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 . [1] [2]
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 personas con trastornos catabólicos graves . [2] Estos seis son arginina , cisteína , glicina , glutamina , prolina y tirosina . Seis aminoácidos no son esenciales ( prescindibles ) en los humanos, lo que significa que pueden sintetizarse en cantidades suficientes en el cuerpo. Estos seis son alanina , ácido aspártico , asparagina , ácido glutámico , serina , [2] y selenocisteína (considerado el aminoácido número 21). La pirrolisina (considerada el aminoácido número 22), [3] que es proteinogénica sólo en ciertos microorganismos, no se utiliza 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. [4] Este concepto es importante al determinar la selección, el número y la cantidad de alimentos a consumir porque incluso cuando se satisfacen las proteínas totales y todos los demás aminoácidos esenciales, si el aminoácido limitante no se satisface, entonces se considera que la comida es nutricionalmente limitada. por ese aminoácido. [3]
(*) La pirrolisina , a veces considerada el "aminoácido 22", no es utilizada por el cuerpo humano. [7]
De los veinte aminoácidos comunes a todas las formas de vida (sin contar la selenocisteína ), el ser humano no puede sintetizar nueve: histidina , isoleucina , leucina , lisina , metionina , fenilalanina , treonina , triptófano y valina . Además, los aminoácidos arginina , cisteína , glutamina , glicina , prolina y tirosina se consideran condicionalmente esenciales , [8] 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 Para sintetizar cisteína, debe obtener uno o más de estos aminoácidos condicionalmente esenciales de su dieta. [9] [10] 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 eucariotas pueden sintetizar algunos de los aminoácidos a partir de otros sustratos . En consecuencia, sólo un subconjunto de los aminoácidos utilizados en la síntesis de proteínas son nutrientes esenciales .
Los aminoácidos no esenciales se producen en el cuerpo. Las vías para la síntesis de aminoácidos no esenciales provienen de vías metabólicas básicas. "La glutamato deshidrogenasa cataliza la aminación reductora del 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 mediante la transaminación de piruvato y oxaloacetato , respectivamente. La glutamina se sintetiza a partir de NH 4 + 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 , que procede de la glucólisis , es la precursora de la glicina y la cisteína . La tirosina se sintetiza mediante la hidroxilación de la fenilalanina , que es un aminoácido esencial.
Se ha demostrado que es difícil estimar las necesidades diarias de los aminoácidos indispensables; Estas cifras han sido objeto de una revisión considerable en los últimos 20 años. La siguiente tabla enumera las cantidades diarias recomendadas que se utilizan actualmente para los aminoácidos esenciales en humanos adultos (a menos que se especifique lo contrario), junto con sus abreviaturas estándar de una letra.
La ingesta diaria recomendada para niños de tres años o más es entre un 10% y un 20% mayor que la de los adultos y la de los bebés puede ser hasta un 150% mayor 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 . [11] [14] La metionina y la cisteína se agrupan porque una de ellas puede sintetizarse a partir de la otra utilizando la enzima metionina S -metiltransferasa y el catalizador metionina sintasa . [15] La fenilalanina y la tirosina se agrupan porque una de ellas puede sintetizarse a partir de la otra utilizando la enzima fenilalanina/tirosina amoniaco-liasa . [dieciséis]
Históricamente, los requerimientos de aminoácidos se determinaban calculando el equilibrio entre la ingesta de nitrógeno en la dieta y el nitrógeno excretado en los desechos líquidos y sólidos, porque las proteínas representan el mayor contenido de nitrógeno en un cuerpo. Se produce un equilibrio positivo cuando se consume más nitrógeno del que se excreta, lo que indica que el cuerpo está utilizando parte del nitrógeno para producir proteínas. Un balance negativo de nitrógeno ocurre 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 el saldo positivo continúa, entonces ese aminoácido se considera no esencial. Si ocurría un balance negativo, entonces ese aminoácido se restablecía lentamente hasta que se estabilizaba un balance de nitrógeno ligeramente positivo y se registraba la cantidad mínima. [17] [18]
Se utilizó un método similar para determinar el contenido de proteínas 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 rápida pérdida de proteínas lábiles . Una vez que las pérdidas de nitrógeno se estabilizan, se determina que esta línea base es la mínima requerida para el mantenimiento. Luego, los sujetos de prueba fueron alimentados con una cantidad medida del alimento que se estaba probando. La diferencia entre el nitrógeno de ese alimento y las pérdidas de nitrógeno por encima del valor inicial fue la cantidad que el cuerpo retuvo para reconstruir las proteínas. La cantidad de nitrógeno retenida 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 del valor inicial) se denomina valor biológico y generalmente se expresa como un porcentaje. [18]
Las técnicas modernas utilizan la cromatografía de intercambio iónico para determinar el contenido real de aminoácidos de los alimentos. El USDA utilizó esta técnica en sus propios laboratorios para determinar el contenido de 7793 alimentos en 28 categorías. El USDA publicó la base de datos final al público en 2018. [19]
El aminoácido limitante depende de los requisitos humanos y actualmente existen dos conjuntos de requisitos humanos de fuentes autorizadas: uno publicado por la OMS [11] y el otro publicado por el USDA . [12]
Se han realizado varios intentos de expresar la "calidad" o el "valor" de diversos tipos de proteínas. Las medidas incluyen el valor biológico , la utilización neta de proteínas , el índice de eficiencia de las proteínas , la puntuación de aminoácidos corregida por digestibilidad de las proteínas y el concepto de proteínas completas . Estos conceptos son importantes en la industria ganadera , porque la relativa falta de uno o más de los aminoácidos esenciales en los alimentos para animales tendría un efecto limitante sobre el crecimiento y, por tanto, sobre la tasa de conversión alimenticia . Por lo tanto, se pueden alimentar varios alimentos en combinación para aumentar la utilización neta de proteínas, o se puede agregar al alimento un suplemento de un aminoácido individual (metionina, lisina, treonina o triptófano).
El contenido de proteínas en los alimentos a menudo se mide en proteínas por porción en lugar de proteínas 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). [20] 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. brócoli al día a 574 cal. [21] Un huevo contiene 12,5 g de proteína por 100 g, pero 4 mg más de proteína por caloría, o el VD de proteína después de 381 g de huevo, que es 545 cal. [22] La proporción de aminoácidos esenciales (la calidad de las proteínas) no se tiene en cuenta; en realidad, sería necesario comer más de 3 kg de brócoli al día para tener un perfil proteico saludable, y casi 6 kg para obtener suficientes calorías. . [21] Se recomienda que los seres humanos adultos obtengan entre el 10% y el 35% de sus 2000 calorías diarias en forma de proteínas. [23]
Los científicos sabían desde principios del siglo XX que las ratas no podían sobrevivir con una dieta cuya única fuente de proteínas fuera la zeína , que proviene del maíz , pero se recuperaban si se las alimentaba con caseína procedente de la leche de vaca. Esto llevó a William Cumming Rose al descubrimiento del aminoácido esencial treonina . [24] Mediante la manipulación de dietas de roedores, Rose pudo demostrar que diez aminoácidos son esenciales para las ratas: lisina , triptófano , histidina , fenilalanina , leucina , isoleucina , metionina , valina y arginina , además de treonina. El trabajo posterior de Rose demostró que ocho aminoácidos son esenciales para los seres humanos adultos, y la histidina también lo es para los bebés. Estudios a más largo plazo establecieron que la histidina también es esencial para los seres humanos adultos. [25]
La distinción entre aminoácidos esenciales y no esenciales no está clara, ya que algunos aminoácidos pueden producirse a partir de otros. Los aminoácidos que contienen azufre , metionina y homocisteína , se pueden convertir entre sí, pero ninguno de los dos puede sintetizarse de novo en humanos. Asimismo, la cisteína se puede producir 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 conjunto único de aminoácidos nutricionalmente equivalentes, al igual que el par de aminoácidos aromáticos , fenilalanina y tirosina . Asimismo se consideran un solo grupo la arginina , la ornitina y la citrulina , que son interconvertibles por el ciclo de la urea . [ cita necesaria ]
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. [2] Se ha demostrado que la deficiencia de proteínas afecta a todos los órganos del cuerpo y muchos de sus sistemas, por ejemplo, afectando el desarrollo del cerebro en bebés y niños pequeños; inhibir el mantenimiento del sistema inmunológico, aumentando el riesgo de infección; afectando la función y la permeabilidad de la mucosa intestinal , reduciendo así la absorción y aumentando la vulnerabilidad a enfermedades sistémicas ; e impactar la función renal. [2] Los signos físicos de la deficiencia de proteínas incluyen edema , retraso del crecimiento en bebés y niños, musculatura deficiente, piel apagada y cabello fino y frágil. Los cambios bioquímicos que reflejan una deficiencia de proteínas incluyen niveles bajos de albúmina sérica y niveles bajos de transferrina sérica . [2]
Los aminoácidos esenciales en la dieta humana se establecieron en una serie de experimentos dirigidos por William Cumming Rose . Los experimentos involucraron dietas elementales para estudiantes de posgrado varones sanos. Estas dietas consistían en almidón de maíz , sacarosa , grasa láctea sin proteínas, aceite de maíz , sales inorgánicas, las conocidas vitaminas , un gran "caramelo" marrón hecho de extracto de hígado aromatizado con aceite de menta (para suministrar vitaminas desconocidas) y mezclas de ingredientes altamente purificados. aminoácidos individuales. La principal medida de resultado fue el balance de nitrógeno . Rose señaló que los síntomas de nerviosismo, agotamiento y mareos se presentaban en mayor o menor medida cada vez que se privaba a los seres humanos de un aminoácido esencial. [17]
La deficiencia de aminoácidos esenciales debe distinguirse de la desnutrición proteico-energética , que puede manifestarse como marasmo o kwashiorkor . Alguna vez se atribuyó el kwashiorkor a una deficiencia pura de proteínas en personas que consumían suficientes calorías ("síndrome del bebé de azúcar"). Sin embargo, esta teoría ha sido cuestionada por el hallazgo de que no hay diferencia en la dieta de los niños que desarrollan marasmo en comparación con los niños que desarrollan kwashiorkor. [26] 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 . [2]
