COSA SONO GLI AMINOACIDI?

Gli aminoacidi sono le unità costitutive (monomeri) delle proteine definiti proteinogenici, macromolecole complesse che nelle piante compiono funzioni strutturali, enzimatiche ed ormonali. 

Gli amminoacidi sono uniti tra loro per formare una proteina, attraverso un legame chimico chiamato legame peptidico; a seconda del tipo, del numero e dell'ordine di sequenza con cui si legano i diversi aminoacidi, è possibile ottenere un enorme numero di proteine.

Infatti una proteina si chiama anche POLIPEPTIDE quando è formata da una lunga catena di amminoacidi legati con legame peptidico. 

Le semplici catene di polipeptidi costituiscono la struttura primaria delle proteine. 

Le proteine sono molecole complesse, cioè sono polimeri formati da molecole più semplici dette monomeri (AMINOACIDI) e gli elementi chimici che le formano sono: il Carbonio, l'Idrogeno, l'Azoto e l'Ossigeno. 

In natura esistono solamente venti tipi di amminoacidi, ma una grandissima varietà di proteine. Questo è possibile perché nella formazione di una proteina è fondamentale l'ordine con cui si legano gli amminoacidi tra loro: cioè primo, secondo, terzo amminoacido e così via.

L'ordine con cui gli amminoacidi si legano tra loro è la struttura primaria di una proteina e rende unica la proteina stessa.

Gli aminoacidi, e i processi biochimici che li riguardano, rappresentano quindi un insieme determinante come regolatori morfo-fisiologici e riproduttivi, in quanto si possono considerare i "mattoni" delle proteine, i più importanti componenti del mondo vivente. Sono proteine gli enzimi, i catalizzatori specifici di quasi tutte le reazioni essenziali al funzionamento della cellula, alcuni ormoni, i regolatori dei processi metabolici, gli anticorpi, alcune tossine batteriche, ecc.

Tutti gli esseri viventi hanno bisogno di aminoacidi come unità essenziali per la formazione di proteine, enzimi e materiali di partenza per la sintesi di altre sostanze. Gli aminoacidi costituiscono le basi fondamentali di ogni molecola biologica, "Amino" significa "che contiene Azoto”, infatti gli amminoacidi sono caratterizzati dalla presenza nella loro struttura di un gruppo -NH₂ (gruppo amminico) e da un gruppo -COOH (gruppo carbossilico).  Il legame tra i vari amminoacidi per formare una proteina, si stabilisce tra il gruppo -NH₂ di un amminoacido e il gruppo -COOH di un altro amminoacido. 

Nell’uomo e nella maggior parte degli organismi superiori le proteine vecchie o deteriorate, alla fine della loro vita vengono scomposte in ammoniaca che, attraverso l'urina, ritorna nel suolo. Da qui, mediante l'azione di batteri, i rifiuti si trasformano in nitrati che vengono assorbiti dalle radici delle piante. 

Le piante a loro volta creano altre proteine e il ciclo ricomincia.

Le piante, in quanto organismi autotrofi, sono in grado di produrre composti organici partendo da elementi inorganici: anidride carbonica, energia luminosa e acqua, tutti elementi che traggono dal proprio ambiente. La fotosintesi, che rende possibile questo processo, parte dalla fotolisi dell'acqua (reazione di Hill) e dall'assorbimento di anidride carbonica con la formazione del primo composto organico che è l'acido 3-fosfoglicerico (3-PGA) per le piante C-3, l'acido malico e l'acido aspartico per le piante C-4. Tra i composti organici attivi in questi processi, un'importanza rilevante assumono le catene di peptidi, indicate col termine di polipeptidi e possono contenere un numero molto elevato (centinaia o migliaia) di unità peptidiche; nel caso in cui il numero di unità sia limitato a meno di una decina si impiega il termine oligopeptidi. 

Quali sono i principali aminoacidi

Esistono centinaia di aminoacidi, ma i più importanti sono circa una ventina: quelli che formano le proteine, i componenti base delle cellule viventi.  Non tutti gli aminoacidi vegetali hanno la stessa importanza nei cicli biologici delle piante:

• Alanina: precursore dell’acido Piruvico nel ciclo di Krebs. 
  Stimola la respirazione; potenzia la sintesi della clorofilla; aumenta il potenziale del lavoro foto sintetico; incrementa la qualità e la quantità delle produzioni; aumenta la colorazione dei frutti.
  
  
• Arginina: contribuisce alla sintesi della clorofilla. È fonte di azoto; stimola la crescita delle radici; ha un’azione di ringiovanimento della pianta.
  
  
• Acido Aspartico: è fonte di azoto.
  Interviene in numerosi processi metabolici della pianta.
  
  

• Fenil Alanina: influisce sul ritmo di formazione dei composti umificati.
  
  
• Cisteina: interviene sui meccanismi di resistenza della pianta in condizioni di stress.
  
  
• Glicina: è il principale aminoacido ad azione chelante. È fondamentale nella formazione del tessuto vegetale ed è uno dei primi composti utilizzati nella sintesi della clorofilla, rappresentando anche un mezzo di prevenzione della clorosi. Influenza il ciclo energetico dello Zolfo.  La glicina può aumentare il contenuto di clorofilla delle piante per migliorare l'attività degli enzimi e promuovere la penetrazione del biossido di carbonio, rendendo la fotosintesi più vigorosa e svolgendo un ruolo importante nel migliorare la qualità delle colture e aumentare il contenuto di zucchero.
  
  
• Acido Glutammico: precursore di altri aminoacidi. Stimolante della crescita. Stimola la formazione di nuovi germogli. Favorisce l’assimilazione di azoto inorganico ed interviene sui meccanismi di resistenza della pianta in condizioni di stress.
  
  
• Idrossiprolina: interviene nella sintesi proteica.  Stimolante della crescita. Stimola la formazione di nuovi germogli.
  
  
• Istidina: interviene nella sintesi proteica. Stimolante della crescita. Stimola la formazione di nuovi germogli.

• Isoleucina e Leucina: intervengono nella sintesi proteica.
  Stimolanti della crescita. Stimolano la formazione di nuovi germogli.
  
  
• Lisina: potenzia la sintesi clorofilliana.
  Interviene sui meccanismi di resistenza della pianta in condizioni di stress.
  
  
• Metionina: precursore dell’etiline, una sostanza che stimola la maturazione dei frutti. Incrementa la qualità e la quantità delle produzioni. Somministrata nel terreno, aumenta lo sviluppo radicale.
  
  
• Prolina: Interviene sui meccanismi di resistenza della pianta in condizioni di stress. Ha un ruolo fondamentale nell’equilibrio idrico della pianta. Aumenta la percentuale di germinazione del polline. In condizioni libere è una fonte importante di Carbonio ed Azoto per la pianta.
  
  
• Serina: interviene sui meccanismi di resistenza della pianta in condizioni di stress.
  
  
• Tirosina: fondamentale nella produzione di lignina. Ruolo attivo quindi nella difesa passiva dagli attacchi parassitari. Importante per la produzione di tessuti vegetali di sostegno nelle piante.
  
  
• Treonina: influisce sul ritmo di umificazione.
  
  

• Triptofano: si origina dall’Acido Glutammico ed è precursore dell’Acido Indolacetico.
  Stimola la crescita di nuovi tessuti.
  
  
• Valina: interviene sui meccanismi di resistenza della pianta in condizioni di stress.
  Precursore dell’acido Piruvico nel ciclo di Krebs. Aumenta la colorazione dei frutti.

L’importanza degli amminoacidi per le piante

Fino a poco tempo fa l’unico modo per promuovere la formazione degli amminoacidi nelle piante era attraverso l’apparato radicale con l’aggiunta di fertilizzanti inorganici, dove l’Azoto assorbito dalle radici viene trasformato in amminoacidi. 

Questo processo richiede per la pianta un elevato consumo di energia, che può essere sfruttata in altri processi biologici (fioritura, allegagione, maturazione, ecc). Si è notato che è possibile somministrare direttamente gli aminoacidi alle piante perchè l'assorbimento da parte dei tessuti vegetali è ottimo, per cui si hanno, oltre al risparmio energetico, anche reazioni biologiche in tempi immediati.

Nei formulati che li contengono svolgono due funzioni principali e fondamentali:

1. Funzione di trasporto e chelazione di elementi nutritivi minerali.
2. Funzione specifica di influenza in particolari meccanismi della biochimica vegetale.
3. Funzione nutritiva, gli aminoacidi sono nutrienti essenziali per la crescita delle piante in quanto l'aminoacido stesso è un nutriente delle piante perchè contiene Azoto.
4. Funzioni di promozione della fotosintesi.
5. Funzione di regolatore per la crescita.

In commercio sono disponibili diverse tipologie di prodotti a base di aminoacidi, a seconda del substrato proteico e del processo di estrazione ne prendono il nome.

Genericamente si distinguono in:

• Aminoacidi di origine animale o vegetale (dal substrato).
• Aminoacidi da estrazione chimica (forma Destrogira) o enzimatica (forma Levogira).

Le tipologie di prodotti contenenti aminoacidi riconosciute dall’attuale normativa dei fertilizzanti e dei biostimolanti (anno 2018) sono le seguenti:

L’idrolisi enzimatica per la produzione di aminoacidi e peptidi

L'idrolisi delle proteine è possibile in condizioni acide con acido solforico a caldo o con acido cloridrico concentrato oppure in ambiente basico (idrato di sodio) col risultato, però, di decomporre I'arginina, la cistina, la cisteina, la serina e la treonina e di rendere tutti gli altri aminoacidi privi di attività ottica (racemizzazione). 

In anni più recenti si è pervenuti a quella che si chiama lisi enzimatica, impiegando enzimi proteolitici in grado di riprodurre quanto avviene negli organismi viventi.

Con l'idrolisi enzimatica, gli aminoacidi ottenuti rimangono nella forma isomeria levogira, (Laminoacidi), la forma, cioè, che può partecipare alla sintesi proteica in quanto l'unica riconosciuta dalle basi azotate.

Si tratta di un processo reversibile: da una parte si idrolizzano per via enzimatica le proteine per ottenere L-aminoacidi, successivamente, una volta entrati nelle piante, gli L-aminoacidi sono "riconosciuti" e vanno a legarsi ad altri aminoacidi per formare le proteine semplici, o a composti organici diversi per formare proteine coniugate.

Durante il processo di idrolisi enzimatica si formano frazioni proteiche di lunghezza variabile (polipeptidi, peptidi, amminoacidi): le dimensioni molecolari possono essere variabili, a seconda dell'intensità di idrolisi, e comprese tra alcune centinaia e diverse migliaia di dalton (Da).

Il contenuto di amminoacidi è quindi un importante parametro per la valutazione agronomica degli idrolizzati proteici, non basta però solo un'alta presenza di amminoacidi, ma essi devono essere il più possibile presenti nella forma levogira, cioè quella biologicamente attiva.

Gli amminoacidi levogiri (L-amminoacidi), al contrario dei destrogiri (D-amminoacidi), riescono ad influenzare le attività fisiologiche della pianta ed in particolare:

• la fotosintesi clorofilliana, essendo la glicina un costituente della clorofilla;
• la sintesi proteica, essendo l’acido glutammico, la glutammina, l’acido aspartico e l’asparagina gli amminoacidi di partenza della sintesi proteica;
• l’assorbimento dei microelementi, poichè l’acido aspartico, l’acido glutammico e la glicina sono in grado di formare dei chelati con elementi nutritivi e con molecole di diversa natura;
• la lignificazione, essendo la fenilalanina uno dei precursori per la biosintesi della lignina;
• la resistenza agli stress abiotici poichè la prolina (e l’idrossiplrolina) si accumula nel citoplasma a seguito di stress idrico ed osmotico; l’alanina (ed il y-amminobuttirato) nel caso di stress anaerobico; il glutatione (un composto derivato dall’amminoacido cisteina) nel caso di presenza di metalli pesanti e di stress ossidativo; poliammine derivate dall’arginina nel caso di deficienza di potassio e stress idrici od osmotici;
• l’attività ormone-simile poichè diversi amminoacidi sono dei precursori metabolici dei fitormoni (ad esempio il triptofano è un precursore dell’acido indolacetico; la metionina dell’etilene; l’arginina delle poliammine);

• i processi di maturazione dei frutti, essendo l’alanina, l’isoleucina, la leucina e la valina precursori degli aromi; la fenilalanina precursore del colore; l’alanina, l’arginina, la glicina e la prolina precursori del sapore.

Gli aminoacidi levogiri mantengono la loro attività biologica poiché l’utilizzo di enzimi specifici e di temperature basse durante il processo di idrolisi enzimatica permettono di diminuire i fenomeni di racemizzazione degli amminoacidi liberi, tipici invece delle idrolisi chimiche o a temperature spinte. La racemizzazione è un fenomeno naturale che porta alla formazione di amminoacidi destrogiri (nella forma D) e levogiri (nella forma L) partendo da una miscela che contiene solo amminoacidi levogiri.

Grazie alla loro capacità di penetrare attraverso le membrane cellulari e di incorporarsi velocemente nei processi metabolici, in poche ore sono in grado essere rapidamente assorbiti ed incorporati nella linfa e di svolgere la loro importante funzione nella pianta.

Ciò è fondamentale quando la pianta si trova in condizioni di stress e quindi in difficoltà nella sintesi aminoacidica: l'applicazione di aminoacidi permette un considerevole risparmio di energia, permettendo così il recupero di condizioni ottimali di sviluppo. 

Come utilizzare gli aminoacidi

La più frequente via metabolica degli aminoacidi è l'ossidazione parziale o totale. Nel primo caso, gli aminoacidi ossidati partecipano alla formazione di altri composti organici. Nel secondo caso, per effetto della rottura di tutti i legami chimici, si ha sviluppo di energia sotto forma di ATP. 

In sintesi, la somministrazione di aminoacidi alle piante, può avere diversi effetti: 

1. apporto di aminoacidi primordiali per la sintesi delle proteine;
2. arricchimento del contenuto di aminoacidi nelle cellule per ottenere risposte attese (potenziamento dell'attività ormonale, resistenza allo stress, ecc.)
3. aumento dell'energia disponibile ottenuta per ossidazione totale degli aminoacidi.

Attualmente si è dimostrato che l’applicazione di aminoacidi e peptidi per via fogliare o via suolo ha un effetto favorevole sulla nutrizione delle colture in quanto fornisce i collegamenti chiave per la formazione di molecole biologiche, senza passi intermedi per la sintesi. 

Gli aminoacidi sono ricchi di azoto organico di cui sono costituiti peptoni, peptidi e aminoacidi semplici che compongono la così detta base aminoacidica del complesso, e rappresentano un fattore di permeabilità della membrana cellulare, che favorisce il passaggio del microelemento all'interno della cellula.

È molto interessante l’applicazione fogliare di amminoacidi e peptidi per la rapidità di azione anche in presenza di situazioni di stress che generalmente potrebbero ridurre la normale attività delle piante poiché:

• Sono facilmente assorbiti dalla superficie fogliare e traslocati per via floematica
• Sono in grado di rilasciare rapidamente l'elemento inorganico in essi incorporato.

In fertirrigazione, combattono la stanchezza del terreno, rivitalizzando e rigenerando velocemente la microflora, aumentando la mineralizzazione della sostanza organica e riducendo la lisciviazione dei nutrienti.  A parte la funzione generale degli aminoacidi nella nutrizione, va sottolineata la qualità di alcuni quali Prolina, Acido glutammico, arginina, glicina, oltre a idrossiprolina, nell'azione antistress. Oltre a quelli coinvolti nella biosintesi delle proteine, vi sono amminoacidi che svolgono altre importanti funzioni biologiche, tra questi:  la glicina, l'acido γ-amminobutirrico (GABA, un γ amminoacido) e l'acido glutammico.