Cosa sono i BCAA?

BCAA è l'acronimo di aminoacidi a catena ramificata. È il nome collettivo con cui si indicano tre particolari aminoacidi (i mattoni delle proteine):

• Leucina
• Isoleucina
• valina

Questi aminoacidi svolgono un ruolo importante nella sintesi di nuove proteine muscolari, nell'apporto energetico ai muscoli e nel controllo del metabolismo del glucosio.

Grazie a queste proprietà, i BCAA sono un integratore pre-allenamento molto diffuso, utilizzato per stimolare la sintesi proteica muscolare e favorire la crescita muscolare, ridurre l'indolenzimento muscolare dopo l'allenamento e aiutare a prevenire l'affaticamento durante l'esercizio fisico.

Oltre a essere presenti in vari integratori e proteine in polvere, i BCAA si trovano anche in diversi alimenti, tra cui: carne rossa, pollame, uova, latticini, frutta secca, lenticchie e fagioli.

I BCAA sono aminoacidi essenziali. Ciò significa che devono essere assunti attraverso l'alimentazione, poiché il nostro organismo non è in grado di sintetizzarli autonomamente.

Abbiamo già parlato dei BCAA nel nostro articolo dedicato ai BCAA e all’insulina (PPM1K). Invitiamo i lettori a consultare l’articolo del blog allegato per ulteriori approfondimenti.

PUNTI CHIAVE

• Il termine BCAA si riferisce a tre aminoacidi essenziali: leucina, isoleucina e valina.
• I BCAA svolgono un ruolo importante nella crescita muscolare, nella produzione di energia e nel metabolismo del glucosio.
• Tra le fonti di BCAA figurano la carne, i latticini, le uova e gli integratori per l'allenamento (ad esempio, integratori pre-allenamento e proteine in polvere).

Come vengono metabolizzati i BCAA?

Alcuni metaboliti dei BCAA possono risultare tossici se presenti in concentrazioni elevate. Per questo motivo, il nostro organismo ha sviluppato un complesso sistema enzimatico in grado di degradarli e di impedire un accumulo eccessivo di BCAA nel sangue e all'interno delle cellule.

A differenza di altri aminoacidi, i BCAA vengono metabolizzati principalmente dai tessuti periferici (come i muscoli scheletrici) piuttosto che dal fegato.

La velocità con cui metabolizziamo o "catabolizziamo" i BCAA è un fattore chiave che determina i livelli di BCAA presenti nel nostro flusso sanguigno.

Assorbimento nel flusso sanguigno

Prima che gli aminoacidi a catena ramificata (BCAA) presenti nella nostra alimentazione vengano metabolizzati, devono essere assorbiti nel flusso sanguigno. Questo processo avviene nell'intestino.

I BCAA presenti negli alimenti (ad esempio carne, latticini, uova) fanno tipicamente parte delle proteine: lunghe catene di aminoacidi collegati tra loro. Affinché questi BCAA possano essere assorbiti nel flusso sanguigno, le proteine alimentari devono essere scomposte dal nostro apparato digerente in singoli aminoacidi o in brevi catene di aminoacidi (chiamate peptidi).

Al contrario, i BCAA presenti negli integratori tendono ad essere in «forma libera», ovvero singoli aminoacidi che non fanno parte di proteine più complesse. I BCAA in forma libera non devono essere digeriti e vengono quindi assorbiti più rapidamente nel flusso sanguigno.

Scomposizione dei BCAA da parte degli enzimi

Una volta entrati nel flusso sanguigno, i BCAA vengono assorbiti dalle cellule di vari tessuti, tra cui i muscoli scheletrici e il tessuto adiposo.

I BCAA penetrano quindi nei mitocondri – gli organelli cellulari responsabili della respirazione cellulare e della produzione di energia – dove vengono scomposti in più fasi da diversi enzimi.  

Nella prima fase della degradazione dei BCAA, alcuni enzimi chiamati aminoacidi-transferasi a catena ramificata (BCAT) trasformano i BCAA in molecole denominate α-chetoacidi a catena ramificata (BCKA).  

Nella seconda fase, i BCKA vengono scomposti da un enzima chiamato complesso α-cheto deidrogenasi a catena ramificata (BCKDH). Da questo processo derivano molecole chiamate acil-CoA a catena ramificata (indicate come R-CoA nel diagramma sottostante).

Gli acil-CoA a catena ramificata vengono poi ulteriormente scomposti da altri enzimi per produrre le molecole acetil-CoA e succinil-CoA. Queste due molecole possono essere utilizzate per generare energia entrando in una fase della respirazione cellulare nota come ciclo dell'acido citrico (TCA). In alternativa, possono essere utilizzate per sintetizzare il glucosio (un processo chiamato gluconeogenesi).

È la seconda fase della degradazione dei BCAA, catalizzata dal complesso enzimatico BCKDH, a rappresentare senza dubbio la fase più importante. Questo perché è la fase più lenta, ovvero la «fase limitante», a determinare la rapidità e l'efficacia con cui i BCAA vengono degradati. Ciò, a sua volta, influisce sui livelli di BCAA in circolo.

Più precisamente, una minore attività dell'enzima BCKDH e una ridotta degradazione dei BCAA determineranno un aumento dei livelli di BCAA in circolo.  

A questo proposito, alcune rare mutazioni che compromettono la funzione dell’enzima BCKDH (e quindi la degradazione dei BCAA) possono causare una malattia ereditaria nota come «malattia delle urine a sciroppo d’acero». I neonati affetti da questa patologia possono subire danni neurologici causati dall’accumulo di livelli eccessivi di BCAA e BCKA. Tipicamente, livelli elevati di BCKA nelle urine provocano un odore che ricorda lo sciroppo d’acero.

PUNTI CHIAVE

• I BCAA vengono scomposti da un sistema di enzimi presenti nel muscolo scheletrico e in altri tessuti.
• La velocità con cui i nostri corpi metabolizzano i BCAA influisce sui livelli di BCAA in circolo.
• Una minore degradazione dei BCAA comporta un aumento dei livelli circolanti di BCAA.

In che modo una minore degradazione dei BCAA influisce sulla salute?

Come spiegato nella sezione precedente, una riduzione o un'alterazione della degradazione dei BCAA può determinare un aumento dei livelli di BCAA circolanti nel sangue. Sia la ridotta degradazione dei BCAA che gli elevati livelli di BCAA circolanti sono stati associati a una serie di patologie correlate, tra cui: obesità, diabete di tipo II, steatosi epatica e malattia coronarica.

In particolare, si ritiene che livelli elevati di BCAA in circolo possano causare insulino-resistenza, ovvero una ridotta sensibilità dei tessuti all'azione dell'insulina.

L'insulino-resistenza, a sua volta, può causare un aumento dei livelli di zucchero nel sangue, un aumento di peso e lo sviluppo del diabete di tipo II.  

Che cos'è l'insulino-resistenza?

L'insulina è un ormone di fondamentale importanza che consente ai tessuti di assorbire e utilizzare il glucosio presente nel sangue. Svolge inoltre un ruolo fondamentale nella regolazione del metabolismo dei grassi.

Nell'insulino-resistenza, i tessuti (come il muscolo scheletrico) diventano meno sensibili all'insulina, rendendo più difficile l'ingresso del glucosio nelle cellule. Il glucosio rimane quindi nel flusso sanguigno, causando un aumento dei livelli di glucosio nel sangue. Come spiegato nella sezione dedicata al tratto "Glicemia a digiuno", livelli elevati di glucosio nel sangue possono causare infiammazione e stress ossidativo, che danneggiano i vasi sanguigni, i nervi e altri organi.

Inoltre, se i tessuti continuano a non rispondere agli effetti dell'insulina, l'organismo può reagire producendo quantità molto più elevate di insulina. Questo fenomeno è noto come iperinsulinemia.

Poiché l'insulina favorisce l'accumulo di grasso (lipogenesi) e inibisce la sua degradazione (lipolisi), un aumento dei livelli di insulina può portare ad un aumento di peso e all'accumulo di grasso all'interno e intorno agli organi.  

In che modo i BCAA causano l'insulino-resistenza?

Non è ancora del tutto chiaro in che modo la ridotta degradazione dei BCAA e l'aumento dei livelli di BCAA in circolo causino l'insulino-resistenza.

Una teoria sostiene che livelli elevati di BCAA stimolino una via biochimica denominata via mTOR, che porta a un’alterazione della segnalazione dell’insulina. (Puoi trovare ulteriori informazioni sulla via mTOR nella sezione dedicata al tratto «Ipertrofia muscolare (mTOR)»).

Per poter esercitare la propria azione nelle cellule, l'insulina si lega a un recettore chiamato recettore dell'insulina (IR). Ciò innesca una cascata di reazioni chimiche (nota come via di segnalazione dell'insulina) che attiva in sequenza diverse molecole, portando infine all'attivazione di determinati geni e all'ingresso del glucosio nelle cellule.

Una delle prime molecole ad attivarsi nella via di segnalazione dell'insulina è chiamata IRS-1 (substrato del recettore dell'insulina 1). Questa molecola, tuttavia, viene inibita da un enzima della via mTOR chiamato S6K1.

Stimolando la via mTOR e attivando S6K1, livelli elevati di BCAA inibiscono quindi l'IRS-1 e possono compromettere la segnalazione dell'insulina. Ciò fa sì che le cellule diventino meno sensibili all'insulina, causando l'insulino-resistenza.  

Esistono diversi altri possibili meccanismi attraverso i quali una ridotta degradazione dei BCAA e livelli elevati di BCAA contribuiscono all'insulino-resistenza. Ad esempio, una ridotta degradazione dei BCAA nei muscoli può portare all'accumulo di vari metaboliti dei BCAA, uno dei quali è il 3-HIB (3-idrossiisobutirrato), che si forma dalla degradazione della valina.

L'accumulo di 3-HIB provoca un accumulo di grassi nel tessuto muscolare, il che comporta una minore sensibilità all'insulina dei muscoli scheletrici.

Anche l'accumulo di altri metaboliti dei BCAA può interferire con il normale funzionamento dei mitocondri, riducendone la capacità di generare energia. Questo fenomeno è noto come disfunzione mitocondriale. Si ritiene che la disfunzione mitocondriale possa contribuire all'insulino-resistenza, forse causando l'accumulo di specie reattive dell'ossigeno che provocano stress ossidativo.

PUNTI CHIAVE

• Una ridotta degradazione dei BCAA determina livelli elevati di BCAA in circolo.
• Livelli elevati di BCAA possono causare una ridotta sensibilità dei tessuti all'insulina, nota come insulino-resistenza.
• L'insulino-resistenza può causare un aumento dei livelli di zucchero nel sangue e un aumento di peso.
• L'insulino-resistenza è associata allo sviluppo del diabete di tipo II e dell'obesità.
• È stato dimostrato che le persone affette da obesità, diabete, malattie cardiache e steatosi epatica presentano una ridotta velocità di degradazione dei BCAA e livelli circolanti più elevati di questi aminoacidi.

In che modo le varianti genetiche influenzano la degradazione dei BCAA?

I geni che ereditiamo possono influenzare la velocità con cui metabolizziamo i BCAA.

Ad esempio, come illustrato nella sezione dedicata ai BCAA e all’insulina (PPM1K), alcune varianti del gene PPM1K sono associate a una minore attività dell’enzima BCKDH, responsabile della degradazione dei BCAA.

Nel nostro profilo sull'metabolismo dei BCAA, ci concentriamo maggiormente su come determinati geni coinvolti nella metabolizzazione dei BCAA vengano attivati o disattivati. Questo rientra nell'ambito dell'epigenetica, ovvero quei cambiamenti in grado di modificare l'attività dei geni senza alterare la sequenza del DNA sottostante.

Cosa sono i cambiamenti epigenetici?

I cambiamenti epigenetici, o «modificazioni», ci consentono di reagire ai cambiamenti dell'ambiente circostante attivando e disattivando i geni in risposta a diversi stimoli ambientali, quali le sostanze nutritive presenti nella nostra alimentazione, lo stress psicologico, l'attività fisica, l'esposizione agli agenti inquinanti ecc.

Ad esempio, l'esposizione a una tossina può indurci ad attivare geni che portano alla produzione di un enzima in grado di metabolizzare tale tossina.

I cambiamenti epigenetici, tuttavia, non sono sempre positivi. L'esposizione agli inquinanti atmosferici, ad esempio, può innescare la produzione di enzimi che causano infiammazioni, stress ossidativo e danni cellulari.

A livello molecolare, le modificazioni epigenetiche possono comportare l'aggiunta o la rimozione di sostanze sulla superficie della molecola di DNA. Un esempio di questo fenomeno è la metilazione del DNA.

La metilazione del DNA consiste nell'aggiunta di una molecola di CH₃, detta gruppo metilico, a siti specifici lungo la molecola di DNA. In linea generale, l'aggiunta di un gruppo metilico "silenzia" o disattiva un gene: ciò significa che le istruzioni del gene non vengono lette né utilizzate per produrre una proteina. Per usare il gergo scientifico, si dice che la metilazione del DNA disattiva la trascrizione genica.

In questo articolo esaminiamo la metilazione del DNA dei geni coinvolti nella degradazione degli aminoacidi a catena ramificata (BCAA).

Metilazione e degradazione dei BCAA

Alcuni studi suggeriscono che la metilazione del DNA in un sito specifico (cg04436964), in risposta a un elevato consumo di grassi saturi, possa inibire l'espressione di vari geni, determinando una ridotta degradazione degli aminoacidi a catena ramificata (BCAA).  

Inoltre, l'ereditarietà di determinate varianti genetiche potrebbe rendere alcune persone più sensibili alla metilazione del DNA in questo sito quando seguono una dieta ricca di grassi saturi. Di conseguenza, le persone con queste varianti genetiche mostrano una ridotta degradazione dei BCAA in risposta a un elevato apporto di grassi saturi.

A questo proposito, è stato dimostrato che le persone con genotipo CC del gene APOA2 (determinato dal SNP rs5082) sono più soggette alla metilazione del DNA quando seguono una dieta ricca di grassi saturi (≥22 g di grassi saturi al giorno). L'aumento della metilazione induce in queste persone l'arresto della produzione degli enzimi coinvolti nella degradazione dei BCAA. Una ridotta degradazione dei BCAA può, a sua volta, contribuire a una scarsa sensibilità all'insulina e all'insulino-resistenza.  

Altri studi confermano questo risultato. Ad esempio, uno studio condotto su soggetti cinesi e indiani ha rilevato che le persone con genotipo CC dell'APOA2 presentavano valori più elevati dell'indice HOMA-IR – un indicatore dell'insulino-resistenza – ma solo quando seguivano una dieta ricca di grassi saturi (≥22 g di grassi saturi al giorno).

È possibile che i livelli più elevati di insulino-resistenza riscontrati in questo gruppo derivino da un aumento della metilazione del DNA in siti specifici in presenza di un elevato apporto di grassi saturi. Ciò potrebbe causare la disattivazione dei geni coinvolti nella degradazione dei BCAA, con conseguente riduzione della loro degradazione e aumento dei livelli circolanti di BCAA, che compromettono la funzione dell'insulina.


PUNTI CHIAVE

• Alcune varianti genetiche possono determinare una riduzione della degradazione dei BCAA in caso di elevato apporto di grassi saturi.
• Queste varianti genetiche inducono l'organismo a inibire l'attività di altri geni ed enzimi coinvolti nella degradazione dei BCAA.  
• Anche una ridotta degradazione dei BCAA in risposta a un elevato apporto di grassi saturi potrebbe contribuire all'insulino-resistenza.
  

In che modo i fattori legati allo stile di vita influenzano la scomposizione dei BCAA?

I biologi utilizzano spesso il termine«fattoriambientali»o«fattori legati allo stile di vita»per descrivere tutti gli elementi esterni al DNA di una persona che influenzano le sue caratteristiche. Ciò comprende fattori piuttosto semplici e misurabili, come il peso corporeo attuale o l’abitudine al fumo, fino a fattori complessi e difficili da misurare, come l’esposizione allo stress psicologico durante l’infanzia.

Diversi studi suggeriscono che fattori legati allo stile di vita, quali l'attuale indice di massa corporea (BMI), la composizione corporea e la funzione insulinica, possano influenzare la degradazione dei BCAA. Ad esempio, è stato dimostrato che le persone affette da obesità, iperglicemia e/o diabete di tipo II presentano livelli elevati di BCAA in circolo.

Inoltre, queste persone presentano anche una ridotta degradazione dei BCAA, in particolare nel tessuto adiposo. A questo proposito, studi condotti su soggetti obesi hanno dimostrato che essi presentano livelli ridotti dell’enzima BCKDH, che catalizza la seconda fase della degradazione dei BCAA.

Considerato l'impatto che fattori legati allo stile di vita, quali il peso corporeo e la funzione insulinica, hanno sulla degradazione dei BCAA, il tuo profilo relativo alla degradazione dei BCAA tiene conto anche del tuo indice di massa corporea (BMI), della composizione corporea da te dichiarata, della circonferenza della vita e dei livelli di glicemia a digiuno (un indicatore della funzione insulinica).

Otteniamo questi dati dal questionario sul tuo stile di vita, che puoi compilare qui.

Indipendentemente dalle varianti genetiche di cui sono portatori, le persone in sovrappeso, obese e/o con una ridotta funzionalità insulinica sono più soggette a un rallentamento del metabolismo dei BCAA.

È importante sottolineare, tuttavia, che, proprio come i fattori legati allo stile di vita possono influire negativamente sulla degradazione dei BCAA, essi possono anche favorirla e ridurre i livelli di BCAA in circolo. A questo proposito, è stato dimostrato che l'esercizio fisico attiva l'enzima BCKDH e stimola la degradazione dei BCAA.

Allo stesso modo, la perdita di peso e il miglioramento dei livelli di glicemia, a seguito di una dieta, di un intervento di chirurgia bariatrica o dell'assunzione di farmaci anti-obesità, sono associati a una diminuzione dei livelli di BCAA in circolo.  

PUNTI CHIAVE

• Oltre alle varianti genetiche, anche i fattori legati allo stile di vita, tra cui il peso corporeo attuale e la funzionalità insulinica, possono influire sulla degradazione dei BCAA.
• Le persone in sovrappeso, obese o con una ridotta funzionalità insulinica potrebbero presentare una ridotta degradazione dei BCAA.
• Il risultato relativo alla tua predisposizione al metabolismo dei BCAA si basa in parte sui dati del questionario sullo stile di vita, tra cui l'IMC, la composizione corporea auto-dichiarata, la circonferenza della vita e la glicemia a digiuno.
• L'attività fisica e la perdita di peso possono favorire la degradazione dei BCAA.

La tua predisposizione alla degradazione dei BCAA

L'analisi del tuo profilo metabolico dei BCAA tiene conto sia delle varianti genetiche che dei dati del questionario sullo stile di vita (tra cui BMI, composizione corporea, circonferenza della vita e livelli di glicemia a digiuno).

Verrai inserito in una delle tre categorie seguenti:

• Riduzione dovuta a fattori genetici: sei portatore di varianti genetiche associate a una ridotta degradazione dei BCAA, comprese quelle che inibiscono tale degradazione quando si assumono elevate quantità di grassi saturi.
  
• Riduzione dovuta allo stile di vita: non presenti varianti genetiche associate a una ridotta degradazione dei BCAA, ma i dati del questionario sullo stile di vita indicano che sei in sovrappeso, obeso e/o che hai una scarsa funzionalità insulinica (tutte condizioni associate a una ridotta degradazione dei BCAA).
  
• Degradazione media: non presenti varianti genetiche né fattori legati allo stile di vita associati a una ridotta degradazione dei BCAA.

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