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Proteínas y Péptidos Bioactivos

Las proteínas proporcionan beneficios nutricionales como componentes esenciales de una dieta saludable. El cuerpo metaboliza las proteínas para producir hormonas, anticuerpos, enzimas y varios componentes de tejidos/órganos, incluido los músculos. Las proteínas consisten en largas cadenas de aminoácidos, bloques de construcción unidos entre sí con enlaces peptídicos. En su forma natural, las proteínas no se absorben fácilmente del tracto digestivo al torrente sanguíneo. Las enzimas digestivas en el estómago y el intestino primero deben romper los enlaces peptídicos. El proceso de digestión rompe las proteínas en cadenas más cortas de aminoácidos llamados péptidos, que el cuerpo puede absorber fácilmente. La eficiencia nutricional (el porcentaje de proteína en nuestra dieta que se usa para el beneficio nutricional del cuerpo) depende de la capacidad de nuestras enzimas digestivas para dividir los enlaces peptídicos y liberar péptidos.

Los péptidos liberados durante la digestión de proteínas también pueden tener un propósito terapéutico1. Por ejemplo, las especies reactivas de oxígeno (ROS) son compuestos tóxicos que se producen durante períodos de estrés metabólico o ambiental. Los péptidos transportan electrones libres que neutralizan las ROS, que requieren un electrón extra para volverse no reacctivas. Los efectos secundarios tóxicos de las ROS incluyen daño al ADN (efectos que causan cáncer) o daño a los componentes estructurales del cerebro (efectos neurodegenerativos, por ejemplo, la enfermedad de Alzheimer). Al aceptar los electrones libres de los péptidos, las ROS se neutralizan y sus efectos secundarios tóxicos se pueden prevenir (un efecto conocido como eliminación de residuos).

Debido a sus efectos terapéuticos, algunos péptidos se consideran “bioactivos” y podrían servir como herramientas para prevenir o tratar diversas enfermedades humanas1. Sin embargo, los péptidos bioactivos en la dieta generalmente no están lo suficientemente concentrados como para ser absorbidos en el torrente sanguíneo en niveles suficientemente altos para producir sus efectos bioactivos. Para abordar este problema, los péptidos bioactivos se producen en forma concentrada a través de un proceso llamado digestión in vitro. La digestión in vitro utiliza enzimas digestivas para separar (digerir) las proteínas, formando tipos específicos de péptidos bioactivos. Este método se puede personalizar con el uso de enzimas microbianas que son más eficientes que las enzimas digestivas normalmente presentes en nuestro tracto digestivo.

Hidrolizado de Proteína de Guisantes (PPH)

En mi programa de investigación, hemos aprovechado la digestión in vitro para convertir la proteína de arveja de campo amarillo en péptidos bioactivos, denominada hidrolizado de proteína de guisante (PPH, por sus siglas en inglés). Los guisantes amarillos son un cultivo de leguminosas para consumo humano y animal. Las proteínas del guisante de campo amarillo se someten a digestión in vitro y, después de tres horas de digestión con enzimas microbianas, cualquier proteína no digerida se separa de los péptidos bioactivos. En la etapa final del proceso, los péptidos bioactivos aislados se secan para formar PPH2.

Los ensayos en animales y humanos han demostrado que la PPH tiene efectos de disminución de la presión arterial (antihipertensivos)2. Hemos probado la PPH como un inhibidor del sistema renina-angiotensina (RAS). La RAS es la principal vía metabólica que regula la presión sanguínea humana (Figura 1). En condiciones in vitro, encontramos que la PPH era capaz de bloquear la función de (inhibir) las dos enzimas principales que operan la RAS: la renina y la enzima convertidora de angiotensina (ECA). Ratas espontáneamente hipertensas (que modelan estrechamente la hipertensión [presión arterial alta] en humanos) fueron alimentadas con PPH durante períodos agudos (24 horas) y a largo plazo (cinco semanas). Durante los períodos de alimentación agudos y prolongados, las ratas espontáneamente hipertensas alimentadas con PPH habían reducido la presión arterial sistólica (PAS)2,3.

La llamada rata Han: SPRD-cy es un modelo animal de enfermedad renal crónica (ERC) que también se utilizó para probar la PPH como agente antihipertensivo. Los riñones de las ratas Han: SPRD-cy contienen una gran cantidad de quistes, que se sabe que activan el SAR y contribuyen a la hipertensión. Se sabe que la hipertensión aumenta el riesgo de enfermedad cardiovascular. De hecho, encontramos que la PPH fue efectiva para reducir la PAS en las ratas Han: SPRD-cy. Durante un experimento de alimentación de ocho semanas, se agregó PPH a la alimentación de ratas Han: SPRD-cy y causó una reducción en la PAS de 29 mmHg y una reducción en la presión arterial diastólica (DPB) en 25 mmHg3. La PPH también aumentó significativamente la producción de orina en comparación con las ratas Han: SPRD-cy que no recibieron PPH. Además de los efectos antihipertensivos, nuestros datos sugieren que la PPH también puede mejorar la función renal y aumentar la producción de orina en condiciones de ERC.

Estos experimentos con animales proporcionaron los fundamentos para probar la PPH como un agente antihipertensivo en voluntarios humanos. Se agregó PPH al jugo de naranja que fue consumido por voluntarios humanos ligeramente hipertensos con función renal normal. Durante una prueba de alimentación de tres semanas, hubo una disminución significativa en la PAS de voluntarios humanos que consumieron PPH en comparación con un placebo (sólo jugo de naranja). Otro beneficio potencial para la salud de la PPH, es que se demostró como un agente inmunomodulador. Por ejemplo, las células inmunes activadas (macrófagos expuestos a lipopolisacáridos) produjeron un 80% menos de agentes proinflamatorios cuando se trataron con PPH4. Cuando la PPH se administró por vía oral a ratones, hubo un aumento de la actividad de sus macrófagos peritoneales, además de una mayor estimulación de la respuesta inmune en la mucosa intestinal. La licencia de la tecnología para la producción de PPH se ha otorgado a AOR Inc. para que la PPH esté disponible para los consumidores.

Hidrolizado de Proteína de Semilla de Cáñamo (HPH)

Mi programa de investigación también ha investigado los efectos antihipertensivos de los péptidos producidos a partir de la digestión enzimática de proteínas de semillas de cáñamo (HPH, por sus siglas en inglés)5. Hemos encontrado que cuando se administra a ratas hipertensas sistémicas jóvenes, la HPH previno el desarrollo de hipertensión. Las ratas hipertensas sistémicas jóvenes alimentadas con HPH mantuvieron la presión arterial sistólica normal (120 mmHg) durante el experimento de ocho semanas6. En comparación, las ratas hipertensas sistémicas jóvenes que no recibieron HPH (dieta de control) desarrollaron hipertensión con presión arterial sistólica de 158 mmHg.

En ratas hipertensas sistémicas adultas con hipertensión completa, la incorporación de HPH en la alimentación dio lugar a reducciones significativas en la PAS. El análisis de plasma confirmó que la HPH redujo los niveles sanguíneos de renina y ACE, lo que respaldó la reducción observada en la PAS. Por lo tanto, la HPH tuvo efectos preventivos y terapéuticos en la rata hipertensiva sistémica.

Además de estos efectos antihipertensivos, la HPH tenía propiedades antioxidantes, incluida la capacidad de neutralizar especies altamente reactivas (radicales libres e iones metálicos) e inhibir la producción de radicales peroxilo (peroxidación de ácidos grasos insaturados)7. La HPH también disminuyó significativamente los peróxidos de lípidos en plasma y aumentó los niveles de enzimas antioxidantes8. En conjunto, estos resultados sugirieron que la HPH actuó como un agente multifuncional con la capacidad de reducir simultáneamente la presión arterial, los peróxidos de lípidos en plasma y los radicales libres tóxicos.

Figura 1: Efecto de la PPH y la HPH en el Sistema de Renina-Angiotensina. En la reducción de la presión arterial, los riñones liberan renina que convierte el angiotensinógeno (secretado por el hígado) en angiotensina I. ACE (enzima convertidora de angiotensina), liberada por los pulmones se convierte la angiotensina I en angiotensina II. La angiotensina II actúa sobre los vasos sanguíneos, estimulando la vasoconstricción (estrechamiento) que aumenta la presión arterial. La angiotensina II también estimula la glándula suprarrenal para secretar aldosterona, que estimula los riñones para reabsorber la sal y el agua. La PPH (hidrolizado de proteína de guisante) y la HPH (hidrolisado de proteína de semilla de cáñamo) pueden normalizar la presión arterial alta (hipertensión) reduciendo los niveles de renina y ECA, bloqueando así la conversión de angiotensinógeno en angiotensina II.

Términos Claves

El hidrolizado de proteínas de semillas de cáñamo (HPH) es el término para péptidos bioactivos producidos a partir de semillas de cáñamo (de la especie de planta Cannabis sativa) mediante el proceso de digestión in vitro. Se ha encontrado que la HPH tiene efectos antihipertensivos y antioxidantes.

Proteínas Bioactivas

La anemia por deficiencia de hierro (AIF) es un problema mundial que afecta a cerca de una cuarta parte de la población mundial. La AIF contribuye al desarrollo de varias afecciones, entre ellas un latido cardíaco anormalmente rápido (taquicardia), insuficiencia cardíaca y, en la población femenina, un mayor riesgo de complicaciones antes o después del parto. Los enfoques actuales del tratamiento implican el uso de sales de hierro inorgánicas, que se consumen por vía oral en dosis muy altas. Se utilizan dosis muy altas de hierro inorgánico porque el hierro inorgánico tiene una solubilidad relativamente pobre y una absorción baja en el tracto gastrointestinal. El problema es que siempre hay altas cantidades de hierro no absorbido, que puede causar efectos secundarios negativos, como estreñimiento y otras dolencias gastrointestinales.

Mi programa de investigación se ha centrado en desarrollar una proteína alternativa al hierro inorgánico como tratamiento para la AIF. Las fitoferritinas consisten en un núcleo de hierro encerrado dentro de una jaula de proteínas. Estas formas orgánicas de hierro son solubles y se descomponen fácilmente en el tracto gastrointestinal para liberar su carga útil de hierro. Por lo tanto, las ferritinas podrían servir como una fuente de hierro más eficiente para el tratamiento de la AIF en comparación con los suplementos de hierro inorgánicos actualmente en uso.

Para lograr este objetivo, hemos desarrollado un método para producir un concentrado de fitoferritina a partir de semillas de leguminosas. El proceso de extracción es totalmente acuoso y produce concentrados de fitoferritina que proporcionan hasta 50mg

por 100g de hierro. Estimamos que una dosis para adultos de sólo 300mg de concentrado de fitoferritina por día (que podría suministrarse en una sola cápsula) proporcionaría suficiente hierro para satisfacer el requerimiento diario de hierro y prevenir o tratar la AIF. Se están realizando planes para probar la eficacia de esta fitoferritina en un modelo animal adecuado de AIF antes de pasar a los ensayos de intervención humana. Este proyecto de fitoferritina fue parcialmente financiado por una beca de investigación de AOR Inc.

Conclusión

El mercado de productos terapéuticos naturales continúa creciendo rápidamente debido a la fuerte demanda de consumidores cada vez más conscientes de la salud. Esta demanda es impulsada por el riesgo reducido de efectos secundarios negativos asociados con las terapias naturales. Dentro del mercado de productos naturales, el uso de proteínas y péptidos ha ganado un gran interés debido a su facilidad de producción y la seguridad de los productos. Se pueden usar proteínas completas para proporcionar efectos bioactivos, pero la digestión previa en péptidos de tamaño más pequeño parece ser la ruta óptima para desarrollar productos terapéuticos naturales. En general, los péptidos producidos a partir de proteínas hidrolizadas se absorben más fácilmente y proporcionan efectos beneficiosos en el cuerpo humano. Tales beneficios para la salud incluyen la reducción de la presión arterial alta, la neutralización del estrés oxidativo y el apoyo de la función normal del sistema inmunológico. Si bien estos beneficios para la salud se han demostrado en animales, existe un impulso para que los ensayos de intervención en humanos apoyen la adopción en el mercado de proteínas y péptidos bioactivos como agentes terapéuticos eficaces y seguros.

Referencias

1. Udenigwe CC, Aluko RE. Food protein-derived bioactive peptides: production, processing and potential health benefits. J. Food Sci. 2012;71:R11-R24. (1. Udenigwe CC, Aluko RE. Péptidos bioactivos derivados de proteínas de los alimentos: producción, procesamiento y beneficios potenciales para la salud. J. Food Sci. 2012; 71: R11-R24).

  1. Li H, et al. Blood pressure lowering the effect of a pea protein hydrolysate in hypertensive rats and humans. J. Agric. Food Chem. 2011;59:9854-9860. (2. Li H, et al. La presión arterial reduce el efecto de un hidrolizado de proteína de guisante en ratas hipertensas y humanos. J. Agric. Food Chem. 2011; 59: 9854-9860).

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  1. Ndiaye F, et al. Anti-oxidant, anti-inflammatory and immunomodulating properties of enzymatic protein hydrolysate from yellow field pea seeds. Eur. J. Nutr. 2012;51:29-37. (4. Ndiaye F, et al. Propiedades antioxidantes, antiinflamatorias e inmuno-moduladoras del hidrolizado de proteínas enzimáticas de semillas de guisante amarillo. EUR. J. Nutr. 2012; 51: 29-37.

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