “desperdiciar” o “morir”, y así ocurre en individuos que tienen ingestas inadecuadas de proteínas y energía.
Resumen
- La digestión de proteínas comienza en el estómago donde se produce la hidrólisis de los enlaces proteicos con la acción de los jugos gástricos (principalmente HCl) y la enzima activa pepsina. La digestión de proteínas se completa en el intestino delgado donde están involucradas otras enzimas que digieren proteínas.
- Los aminoácidos esenciales no pueden ser elaborados por el cuerpo y deben provenir de los alimentos.
- Las proteínas completas proporcionan cantidades adecuadas de los nueve aminoácidos esenciales.
- Las proteínas complementarias están compuestas por dos proteínas en las que una proteína suministra el aminoácido o aminoácidos que faltan en la otra proteína.
- Kwashiorkor y marasmo son dos formas de desnutrición proteica energética que no son comunes en Estados Unidos, pero que es más prevalente en países menos desarrollados
Colaboradores y Atribuciones
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- Libretext: Basics of GOB Chemistry (Ball et al.)
- Wikipedia