Investigaciones más actuales sobre las interacciones fitato-proteína resaltan las diferencias entre enzimas fitasas en la práctica

En un artículo recientemente publicado por Tran et al. en la edición de enero del 2011 en Bioquímica Analítica (Analytic Biochemistry) con el título “Un simple y rápido ensayo cinético para fitasas utilizando complejos ácido fítico-proteína como sustrato”, iluminó nuestro entendimiento sobre el modo de acción de las enzimas fitasas y la asociada matriz de valores en las formulaciones de alimentos.

Mientras que a primera vista la relevancia del título puede no ser inmediatamente obvia para los nutricionistas, esta investigación hecha por científicos de la Universidad de Lund (Suecia) y Genencor, estudió las interacciones de fitato con proteínas de la dieta, medidas mediante la formación de complejos insolubles y la idoneidad de usar el complejo fitato-proteína como un sustrato para ensayos sobre fitasas.

Los autores demostraron que dado que ocurre un complejo fitato-proteína en el alimento y en el tracto digestivo de los animales, éste puede ser un sustrato más relevante para la evaluación de fitasas que el fitato de sodio, un químico de laboratorio rutinariamente utilizado en ensayos tradicionales de fitasas.  

El interés comercial de este estudio fue que la investigación incluyó una evaluación independiente sobre la efectividad de hidrolizar, ya sea fitato de sodio sintético o complejos fitato-proteína de ocurrencia natural en el alimento a un pH de 3.0, de cuatro diferentes fitasas comerciales. Los resultados mostrados en la Tabla 1 primeramente confirman que cuando fitato de sodio (IP6-Na) es usado como sustrato a un pH bajo, el grado de hidrólisis de fitato de sodio es similar entre dos  fitasas de E. coli, pero significativamente más bajo cuando se aplican fitasas fungales (P. lycii  y A. niger). Estas diferencias entre fuentes de fitasa de E. coli y fungales no son nuevas y han sido demostradas como una función del pH más bajo óptimo de las fitasas de E. coli comparadas contra sus contraparte fitasas fungales (Wyss et al., 1999). Sin embargo, de mayor relevancia para los nutricionistas, son las grandes diferencias mostradas entre las fitasas comerciales en cuanto a su habilidad de degradar complejos fitato-proteína, siendo no sólo significativamente diferentes entre fitasas de E. coli y fungales, sino también entre las diferentes fuentes de fitasas de E. coli. Debido a que el mayor efecto anti-nutricional del fitato es causado por la formación de complejos insolubles de fitato-proteína en el estómago ácido, esta información provee la primera fuerte evidencia de que el beneficio nutricional de las enzimas fitasas ya no sólo puede ser visto como una constante entre las clases de fitasas como E. coli. Consecuentemente, en la práctica, diferentes  matrices de valores deben ser aplicadas en la formulación de alimentos para ser consideradas para estas diferencias.

Para poder comprender completamente los resultados de esta investigación mostrados en la Tabla 1, es importante saber que mientras el fitato de sodio se usa como sustrato para determinar la actividad de la fitasa in-vitro, en la naturaleza y también en la parte ácida del tracto digestivo de las aves (proventrículo y molleja) y de los cerdos (estómago), el ácido fítico no se encuentra en su forma de ácido libre o como sal sódica, pero sí en asociación con proteínas. La razón para la asociación de fitato con proteína en el tracto digestivo es que la mayoría de las proteínas de origen vegetal, tales como las harinas derivadas del maíz, soya, girasol y canola, tienen su punto iso-eléctrico (valores pl) en el rango ácido (pH 4.5); por lo tanto, cuando el pH en el tracto digestivo cae por debajo del punto iso-eléctrico de la proteína, ésta se carga positivamente, lo que permite que la molécula del ácido fítico cargada negativamente se una a ella, alterando el punto iso-eléctrico de las proteínas y volviéndolas insolubles (Reddy et al., 1989; Konietzny y Greiner, 2003). Esta información sobre los complejos insolubles de fitato-proteína en la parte ácida del tracto digestivo puede tener consecuencias nutricionales  importantes  debido a la reducida accesibilidad a las proteasas pepsina que resultan  en  una secreción mayor de pepsina, mayores pérdidas endógenas y una deficiente digestión de proteína, según lo indicado por una reducida digestibilidad ileal de aminoácidos a partir de fitato. (Vaintraub y  Bulmaga, 1991, Konietzny  y Greiner, 2003, Kies et al., 2006, Cowieson et al., 2008)

De mayor importancia son los datos que han mostrado que  la formación de complejos insolubles de fito-proteína son proporcionales a la cantidad de fitato presente.  Esto se muestra en la Figura 1 donde la presencia de complejos insolubles de fitato-proteína ya sea de proteína de soya o de caseína, medida por la absorbencia a 600nm, incrementó casi linealmente conforme fue incrementando la concentración de fitato. Dicho de otra forma, el efecto anti-nutricional del fitato en el estómago ácido del animal será proporcional a la concentración de fitato sin digerir (IP6) presente en el estómago ácido, esto está soportado por trabajos previos de Cowieson et al. (2009), quien demostró un incremento escalonado de pérdidas de aminoácidos endógenos en el íleon terminal al incrementarse los niveles dietarios de fitato. Contrario a los efectos negativos de fitato sobre la energía y la digestibilidad de aminoácidos, las ventajas nutricionales de las enzimas fitasa dependerán principalmente de la habilidad de la fuente de fitasa para rápidamente hidrolizar los complejos fitato-proteína en un pH bajo (molleja y proventrículo), reduciendo de este modo sus efectos anti-nutricionales y resultando en mejoras netas en la utilización de energía y proteína.

En conclusión, la pasada década de investigación ha demostrado los efectos anti-nutricionales del fitato que se extienden más allá de una simple reducción de la disposición de fosfato y calcio, incluyendo efectos negativos del fitato sobre la unión de proteínas, pérdidas endógenas de nutrientes  y la utilización de energía y aminoácidos. La comprensión de los nutricionistas de que la formación de complejos insolubles de fitato-proteína en el ácido del estómago es un modo primario de acción en la que el fitato ejerce su efecto anti-nutricional y por el contrario, en el que las enzimas fitasa contribuyen a mejorar la energía y utilización de aminoácidos, es esencial con el fin de tomar decisiones informadas sobre la selección apropiada de fuentes de fitasas para su aplicación en  los alimentos.

La clara diferencia entre las fuentes de fitasas evaluadas en este estudio por Tran y colaboradores, sugiere que el beneficio nutricional de las diferentes fitasas no puede ser el mismo, lo que hace imperativo una crítica revalorización de la matriz de valores asociada que entrega el proveedor de la fitasa. Además, debido a que los efectos del fitato, en cuanto a la unión a proteína en el medio ácido, también son proporcionales a la concentración de fitato y la dosis de fitasa en el alimento, la matriz de valores aplicada a las fitasas en la formulación del alimento puede ser resumida como una función de los siguientes tres factores y debería ser ajustada de acuerdo a:

1. La fuente de enzima fitasa y su habilidad para hidrolizar complejos fitato-proteína en pH bajo.

2. El nivel de fitato en la dieta, con reducidos beneficios de energía y utilización de aminoácidos que se deriva de fitasas  utilizadas a niveles más bajos del fitato de la dieta.

 3. Dosis más altas de fitasas proveen una mayor proporción de enzima-sustrato en la digestión, permitiendo una degradación más rápida del complejo fitato-proteína, además de reducir sus efectos anti-nutricionales y mejorar la energía neta de la dieta así como la utilización de aminoácidos.

 ¹Actividades de las fitasas (cantidad de fosfato liberado) sobre otros sustratos han sido reportados en relación con la actividad de fitasa de E. coli  variante 1 sobre fitato de sodio (IP6-Na).

*La fitasa de E. coli 1 fue de Schizosaccharomyces pombe  y la fitasa de E. coli 2 de Pichia pastoris.

T.T.Tran, R. Hatti-Kaul, S. Dalsgaard, S. Yu. 2011. Un simple y rápido ensayo cinético para fitasas utilizando complejos ácido fítico-proteína como sustrato.  Analytical Biochemestry. 410: 177-184.

S. Yu, A. Cowieson, P. Plumstead, . Gilbert, y S. Dalsgaard. Interacciones del fitato y fosfato mio-inositol ester (IP1-5) incluyendo isómeros IP5 con proteínas y hierro en la dieta y la inhibición de pepsina. Presentado para publicación.