PROTEINAS Y AMINOACIDOS

FUNCIN Y COMPONENTES DE LAS PROTENASLas protenas son esenciales para la formacin y mantenimiento de los tejidos corporalesLos aminocidos son los elementos estructurales de las protenasLas protenas de plantas y animales estn formados por 20 aminocidos.Mahan, L.K., Escott-Stump, S. Krauses Food, Nutrition, & Diet Therapy, 9th edition. Philadelphia: W.B. Saunders Company, 1996.Rehner, G., Daniel, H.: Biochemie der Ernhrung, Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg, 1999Nelson, D., Cox, M., Lehninger, A.: Biochemie, 3. Auflage, Springer Verlag Berlin, 2001

COMPOSICIN DE LAS PROTENASLas protenas estn formadas por 20 -aminocidos en configuracin L.Los aminocidos estn compuestos por carbono, hidrgeno, oxgeno, nitrgeno, y algunos por azufre.Los aminocidos se diferencian por sus cadenas laterales.

QUIMICA DE LAS PROTEINAS Estructura Bsica de un AminocidoR = cadenas laterales de diferente composicin

Estructura de las ProtenasSecuencia primaria estructurada por ordena-miento lineal de 20 aminocidos CCOHR1HNCCOHR2HNCCOHR3HN

Uniones de los aminocidos en pptidos y protenasOligopeptidos: de 2 a de 10 AA.Polipeptidos: de 10 a 100 AA.Ms de 100 AA: Protenas

Pueden contener S, P, Fe, Mg, Cu, entre otrosEnlace peptdico

SINTESIS DE POLIPEPTIDOSLas protenas, por su tamao, no pueden atravesar la membrana plasmtica de la clula, por eso es que existe en su interior un mecanismo que las construye (sntesis) segn las necesidades que tenga en ese momento la clula.

La sntesis de protenas consta en realidad de dos etapas: la primera etapa (transcripcin) ocurre dentro del ncleo de las clulas eucariotas, aqu la secuencia de nucletidos que denominamos gen (segmento de ADN que determina una protena) se transcribe en una molcula de ARN. Posteriormente, en la segunda etapa (traduccin - sntesis de protena propiamente dicha) el ARN pasa del ncleo al citoplasma donde es traducida por los ribosomas que arman una protena.

Esquema de la sntesis de protenas

CLASIFICACIN DE LAS PROTENAS I. POR SU FORMA Protenas fibrosas: Colagenos (tejido conjuntivo y cartilaginoso); Queratinas (pelos, uas, plumas, cuernos); Elastinas (tendones y vasos sanguineos).Protenas globulares Prolaminas (maz, trigo cebada); Gluteninas ( trigo, arroz);Albuminas: Seroalbmina (sangre), Ovoalbmina (huevo), Lactoalbmina(leche); Enzimas Oxidoreductasas, TransferasasHidrolasasLiasasIsomerasasLigasas

CLASIFICACIN DE LAS PROTENAS II. POR SU SOLUBILIDAD Albuminas (solubles en agua). Globulinas (solubles en soluciones salinas diluidas).

III. POR SU COMPOSICION Simples u Homoproteinas: slo aa. Compuestas o Heteroproteinas:Glucoproteinas (Ribonucleasa,Mucoproteina,Anticuerpos). Lipoproteinas (de alta,baja y muy baja densidad). Nucleoproteinas (Nucleosomas ,Ribosomas); Cromoprotena (Hemoglobina,Mioglobina,Citocromos).

IV. POR SU DENSIDAD Lipoprotenas (VLDL, LDL, HDL).

V. POR SU CARGA A pH. fisiolgico (cidas y bsicas).

ESTRUCTURA DE LAS PROTENAS

Estructura secundaria

Se forma al enrollarse helicoidalmente sobre s misma la estructura primaria. Se debe a la formacin de enlaces de hidrgeno entre el -C=O de un AA y el -NH- del cuarto aminocido que le sigue.

La presentan las protenas globulares por la existencia de enlaces entre los radicales R.

Hay varios tipos de enlaces:

Puentes disulfuro

Puentes de hidrgeno

Enlace inicos

Interacciones hidrfobas.

Estructura dada por la unin (mediante enlaces dbiles no covalentes) de varias cadenas polipeptdicas con estructura terciaria.Generalmente forman un complejo proteico.Cada una de estas cadenas polipeptdicas recibe el nombre de protmero.

DESNATURALIZACIN DE LAS PROTENASFsica:CalentamientoEnfriamientoTratamiento mecnicoPresin hidrosttica RadiacinQumica:cidosBasesMetales Disolventes orgnicos

EFECTOS DE LA DESNATURALIZACIN DE PROTENASCambios en la solubilidad por exposicin de las unidades peptdicas hidroflicas o hidrofbicasCambios en la capacidad de absorcin de aguaPrdida de actividad biolgica Mayor riesgo de ataque qumico por exposicin de otros enlaces peptdicosCambios en la viscosidad de las solucionesDisminucin de la capacidad de cristalizacin

FUNCIONES DE LAS PROTENAS

Funcin Estructural Algunas protenas constituyen estructuras celulares: Ciertas glucoprotenas forman parte de las membranas celulares y actan como receptores o facilitan el transporte de sustancias. Las histonas, forman parte de los cromosomas que regulan la expresin de los genes. Otras protenas confieren elasticidad y resistencia a rganos y tejidos: El colgeno del tejido conjuntivo fibroso. La elastina del tejido conjuntivo elstico. La queratina de la epidermis

Funcin Enzimtica Las protenas con funcin enzimtica son las ms numerosas y especializadas. Actan como biocatalizadores de las reacciones qumicas del metabolismo celular.Funcin HormonalAlgunas hormonas son de naturaleza proteica, como la insulina y el glucagon (que regulan los niveles de glucosa en sangre) o las hormonas segregadas por la hipfisis como la del crecimiento o la adrenocorticotrpica (que regula la sntesis de corticosteroides) o la calcitonina (que regula el metabolismo del calcio).

Funcin de Transporte

La hemoglobina transporta oxgeno en la sangre de los vertebrados.La hemocianina transporta oxgeno en la sangre de los invertebrados.La mioglobina transporta oxgeno en los msculos.Las lipoprotenas transportan lpidos por la sangre.Los citocromos transportan electrones.

Funcin Reguladora

Algunas protenas regulan la expresin de ciertos genes y otras regulan la divisin celular (como la ciclina).Funcin HOMEOSTATICAAlgunas mantienen el equilibrio osmtico y actan junto con otros sistemas amortiguadores para mantener constante el pH del medio interno.

Funcin Defensiva

Las inmunoglogulinas actan como anticuerpos frente a posibles antgenos.La trombina y el fibringeno contribuyen a la formacin de cogulos sanguneos para evitar hemorragias.Las mucinas tienen efecto germicida y protegen a las mucosas.Algunas toxinas bacterianas, como la del botulismo, o venenos de serpientes, son protenas fabricadas con funciones defensivas.

Funcin Contrctil La actina y la miosina constituyen las miofibrillas responsables de la contraccin muscular.La dineina est relacionada con el movimiento de cilios y flagelos.Funcin de ReservaLa ovoalbmina de la clara de huevo, la gliadina del grano de trigo y la hordeina de la cebada, constituyen la reserva de aminocidos para el desarrollo del embrin.

Kwashiorkor: edema por hipoalbuminemia Marasmo: Bajo peso y dermatitis Deficiencia de protenaDeficiencia de Energa

South Africa Child with Kwashiorkor, caused by protein deficiencyEl kwashiorkor es ms comn en reas donde hay hambre, un suministro limitado de alimentos y bajos niveles de educacin que conducen a un conocimiento inadecuado de la dieta apropiada.

El marasmo nutricional es frecuente en la mayora de los pases en desarrollo y sobre todo en nios menores de 18 meses Es extremadamente delgado, con el abdomen a veces prominente, con intensa emaciacin, perdida de grasa subcutnea, costillas muy marcadas, cara de viejito, la piel cuelga en pliegues. cantidad de energa insuficiente para cubrir las necesidades metablicas y de crecimiento normal

Hambruna en Nigeria

CAUSAS DE LA DEFICIENCIA DE PROTENAS Reducida ingesta dietaria. Enfermedades renales, especialmente del sistema de filtracin de los glomrulos (prdidas de aminocidos a travs de la orina). Stress catablico (infecciones e inflamaciones).

CONSECUENCIA DE LA DEFICIENCIAProduce retardo en el crecimiento y altera la composicin del cuerpo.Afecta a las protenas circulantes, producen una prdida de los lquidos internos en los espacios extravasculares (edema o ascitis).Se modifica el uso de aminocidos.

EPIDEMIOLOGIA/ DEFICIENCIA DE DISTRIBUCION GEOGRAFICAPobreza.Hambruna.Infecciones severas y recurrentes (IRAS, EDAS, SIDA, Cncer, Malaria, TBC, etc).

MAL NUTRICIN PROTEICA

Bajo o insuficiente consumo de PT de alto VB determina bajos niveles enzimticos que resultan insuficientes para sustentar el metabolismo del nio.Se afecta la inmunidad por insuficiente formacin de anticuerpos.Se afecta la produccin los neurotrasmisores (naturaleza peptdica).

MAL NUTRICIN PROTEICA

Niveles de Hb insuficientes para una buena oxigenacin de los nutrientes en los diferentes tejidos.Insuficientes AA provenientes de la digestin de la PT dietaria para responder a la sntesis de otros AA no Esenciales, pero importantes para funciones y estructuras.Con menos N se forman menos bases pricas y pirimdicas que determinan menor cantidad de nucletidos

CONTENIDO Y DISTRIBUCIN EN EL CUERPOLas protenas son indispensables para la constitucin de las clulas de todos los tejidos corporales.Las protenas totales del cuerpo estn en funcin del tamao y densidad de los rganos como en el hgado, corazn y msculo.Todos los tejidos contienen protenas y estas son ms abundantes en el tejido muscular.

Activacin de Proteasas PancreticasSon secretadas en forma inactiva y se activan por cascada proteoltica iniciada por enteroquinasa

TripsingenoEnteroquinasaTripsinaENDOPEPTIDASASTripsingeno TripsinaQuimotripsingeno QuimotripsinaProelastasaElastasa

EXOPEPTIDASASProcarboxipeptidasa ACarboxipeptidasa AProcarboxipeptidasa B Carboxipeptidasa B

Importancia de la Absorcin de Aminocidos y Pptidos en el Metabolismo Energtico y Proteico del IntestinoLos aminocidos absorbidos, en particular glutamina, aspartato y glutamato, son laprincipal fuente energtica del intestino.

Aproximadamente 10% de los aminocidos absor-bidos se utilizan para sntesis proteica end-gena en el enterocito.

REQUERIMIENTOS DE PROTENAS

INGESTA RECOMENDADALa OMS/FAO y otras instituciones internacionales han fijado la cantidad de 0.8 a 1.0 g/Kg./da como cantidad adecuada para un individuo promedio (adulto).Las necesidades proteicas se incrementan cuando se efecta un trabajo pesado se hace ejercicios fsicos intensos y en situaciones de estrs.

RDA (Recommended Dietary Allowances). Institute of Medicine of the National Academies. Washington D.C. (2003).

CategoraEdad (aos) o condicin Racin diettica recomendada (g/Kg/da(g/da) Lactantes (AI)0,0 - 0,51,529,10,5 - 1,0 1,109,9Nios1 - 31,1013 4 - 8 0,95 199 - 13 0,95 34Varones14 - 18 0,8552 19 30 0,8056 31 50 0,8056 51 70 0,8056 >700,8056Mujeres14 18 0,85 4619 30 0,80 4631 50 0,80 4651 - 70 0,80 46>70 0,80 46EmbarazoTodas las edades 1,10+25adicional Lactancia1er semestre 1,10 +25adicional

INGESTA ADECUADA (AI), REQUERIMIENTO ADECUADO ESTIMADO (EAR) Y ASIGNACIN DIETARIA RECOMENDADA (RDA)Fuente: Institute of Medicine of The National Academies (2003)

Edad AI EAR RDAg/dag/kg/diag/diag/kg/dia g/diag/kg/dia 0-6 meses9.11.52____7-12 meses14.41.69.91.1_1.51-3 aos___0.88131.14-8 aos___0.76190.959-13 aos___0.76340.95

REQUERIMIENTO ADECUADO ESTIMADO (EAR) Y ASIGNACIN DIETARIA RECOMENDADA (RDA)Fuente: Institute of Medicine of The National Academies (2003)

Edad EAR RDA (aos)g/dag/kg/da g/diag/kg/dia muchachas14-18 _0.71460.85muchachos14-18 _0.73520.85

REQUERIMIENTO ADECUADO ESTIMADO (EAR) Y ASIGNACIN DIETARIA RECOMENDADA (RDA)

Fuente: Institute of Medicine of The National Academies (2003)

edad EAR RDA(aos)g/dag/Kg./da g/dag/Kg./da Varones 19-30 _0.66560.8031-50 _0.66560.8051-70 _0.66560.80>70 _0.66560.80Mujeres19-30 _0.66460.8031-50 _0.66460.8051-70 _0.66460.80>70 _0.66460.80

REQUERIMIENTO ADECUADO ESTIMADO (EAR) Y ASIGNACIN DIETARIA RECOMENDADA (RDA)Fuente: Institute of Medicine of The National Academies (2003)

EAR RDAg/dag/Kg./da g/dag/Kg./da Embarazo+210.88 '+251.1Lactancia+21.21.05 '+251.1

Principales fuentes proteicas

REQUERIMIENTOS DE AMINOCIDOS

AMINOCIDOS INDISPENSABLES (Esenciales) Son aminocidos que deben ser incorporados por medio de la dieta, especficamente de alimentos que contengan protenas, ya que nuestro organismo es incapaz de sintetizarlos. Son, por tanto, estructuras necesarias para la configuracin de nuestra organizacin estructural y funcional sin que tengamos mecanismos para su sntesis, de ah su denominacin de esencial, puesto que el aporte tiene que ser externo.

AMINOCIDOS CONDICIONALMENTE INDISPENSABLES Son aminocidos que deben ser incorporados en la dieta, cuando la sntesis endgena no puede cubrir las necesidades metablicas. Son esenciales bajo ciertas condiciones.

AMINOCIDOS DISPENSABLES (No esenciales) Son los aminocidos que nuestro organismo sintetiza a partir diferentes productos del metabolismo intermediario, fundamentalmente, lipdico y glucdico.

Disponibilidad de aminocidosLos aminocidos cristalinos puros son digeridos y absorbidos inmediatamente. La digestibilidad de la lisina en harina de soja y maz, son aproximadamente 90% y 80% digestible, respectivamente. Procesar, sobrecalentar o calentar menos de lo necesario los ingredientes tambin puede afectar significativamente la disponibilidad de aminocidos. El sobrecalentamiento, en especial en la soja y derivados animales, une la lisina a las fracciones de carbohidratos y, por lo tanto, hace que no est disponible para su absorcin. Los aminocidos no digeridos y absorbidos son excretados al medio ambiente.

Porcentaje de digestin y absorcinProtena animal: 90 %Protena vegetal: 60 70 %Digestibilidad de las protenas limitada debido a :Efectos de la conformacin estructural de las protenasInteracciones con iones metlicos, lpidos, cidos nucleicos, celulosaFactores antinutricionalesTamao y superficie de la partcula de la protenaTratamiento trmicoDiferencias biolgicas entre individuos

AMINOCIDO LIMITANTEEs aquel aminocido indispensable, que no est presente en las proporciones requeridas, restringiendo la absorcin o sntesis del resto de aminocidos disponibles y limita la sntesis proteica: crecimiento, inmunidad, etc.En dietas pobres en productos de origen animal, el aminocido limitante es la metionina. El pescado es rico en metioninaEn dietas ricas en arroz y maz el aminocido limitante es la Lisina.

Respuesta limitada

Hoja1

IndispensablesDispensablesCondicionalmentePrecursores de los condic.

indispensable (a)indispensables

HistidinaAlaninaArgininaGlutamina/Glutamato,aspartato

IsoleucinaAcoido asprticoCistenaMetionina, Serina

LeucinaAsparraginaGlutaminaAcido glutmico/ aminiaco

LisinaAcido glutmicoGlycinaSerina, Colina

MetioninaSerinaProlinaGlutamato

FenilalaninaTirosinaFenilalanina

Treonina

Triptfano

Valina

a) Cuando la sntesis endgena co cubre las necesidades, deben estar presentes en la dieta

Fuente: Laidlaw and Kopple (1997)

ESTIMACIN DE LAS NECESIDADES DE AMINOCIDOS EN DIFERENTES EDADES

(mg/Kg/da)

AMINOCIDOSLACTANTESNIOSESCOLARESADULTOS

(3-4 meses)(2 aos)(10-12 aos)

Fenialanina+tirosina125692214

Histidina28??(8-12)

Isoleucina70312810

Leucina161734414

Lisina103644412

Metionina+cistina58272213

Treonina8737287

Triptofano1712.53.33.5

Valina93382510

Total de AA esenciales714352261216

NECESIDADES DE AMINOCIDOS Y COMPOSICIN DE PROTENAS DE BUENA CALIDAD

(mg/g de protena cruda)

DISTRIBUCIN PROPUESTA DE NECESIDADESCOMPOSICIN OBSERVADA

AMINOCIDOSLactantes*Pre-escolaresEscolaresAdultosHUEVOLECHE VACACERNE RES

media (rango)(2-5 aos)(10-12 aos)

Histidina26 (18-36)181916222734

Isoleucina46 (41-53)282813544748

Leucina93 (83-107)664419869581

Lisina66 (53-76)584416707889

Metionina+cistina42 (29-60)252217573340

Fenilalanina+tirosina72 (68-118)6322199310280

Treonina43 (40-45)34289474446

Triptofano17 (16-17)1195171412

Valina55 (44-77)352513666450

Total460 (408-588)339241127512504479

Fuente: FAO/OMSUNU (1985)

* Composicin en aminocidos de la leche materna

Hoja2

Hoja3

*Esta es la estructura bsica de la mayora de los aminocidos. Con la excepcin de la prolina y la hidroxiprolina, los aminocidos son cidos alfa-aminocarboxlicos, es decir que tienen un grupo amino y un grupo carboxlico unidos a un mismo tomo de carbono. La estructura del radical de la molculaindicado en el diagrama como R es lo que diferencia a los distintos aminocidos.*Los aminocidos se unen por enlaces tipo amida ( en el caso de protenas tambin llamados enlaces peptdicos). De este modo, hasta varios cientos de aminocidos pueden formar largas cadenas polipeptdicas con un amplio rango de pesos moleculares, cada uno con una secuencia de aminocidos especfica.Las molculas de hasta 10 aminocidos se denominan pptidos; las protenas estn formadas por ms de 10 aminocidos

*Las protenas desarrollan diferentes funciones como elementos de sostn de tejidos y organismos. Se pueden diferenciar dos clases principalmente segn su funcionalidad:protenas fibrosas y globulares.Las protenas fibrosas se encuentran en tejidos y elementos estructurales como msculos, huesos, piel, orgnulos celulares y membranas celulares. Las protenas fibrosas tienen funcin estructural y estn formadas por unidades estructurales secundarias repetidas ( estructura -hlice y -lmina). Protenas fibrosas con estructura de -hlice son, entre otras, colgeno y queratina y protena globular con estructura de -lmina es la fibra de seda.Las protenas globulares desempean un papel muy importante en los sistemas metablicos. Las enzimas, un grupo de protenas con alta especificidad, con actividad cataltica, son uno de los principales subgrupos de las protenas globulares. Otras protenas de este grupo son: hormonas (p.e. insulina), protenas contrctiles (p.e. la miosina del msculo), protenas transportadoras (p.e. hemoglobina), protenas protectoras en la sangre de animales vertebrados (p.e.inmunoglobulina), y todas las principales protenas de almacenamiento (p.e. glicina en soja y ovoalbmina en huevo).

*Las protenas desarrollan diferentes funciones como elementos de sostn de tejidos y organismos. Se pueden diferenciar dos clases principalmente segn su funcionalidad:protenas fibrosas y globulares.Las protenas fibrosas se encuentran en tejidos y elementos estructurales como msculos, huesos, piel, orgnulos celulares y membranas celulares. Las protenas fibrosas tienen funcin estructural y estn formadas por unidades estructurales secundarias repetidas ( estructura -hlice y -lmina). Protenas fibrosas con estructura de -hlice son, entre otras, colgeno y queratina y protena globular con estructura de -lmina es la fibra de seda.Las protenas globulares desempean un papel muy importante en los sistemas metablicos. Las enzimas, un grupo de protenas con alta especificidad, con actividad cataltica, son uno de los principales subgrupos de las protenas globulares. Otras protenas de este grupo son: hormonas (p.e. insulina), protenas contrctiles (p.e. la miosina del msculo), protenas transportadoras (p.e. hemoglobina), protenas protectoras en la sangre de animales vertebrados (p.e.inmunoglobulina), y todas las principales protenas de almacenamiento (p.e. glicina en soja y ovoalbmina en huevo).

*La estructura de las protenas es muy sensible a los efectos fsico-qumicos. Varios procesos pueden inducir la desnaturalizacin, lo que supone, cambios en la estructura secundaria, terciaria y cuaternaria.Los tratamientos fsicos son calentamiento, enfriamiento, efectos mecnicos, presin hidrosttica o radiacin.Las interacciones qumicas tambin tienen efecto desnaturalizador sobre las protenas: cidos y bases, metales y altas concentraciones de sal, y disolventes orgnicos. *La desnaturalizacin de protenas es un proceso complejo, que da lugar a importantes cambios conformacionales. Durante el proceso de desnaturalizacin, ciertos intermediarios inestables pueden aparecer. Cada cambio estructural de las protenas nativas se denomina desnaturalizacin. La desnaturalizacin de las protenas puede ser reversible o irreversible.Los efectos en la desnaturalizacin pueden ser varios: cambios en la solubilidad de las protenas debido a la diferente exposicin de unidades de pptidos hidroflicos e hidrofbicoscambios en la capacidad de absorcin de aguaprdida de la actividad biolgica, por ejemplo en enzimasmayor riesgo de rotura qumica debido a la exposicin de enlaces peptdicos menos establescambios en la viscosidad de soluciones de protenasdisminucin de la capacidad de cristalizacin

*Los aminocidos en los alimentos no siempre estn disponibles. La degradacin de las protenas, as como su absorcin puede ser incompleta. El porcentaje medio de digestin y absorcin en protenas de origen animal es de alrededor un 90%, siendo el de las protenas de origen vegetal de slo un 60 a un 70% aproximadamente.Hay varias razones que limitan la digestibilidad de ciertas protenas: Conformacin de la protena:las proteasas atacan a las protenas fibrosas insolubles ms lentamente que a las protenas globulares solubles. Sin embargo, la digestibilidad puede ser fcilmente incrementada por la desnaturalizacin de la protena, por ejemplo por un tratamiento trmico moderado. Las protenas que estn unidas a metales, lpidos, cidos nucleicos, celulosa u otros polisacridos pueden ver limitada parcialmente su digestibilidad. La digestibilidad de las protenas tambin se puede ver limitada por factores antinutricionales como los inhibidores de tripsina o quimotripsina. Otros inhibidores afectan a la absorcin de aminocidos. Tambin el tamao y superficie de la partcula de la protena es importante. La digestibilidad de las protenas de los cereales puede ser incrementada, por ejemplo,mediante el molido ms fino de la harina. La digestibilidad, as como la disponibilidad de los aminocidos tambin puede verse reducida por el tratamiento trmico a altas temperaturas o a valores de pH alcalinos, o en presencia de carbohidratos reductores. Adems, las diferencias biolgicas entre individuos pueden afectar a la digestin de protenas, as como a la absorcin de aminocidos.