Aminoácido esencial

Un aminoácido esencial, o aminoácido indispensable, es un aminoácido que el organismo no puede sintetizar desde cero con la suficiente rapidez para satisfacer su demanda y, por lo tanto, debe provenir de la dieta. De los 21 aminoácidos comunes a todas las formas de vida, los nueve aminoácidos que los humanos no pueden sintetizar son valina, isoleucina, leucina, metionina, fenilalanina, triptófano, treonina, histidina y lisina.

Otros seis aminoácidos se consideran condicionalmente esenciales en la dieta humana, lo que significa que su síntesis puede verse limitada en condiciones fisiopatológicas especiales, como la prematuridad en el lactante o individuos con trastornos catabólicos graves. Estos seis son arginina, cisteína, glicina, glutamina, prolina y tirosina. Seis aminoácidos no son esenciales (prescindibles) en humanos, lo que significa que pueden sintetizarse en cantidades suficientes en el cuerpo. Estos seis son alanina, ácido aspártico, asparagina, ácido glutámico, serina y selenocisteína (considerado el aminoácido 21). La pirrolisina (considerada el aminoácido 22), que es proteinogénico solo en ciertos microorganismos, no es utilizada y, por lo tanto, no es esencial para la mayoría de los organismos, incluidos los humanos.

El aminoácido limitante es el aminoácido esencial que está más lejos de cubrir los requerimientos nutricionales. Este concepto es importante cuando se determina la selección, el número y la cantidad de alimentos que se van a consumir, porque incluso cuando se satisfacen las proteínas totales y todos los demás aminoácidos esenciales, si no se satisface el aminoácido limitante, se considera que la comida está nutricionalmente limitada por ese aminoácido. ácido.

Esencialidad en humanos

(*) La pirrolisina, a veces considerada el "aminoácido 22", no es utilizada por el cuerpo humano.

Los eucariotas pueden sintetizar algunos de los aminoácidos a partir de otros sustratos. En consecuencia, solo un subconjunto de los aminoácidos utilizados en la síntesis de proteínas son nutrientes esenciales.

De intermediarios del ciclo del ácido cítrico y otras vías

De los veinte aminoácidos comunes a todas las formas de vida (sin contar la selenocisteína), los humanos no pueden sintetizar nueve: histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptófano y valina. Además, los aminoácidos arginina, cisteína, glutamina, glicina, prolina, taurina y tirosina se consideran condicionalmente esenciales, lo que significa que poblaciones específicas que no los sintetizan en cantidades adecuadas, como los recién nacidos y las personas con hígados enfermos que no pueden sintetizar cisteína deben obtener uno o más de estos aminoácidos condicionalmente esenciales de su dieta. Por ejemplo, el ciclo de la urea sintetiza suficiente arginina para satisfacer las necesidades de un adulto, pero quizás no las de un niño en crecimiento. Los aminoácidos que deben obtenerse de la dieta se denominan aminoácidos esenciales. Los aminoácidos no esenciales se producen en el cuerpo. Las vías para la síntesis de aminoácidos no esenciales son bastante simples. La glutamato deshidrogenasa cataliza la aminación reductora de α-cetoglutarato a glutamato. En la síntesis de la mayoría de los aminoácidos tiene lugar una reacción de transaminación. En este paso, se establece la quiralidad del aminoácido. La alanina y el aspartato se sintetizan por transaminación de piruvato y oxaloacetato, respectivamente. La glutamina se sintetiza a partir de NH4+ y glutamato, y la asparagina se sintetiza de manera similar. La prolina y la arginina se derivan del glutamato. La serina, formada a partir del 3-fosfoglicerato, es el precursor de la glicina y la cisteína. La tirosina se sintetiza por la hidroxilación de la fenilalanina, un aminoácido esencial.

Ingesta diaria recomendada

Ha resultado difícil estimar el requerimiento diario de los aminoácidos indispensables; estos números han sufrido una revisión considerable en los últimos 20 años. La siguiente tabla enumera las cantidades diarias recomendadas por la OMS y los Estados Unidos actualmente en uso de aminoácidos esenciales en humanos adultos, junto con sus abreviaturas estándar de una letra.

La ingesta diaria recomendada para niños a partir de los tres años es entre un 10 % y un 20 % superior a la de los adultos, y la de los bebés puede ser hasta un 150 % superior en el primer año de vida. Los bebés y los niños en crecimiento siempre necesitan cisteína (o aminoácidos que contienen azufre), tirosina (o aminoácidos aromáticos) y arginina. La metionina y la cisteína se agrupan porque una de ellas se puede sintetizar a partir de la otra utilizando la enzima Metionina S-metiltransferasa y el catalizador Metionina sintasa. La fenilalanina y la tirosina se agrupan porque una de ellas se puede sintetizar a partir de la otra utilizando la enzima fenilalanina/tirosina amoníaco-liasa.

Necesidades de aminoácidos y contenido de aminoácidos de los alimentos

Históricamente, los requisitos de aminoácidos se determinaban calculando el equilibrio entre la ingesta de nitrógeno dietético y el nitrógeno excretado en los desechos líquidos y sólidos porque las proteínas representan el mayor contenido de nitrógeno en un cuerpo. Un balance positivo es cuando se consume más nitrógeno del que se excreta, lo que indica que el cuerpo está utilizando parte del nitrógeno para construir proteínas. Un balance de nitrógeno negativo es cuando se excreta más nitrógeno del que se consume, lo que indica que no hay una ingesta suficiente para que el cuerpo mantenga su salud. Los estudiantes de posgrado de la Universidad de Illinois fueron alimentados con una dieta artificial para que hubiera un balance de nitrógeno ligeramente positivo. Luego se omitió un aminoácido y se registró el balance de nitrógeno. Si continuaba un balance positivo, entonces ese aminoácido no se consideraba esencial. Si ocurría un balance negativo, entonces ese aminoácido se restauraba lentamente hasta que se estabilizaba un balance de nitrógeno ligeramente positivo y se registraba la cantidad mínima.

Se utilizó un método similar para determinar el contenido de proteína de los alimentos. Los sujetos de prueba fueron alimentados con una dieta que no contenía proteínas y se registraron las pérdidas de nitrógeno. Durante la primera semana o más hay una pérdida rápida de proteínas lábiles. Una vez que las pérdidas de nitrógeno se estabilizaron, se determina que esta línea de base es la mínima requerida para el mantenimiento. Luego, los sujetos de prueba recibieron una cantidad medida del alimento que se estaba probando. La diferencia entre el nitrógeno en ese alimento y las pérdidas de nitrógeno por encima de la línea de base fue la cantidad que el cuerpo retuvo para reconstruir las proteínas. La cantidad de nitrógeno retenido dividida por la ingesta total de nitrógeno se denomina utilización neta de proteínas. La cantidad de nitrógeno retenido dividida por (la ingesta de nitrógeno menos la pérdida de nitrógeno por encima de la línea de base) se denomina valor biológico y generalmente se expresa como un porcentaje.

Las técnicas modernas utilizan la cromatografía de intercambio iónico para determinar el contenido real de aminoácidos de los alimentos. El USDA usó esta técnica en sus propios laboratorios para determinar el contenido de 7793 alimentos en 28 categorías y publicó la base de datos final en 2018 para el público.

El aminoácido limitante depende de los requisitos humanos y actualmente hay dos conjuntos de requisitos humanos de fuentes autorizadas... uno publicado por la OMS y el otro publicado por el USDA.

Calidad de la proteína

Se han hecho varios intentos para expresar la "calidad" o "valor" de varios tipos de proteína. Las medidas incluyen el valor biológico, la utilización neta de proteínas, el índice de eficiencia de las proteínas, la puntuación de aminoácidos corregida por la digestibilidad de las proteínas y el concepto de proteínas completas. Estos conceptos son importantes en la industria ganadera, porque la falta relativa de uno o más de los aminoácidos esenciales en los alimentos para animales tendría un efecto limitante en el crecimiento y, por lo tanto, en la tasa de conversión alimenticia. Por lo tanto, se pueden administrar varios alimentos en combinación para aumentar la utilización neta de proteínas, o se puede agregar un suplemento de un aminoácido individual (metionina, lisina, treonina o triptófano) al alimento.

Proteína por caloría

El contenido de proteína en los alimentos a menudo se mide en proteína por porción en lugar de proteína por caloría. Por ejemplo, el USDA enumera 6 gramos de proteína por huevo entero grande (una porción de 50 gramos) en lugar de 84 mg de proteína por caloría (71 calorías en total). A modo de comparación, hay 2,8 gramos de proteína en una porción de brócoli crudo (100 gramos) o 82 mg de proteína por caloría (34 calorías en total), o el valor diario de 47,67 g de proteína después de comer 1690 g de brócoli crudo al día a 574 cal. Un huevo contiene 12,5 g de proteína por cada 100 g, pero 4 mg más de proteína por caloría, o el VD de proteína después de 381 g de huevo, que son 545 cal. La proporción de aminoácidos esenciales (la calidad de la proteína) no se tiene en cuenta, en realidad se necesitaría comer más de 3 kg de brócoli al día para tener un perfil saludable de proteínas y casi 6 kg para obtener suficientes calorías. Se recomienda que los humanos adultos obtengan entre el 10 y el 35 % de sus 2000 calorías diarias en forma de proteína.

Proteínas completas en animales no humanos

Los científicos sabían desde principios del siglo XX que las ratas no podían sobrevivir con una dieta cuya única fuente de proteína era la zeína, que proviene del maíz, pero se recuperaban si se les alimentaba con caseína de la leche de vaca. Esto llevó a William Cumming Rose al descubrimiento del aminoácido esencial treonina. A través de la manipulación de las dietas de los roedores, Rose pudo demostrar que diez aminoácidos son esenciales para las ratas: lisina, triptófano, histidina, fenilalanina, leucina, isoleucina, metionina, valina y arginina, además de la treonina. El trabajo posterior de Rose mostró que ocho aminoácidos son esenciales para los seres humanos adultos, siendo la histidina también esencial para los bebés. Los estudios a más largo plazo establecieron que la histidina también es esencial para los humanos adultos.

Intercambiabilidad

La distinción entre aminoácidos esenciales y no esenciales no está clara, ya que algunos aminoácidos se pueden producir a partir de otros. Los aminoácidos que contienen azufre, la metionina y la homocisteína, se pueden convertir entre sí, pero ninguno se puede sintetizar de novo en humanos. Asimismo, la cisteína se puede hacer a partir de la homocisteína, pero no se puede sintetizar por sí sola. Entonces, por conveniencia, los aminoácidos que contienen azufre a veces se consideran un grupo único de aminoácidos nutricionalmente equivalentes, como lo son el par de aminoácidos aromáticos, fenilalanina y tirosina. Asimismo, la arginina, la ornitina y la citrulina, que son interconvertibles por el ciclo de la urea, se consideran un solo grupo.

Efectos de la deficiencia

Si uno de los aminoácidos esenciales no está disponible en las cantidades requeridas, se inhibirá la síntesis de proteínas, independientemente de la disponibilidad de los otros aminoácidos. Se ha demostrado que la deficiencia de proteínas afecta a todos los órganos del cuerpo y muchos de sus sistemas, por ejemplo, afecta el desarrollo del cerebro en bebés y niños pequeños; inhibiendo el mantenimiento del sistema inmunológico, aumentando el riesgo de infección; afectar la función y la permeabilidad de la mucosa intestinal, lo que reduce la absorción y aumenta la vulnerabilidad a la enfermedad sistémica; y afectando la función renal. Los signos físicos de la deficiencia de proteínas incluyen edema, falta de crecimiento en bebés y niños, mala musculatura, piel opaca y cabello fino y frágil. Los cambios bioquímicos que reflejan la deficiencia de proteínas incluyen albúmina sérica baja y transferrina sérica baja.

Los aminoácidos que son esenciales en la dieta humana se establecieron en una serie de experimentos dirigidos por William Cumming Rose. Los experimentos incluyeron dietas elementales para estudiantes graduados masculinos sanos. Estas dietas consistían en almidón de maíz, sacarosa, grasa de mantequilla sin proteínas, aceite de maíz, sales inorgánicas, las conocidas vitaminas, un gran "caramelo" hecho de extracto de hígado aromatizado con aceite de menta (para aportar cualquier vitamina desconocida) y mezclas de aminoácidos individuales altamente purificados. La principal medida de resultado fue el balance de nitrógeno. Rose notó que los síntomas de nerviosismo, agotamiento y mareos se encontraban en mayor o menor grado cada vez que se privaba a los sujetos humanos de un aminoácido esencial.

La deficiencia de aminoácidos esenciales debe distinguirse de la desnutrición proteico-energética, que puede manifestarse como marasmo o kwashiorkor. Kwashiorkor se atribuyó una vez a la deficiencia de proteína pura en personas que consumían suficientes calorías ('síndrome del bebé azucarado'). Sin embargo, esta teoría ha sido cuestionada por el hallazgo de que no hay diferencia en las dietas de los niños que desarrollan marasmo en comparación con kwashiorkor. Aún así, por ejemplo, en las Ingestas dietéticas de referencia (DRI) mantenidas por el USDA, la falta de uno o más de los aminoácidos esenciales se describe como desnutrición proteico-energética.