Il fabbisogno proteico rappresenta la quantità di proteine alimentari di cui necessita il corpo umano per soddisfare le proprie esigenze nutrizionali, mantenere la buona salute, e mantenere l'equilibrio delle riserve proteiche. Tali quantitativi possono variare largamente a seconda di alcuni fattori come l'età, l'attività lavorativa, l'attività sportiva, e anche il tipo di attività sportiva. Questo fabbisogno viene riconosciuto con la Dose Giornaliera Raccomandata (RDA) o con il Range Accettabile nella Distribuzione dei Macronutrienti (AMDR).
Proteine Le proteine, assieme a carboidrati e grassi, sono uno dei tre macronutrienti di cui il nostro corpo ha bisogno per una salute ottimale; sono tra i nutrienti essenziali per l'uomo, e servono come "mattoni" per costruire il corpo a livello cellulare. Le proteine contribuiscono a garantire le funzioni essenziali come la coagulazione del sangue, l'equilibrio dei fluidi, la produzione di ormoni ed enzimi, la vista, e la riparazione delle cellule. La parola proteina deriva dalla parola greca proteos, che significa "di primaria importanza". Le proteine sono simili ai carboidrati e ai lipidi per il fatto che ogni molecola contiene atomi di carbonio, ossigeno e idrogeno. Rispetto a questi, la differenza principale è che le proteine contengono anche azoto, che compone circa il 16% della molecola, assieme a zolfo, fosforo e ferro. I quattro elementi di carbonio, ossigeno, idrogeno e azoto sono combinati in un certo numero di strutture diverse chiamate amminoacidi. Ogni amminoacido possiede un gruppo amminico (NH2) e un gruppo acido (COOH), con una diversa combinazione di carbonio, idrogeno, ossigeno, e in alcuni casi di zolfo. Le proteine vengono create quando due o più amminoacidi si uniscono e formano quello che viene chiamato un legame peptidico. Quando due gruppi amminoacidici si uniscono, con contemporanea formazione di una molecola d'acqua, viene formato un dipeptide. Un tripeptide si forma quando tre amminoacidi sono legati insieme. Un oligopeptide ha almeno tre amminoacidi legati, ma meno di 50. Diventano polipeptidi quando vengono aggiunti più aminoacidi. Un polipeptide può essere costituito da 50 a 100 amminoacidi. La maggior parte dei cibi contengono polipeptidi. Tutti i legami peptidici posso degradarsi quando si verifica la proteolisi, cioè il processo di degradazione delle proteine da parte dell'organismo. La proteolisi avviene in genere tramite idrolisi del legame peptidico per opera di enzimi detti proteasi.
Gli amminoacidi alimentari sono 20, tra cui 8 sono noti come aminoacidi essenziali (EAA). Questi sono essenziali perché possono essere ottenuti solo dal cibo assunto, e il corpo non può produrli da altri aminoacidi e proteine. Se non si ottengono dalla dieta, il corpo cercherà di sintetizzarli degradando il muscolo scheletrico, un altro processo chiamato proteolisi muscolare o catabolismo proteico muscolare (MPB, Muscle Protein Breakdown). Questo effetto sfavorevole dovrebbe essere evitato, in quanto il mantenimento o l'accrescimento del muscolo scheletrico apporta svariati benefici per la salute, tra cui un aumento del metabolismo basale, e quindi del dispendio calorico a riposo, e un miglioramento del profilo metabolico.
Funzioni Le proteine sono molecole determinanti nella regolazione del metabolismo umano. Sono utilizzate per formare il muscolo, il tessuto connettivo, i fattori di coagulazione del sangue, le proteine di trasporto del sangue, le lipoproteine, i pigmenti visivi e la matrice proteica all'interno delle ossa. Le proteine sono anche usate per mantenere l'equilibrio dei fluidi del corpo con la produzione di albumina e globulina. Senza proteine sufficienti nel flusso sanguigno, l'edema si svilupperebbe rapidamente. Le proteine alimentari contribuiscono anche all'equilibrio acido-base producendo buffer (tamponi) che aiutano a regolare la quantità di ioni idrogeno liberi nel sangue. Queste accettano o donano ioni idrogeno aiutando a mantenere il pH del sangue leggermente alcalino (pH 7,35-7,45). Anche il sistema immunitario è composto da proteine. Gli anticorpi sono proteine. Senza sufficienti proteine nella dieta, mancheranno le cellule necessarie per permettere al sistema immunitario di funzionare correttamente, causando un potenziale calo della risposta immunitaria. Le proteine alimentari possono anche essere utilizzate come fonte di energia. Se una dieta non contiene abbastanza carboidrati per fornire il glucosio necessario, le proteine possono essere usate per sintetizzare glucosio. Questo processo è chiamato gluconeogenesi. Mentre la proteina non è normalmente considerata una fonte importante di energia quando la dieta è equilibrata, può diventarlo quando i carboidrati non sono disponibili o in uno stato di digiuno. Il costoso processo di gluconeogenesi provoca gran parte della perdita di massa muscolare che si verifica nell'inedia.
Transaminazione e deaminazione Come accennato in precedenza, il corpo umano ha la capacità di sintetizzare gli 11 aminoacidi non essenziali. Il metabolismo degli amminoacidi nel fegato avviene tramite due processi: la transaminazione e la deaminazione. Entrambe queste reazioni incominciano con la rimozione del gruppo amminico dall'amminoacido, ricavando lo scheletro carbonioso (o chetoacido) e l'ammonio (NH4+), quest'ultimo contenente la componente azotata dell'amminoacido. Nel caso della deaminazione, l'ammonio viene convertito in prodotti di scarto come urea e successivamente escreto tramite le urine. La transaminazione prevede che un amminoacido doni il suo gruppo amminico a un altro composto risultando nella produzione di nuovi amminoacidi e chetoacidi. In questo modo vengono sintetizzati gli amminoacidi non essenziali.
I chetoacidi formati da questi due processi possono avere destini diversi nel corpo in base allo stato metabolico. Possono essere usati direttamente per produrre energia; oppure, in alternativa, possono essere usati per la sintesi di glucosio, acidi grassi o chetoniSareen S. Gropper, Jack L. Smith. Advanced Nutrition and Human Metabolism. Cengage Learning, 2012. ISBN 1133104053.
Turnover proteico e bilancio azotato Il corpo umano disgrega quotidianamente delle proteine sintetizzandone altre. Questo processo è definito come turnover (ricambio) proteicoWaterlow JC. Protein turnover with special reference to man. Q J Exp Physiol. 1984 Jul;69(3):409-38.. In condizioni dietetiche normali, una persona media può "ricambiare" oltre 300 grammi di proteine in un periodo di 24 ore, tuttavia il corpo umano non richiede questi quantitativi. Questo perché gran parte delle proteine disgregate sono anche riutilizzate per la sintesi proteica. Comunque nessuna reazione biochimica-metabolica del corpo avviene con la massima efficienza, e questo vale anche per il turnover proteico. In questo processo, alcuni amminoacidi vengono ossidati, e l'azoto derivante viene perso sotto forma di urea, creatinina e altre sostanze derivate. Con una normale assunzione proteica, può essere perso solo un 4% delle proteine ricambiate. Questa alterazione può essere determinata dall'introito proteico, quindi da un alto o un basso apporto di proteine quotidiane. L'azoto viene disperso principalmente tramite le urine, ma una parte viene smaltita anche tramite il sudore, le feci, la pelle o le unghie. Dal momento che risulta difficile misurare tutte le vie di smaltimento dell'azoto, solitamente per misurare le perdite tramite le feci, la pelle, i capelli, il sudore e le unghie vengono usate delle stimeSareen S. Gropper, Jack L. Smith. Advanced Nutrition and Human Metabolism. Cengage Learning, 2012. ISBN 1133104053.
Il bilancio azotato confronta la quantità di azoto (dalle proteine alimentari) immesse nel corpo con l'azoto che viene perso. Se un individuo consuma più azoto di quello che perde, si dice che esso risulta in un bilancio azotato positivo, e deposita azoto nel corpo. Se un individuo consuma lo stesso quantitativo di azoto rispetto a quello che perde, si dice che esso risulta in una situazione di bilancio azotato equilibrato, mentre se un individuo perde più azoto di quello che consuma, esso è in bilancio azotato negativo e perde proteine corporeeC. M. Rotella. L'obesità. SEE Editrice Firenze. p. 60-61. ISBN 8884650550.. Visto che il catabolismo o la disgregazione degli amminoacidi è la principale causa della perdita di azoto, l'espulsione di azoto è un indicatore del catabolismo degli amminoacidi. Tuttavia, l'escrezione di azoto non dice quali amminoacidi sono disgregati e la loro provenienza, trattandosi quindi di un valore impreciso. Inoltre il bilancio azotato dipende altamente dall'apporto calorico totale. Un individuo a digiuno perderà più azoto rispetto a uno che assume carboidrati ma nessuna proteina alimentare. In passato si riteneva che le calorie apportate dai grassi non migliorassero il bilancio azotato al contrario delle calorie apportate dai carboidrati o dalle proteineRichardson et al. Quantitative effect of an isoenergetic exchange of fat for carbohydrate on dietary protein utilization in healthy young men. Am J Clin Nutr. 1979 Nov;32(11):2217-26.Bell et al. Ketosis, weight loss, uric acid, and nitrogen balance in obese women fed single nutrients at low caloric levels. Metabolism. 1969. 18:193–208.Bistrian et al. Effect of a protein-sparing diet and brief fast on nitrogen metabolism in mildly obese subjects. J Lab Clin Med. 1977 May;89(5):1030-5., ma altre evidenze hanno sottolineato che anche i grassi incidano positivamente in questo sensoMcCargar et al. Dietary carbohydrate-to-fat ratio: influence on whole-body nitrogen retention, substrate utilization, and hormone response in healthy male subjects. Am J Clin Nutr. 1989 Jun;49(6):1169-78.Millward DJ. Macronutrient intakes as determinants of dietary protein and amino acid adequacy. J Nutr. 2004 Jun;134(6 Suppl):1588S-1596S.. Mentre i soggetti che consumano maggiori quantità di proteine espellono anche più azoto, semplicemente perché aumentano l'assunzione dell'azoto stesso. Il risultato interessante stabilito da alcuni studi ha determinato che il bilancio azotato può essere mantenuto indipendentemente dal livello di calorie assunte fin tanto che viene consumato un adeguato introito proteico.
Fabbisogno proteico Fabbisogno proteico obbligatorio Il fabbisogno proteico è definito come la quantità di proteine alimentari necessaria per compensarne e pareggiarne la perdita su base giornaliera, in modo che una persona rimanga nel bilancio azotato. Ciò viene determinato misurando l'escrezione di azoto quando la persona segue una dieta priva di proteine. Dal momento che l'assunzione di azoto alimentare è pari a zero, tutto l'azoto espulso proviene dalla disgregazione e catabolismo delle proteine corporee. Come accennato, questo valore presume la presenza di calorie alimentari sufficienti e una proporzione normale di carboidrati alimentari.