Esplorazione dettagliata dei lipidi: struttura, funzioni e metabolismo

1) I lipidi. I lipidi sono molecole organiche apolari e non polimeriche, accomunate dalla insolubilità in acqua e dalla solubilità nei solventi organici. svolgono in genere la funzione di riserva di energia, di componenti strutturali o di messaggi chimici. la classe comprende i trigliceridi, i fosfolipidi, le cere e gli steroidi. I grassi sono macromolecole fondamentali per gli organismi viventi, sia perché rappresentano un enorme riserva energetica, sia perché sono alla base della struttura della membrana cellulare e di molti processi metabolici ormonali. Rispetto ai glucidi, i lipidi liberano energia in quantità maggiore, ma con tempi molto più lunghi. I lipidi possono essere divisi in due grandi gruppi in base al loro grado di complessità: lipidi semplici (nei quali la porzione idrocarburica ha la forma di catena o ciclo) e complessi (che contengono parti di molecole di diversa natura, come gruppi fosforici, glucidi e proteine).

A) I trigliceridi.

Cosa sono i trigliceridi e perché sono considerati una riserva energetica?

I lipidi più diffusi in natura sono i trigliceridi, ben rappresentati sia nel mondo animale che in quello vegetale. I trigliceridi (suddivisi in grassi e oli, rispettivamente solidi e liquidi a temperatura ambiente) svolgono un'importante funzione di riserva energetica e rappresentano una forma molto concentrata di energia. Sono formati da un alcol a tre atomi di carbonio, il glicerolo legato a tre molecole di acidi grassi. Gli acidi grassi che contengono solo legami semplici carbonio-carbonio sono detti saturi, mentre quelli che contengono anche legami doppi sono detti insaturi. Gli oli, come l'olio d'oliva, rientrano nella categoria dei grassi, i quali sono costituiti da una voluminosa molecola lipidica, ottenuto dall'unione del glicerolo con molecole di acidi grassi, che sono costituite da un gruppo carbossilico e da uno scheletro carbonioso. L'organismo è in grado di sintetizzare quasi tutti i lipidi di cui necessita, tranne alcuni denominati “acidi grassi essenziali”. Oltre a fornire una grande quantità di energia, questi rappresentano una riserva di energia utilizzata nel digiuno, formano uno strato isolante utile al mantenimento della temperatura corporea e sono precursori di alcuni ormoni coinvolti nei processi infiammatori.

B) I fosfolipidi e gli steroidi.

Fosfolipidi e steroidi

I fosfolipidi contengono acidi grassi insaturi e hanno un importante ruolo strutturale: sono i principali costituenti delle membrane biologiche; sono formati da glicerolo legato a due molecole di acidi grassi e a un gruppo fosfato, a sua volta legato di solito a un'ulteriore gruppo chimico polare (R). La parte della molecola che contiene il gruppo fosfato e il gruppo R è solubile in acqua, mentre quella contenente gli acidi grassi è insolubile in acqua. Le cellule non potrebbero vivere senza i fosfolipidi, i principali componenti della membrana cellulare, la struttura che le separa dall'ambiente circostante. I fosfolipidi sono strutturalmente simile ai trigliceridi, ma hanno solo due acidi grassi uniti al glicerolo; al posto del terzo acido è presente un gruppo fosfato. Gli steroidi sono inclusi i lipidi per la loro in solubilità in acqua e hanno tutti una struttura base comune costituita da quattro anelli condensati. Appartiene a questo gruppo il colesterolo, un’importante componente delle membrane cellulari ed è anche il precursore di diversi ormoni, tra i quali quelli sessuali. Le cere sono lipidi con funzione strutturale che contribuiscono a formare rivestimenti protettivi e impermeabili nelle piante e negli animali.

2) Il metabolismo dei lipidi.

Metabolismo dei lipidi

I trigliceridi introdotti con la dieta vengono scissi in acidi grassi e glicerolo per poter essere assorbiti a livello intestinale. A questo scopo, nel fegato vengono sintetizzati i sali binari, conservati nella cistifellea sotto forma di bile. I lipidi contengono molecole anfipatiche la cui azione è simile a quella dei saponi: emulsionano le molecole lipidiche, in modo che queste possano essere sottoposte all'azione degli enzimi digestivi. Le lipoproteine (sostanze formate da proteine e lipidi) trasportano meno lipidi man mano che aumenta la percentuale di proteine in esse contenute. I chilomicroni sono le lipoproteine che presentano densità minore e trasportano una ricca miscela di diversi lipidi. Questi sono sintetizzati dalle cellule intestinali, compaiono in gran parte nel sangue dopo un pasto ricco di grassi e sono diretti al fegato e al tessuto adiposo. Le lipoproteine a bassa e bassissima densità solo piccole gocce di trigliceridi e colesterolo ricoperte di fosfolipidi e altri peptidi. Quando le prime, cariche di colesterolo, sono presenti in concentrazioni eccessive, il loro accumulo causa l'arteriosclerosi nelle pareti arteriose. Vi sono anche lipoproteine ad alta densità, che contengono proteine per circa la meta del loro peso, oltre che a un’abbondanza di fosfolipidi. Il principale sito di accumulo dei trigliceridi non trasformati dal metabolismo dei tessuti è il citoplasma degli adipociti, cellule specializzate nella sintesi e accumulo delle riserve lipidiche sparse nel tessuto connettivo. Il catabolismo dei lipidi si realizza a diversi livelli, dei quali i più significativi sono: la lipolisi, l’ossidazione degli acidi grassi, la degradazione del colesterolo e la lipogenesi.

A) La lipolisi.

Lipolisi e ossidazione

Il catabolismo dei trigliceridi, sia che avvenga nel tubo digerente, sia che si verifichi sui lipidi di riserva, prende il nome di lipolisi, che consiste nella scissione dei trigliceridi in acidi grassi e glicerolo. Gli enzimi catalizzatori dell’idrolisi sono le lipasi, che derivano principalmente dal pancreas e dall’intestino. È un processo che permette ai lipidi di essere trasportati dal sangue e utilizzati dai tessuti come substrati per il loro fabbisogno energetico.

B) L’ossidazione degli acidi grassi. L’ossidazione degli acidi grassi consente la rottura attraverso l'ossigeno delle lunghe catene carboniose in molecole formate da due atomi di carbonio. Tale reazione avviene nei mitocondri delle cellule del fegato ed è regolata da enzimi deidrogenasi, che producono gruppi acetile, formando acetil-CoA, responsabile dell’attivazione del ciclo di Krebs. Nella cellula, la quantità di coenzima A disponibile non è elevata e di conseguenza deve essere metabolizzato rapidamente. Quando il metabolismo è basato sul ossidazione degli acidi grassi, il CoA disponibile non è sufficiente a smaltire i numerosi gruppi acetile; è così che parte del gruppo acetile si trasformano in derivati idrosolubili: i corpi chetonici, che rappresentano un’importante fonte energetica per molti i tessuti.

C) La degradazione del colesterolo e la lipogenesi.

Degradazione del colesterolo

La maggior parte del colesterolo è sintetizzato a partire dalla condensazione dell’acetil-CoA, è solo in minima parte è recuperato dalla dieta. La degradazione del colesterolo è controllato dal fegato e porta alla formazione di acidi biliari e sali biliari. La lipogenesi consiste nella produzione di acidi grassi e prende origine nel fegato, nella ghiandola mammaria, nel cervello e nelle cellule del grasso attraverso l’acetil-CoA. Tale reazione non è l'inverso della lipolisi, in quanto gli enzimi coinvolti sono differenti. Nella cellula, la disponibilità di lipidi recuperati da molecole più complesse viene controllata dall’amp ciclico, una molecola che funge da messaggero di segnali chimici, che a sua volta dipende da alcune ormoni come l'adrenalina.