Lipidi in Biochimica

I lipidi

I lipidi presentano scarsa solubilità in acqua, ad eccezione degli acidi grassi che mostrano una parte idrofila e una idrofobica. I grassi e gli oli derivano dagli acidi grassi, i quali, a loro volta, si originano dagli idrocarburi.

Acidi grassi

Gli acidi grassi sono acidi carbossilici caratterizzati da una catena idrocarburica contenente da 4 a 36 atomi di carbonio. Alcuni di essi presentano una catena completamente satura, senza doppi legami e priva di ramificazioni, mentre altri possono contenere uno o più doppi legami. Inoltre, solo alcuni acidi grassi possiedono anelli formati da tre atomi di carbonio, gruppi ossidrilici o gruppi metilici.

Funzione

• Funzione energetica: Forniscono il doppio dell'energia rispetto all'ossidazione dei carboidrati.
• Riserva energetica: Eccessi di lipidi, carboidrati e proteine vengono convertiti in grasso e depositati nel tessuto adiposo.
• Protezione termica: Il tessuto adiposo sottocutaneo agisce come isolante per il mantenimento della temperatura corporea.
• Funzione bioregolatoria: Svolta da messaggeri secondari di natura lipidica, come il diacilglicerolo.
• Protezione meccanica.
• Funzione strutturale: Glicerofosfolipidi e sfingolipidi costituiscono le membrane cellulari e di molti organuli.

Il potere calorico dei lipidi è circa il doppio di quello dei glucidi e delle proteine (9 kcal per peso equivalente). Sono precursori di ormoni e vitamine. Nell'organismo umano, i lipidi rappresentano circa il 13-17% del peso corporeo. La loro caratteristica distintiva è l'insolubilità in acqua.

Classificazione dei lipidi

• Lipidi semplici: Acidi grassi, steroidi, eicosanoidi, vitamine liposolubili (A, D, E, K).
• Lipidi complessi: Lipidi di riserva, lipidi strutturali.

Acidi grassi

Gli acidi grassi sono:

• Costituenti fondamentali dei lipidi.
• Acidi carbossilici con una catena alifatica più o meno lunga che conferisce loro insolubilità in acqua.
• Possono essere saturi, monoinsaturi o polinsaturi a seconda della presenza di doppi legami nella catena laterale.
• Il grado di insaturazione determina il punto di fusione.

Sono acidi carbossilici con una catena alifatica, prevalentemente con un numero pari di atomi di carbonio (più comuni sono C16 - C20). Sono saturi se la catena idrocarburica non contiene doppi legami. Sono molecole anfipatiche con una parte polare, il gruppo carbossilico, ionizzata a pH fisiologico (pK di 4-5 come COO-) e una porzione apolare costituita dalla catena alifatica con ibridazione sp³. Maggiore è la lunghezza della catena, maggiore è l’idrofobicità.

Insaturi: Contengono uno o più doppi legami. Se polinsaturi, hanno più di un doppio legame. I doppi legami sono spesso in configurazione cis. Nella maggior parte degli acidi grassi monoinsaturi, il doppio legame si trova tra C-9 e C-10 (Δ9); negli acidi grassi polinsaturi, i doppi legami sono nelle posizioni Δ12 e Δ15 (eccezione per l’acido arachidonico). Questi doppi legami sono separati da un gruppo metilenico.

Le proprietà fisiche degli acidi grassi sono influenzate dalla lunghezza della catena idrocarburica e dal numero di doppi legami. La loro insolubilità in acqua è dovuta alle catene idrocarburiche non polari. I punti di fusione sono influenzati dalla lunghezza e dall'insaturazione della catena. Gli acidi grassi saturi da C12:0 a C24:0 sono solidi a temperatura ambiente, mentre quelli insaturi con la stessa lunghezza sono liquidi oleosi. Gli acidi grassi sono presenti nel plasma sotto forma di derivati carbossilici, come esteri e amidi, rendendoli meno solubili in acqua rispetto agli acidi grassi liberi.

Configurazione cis: La catena è più piegata rispetto alla configurazione trans. L'ultimo C è numerato come n e indicato con la lettera ω. Il numero dell'insaturazione è indicato come 1.

Nomenclatura degli acidi grassi

• Numero degli atomi di carbonio.
• Numero di doppi legami.
• Posizione del doppio legame.

Acido palmitico 16:0
16 = numero atomi di C
0 = numero dei doppi legami

Acido oleico 18:1 Δ9
Δ = posizione dei doppi legami

Acido linoleico 18:2 Δ9,12

Acidi grassi essenziali

Vengono classificati come essenziali poiché il nostro organismo non li produce autonomamente, ma li incorpora attraverso la dieta. Da questi, l'organismo sintetizza tutti gli altri acidi grassi polinsaturi, sfruttando enzimi come l'elongasi e la desaturasi che consentono l'estensione della catena carboniosa (con la formazione di insaturazioni) e la loro deidrogenazione.

L'acido arachidonico, classificato come semi-essenziale, è diffuso in natura e può essere ottenuto tramite l'alimentazione o sintetizzato dall'organismo a partire dall'acido linoleico. Sebbene la sintesi endogena sia limitata, l'apporto attraverso l'alimentazione è significativo. Per queste ragioni, l'acido arachidonico è considerato un grasso semi-essenziale, essenziale quando l'assunzione di acido linoleico non è sufficiente.

Le sostanze lipidiche ricche di acidi grassi saturi sono solide a temperatura ambiente e sono comunemente note come "grassi". D'altra parte, le sostanze lipidiche contenenti acidi grassi insaturi o polinsaturi sono liquide a temperatura ambiente e sono comunemente chiamate "oli".

La fluidità delle catene degli acidi grassi e dei lipidi che li incorporano è inversamente correlata alla loro lunghezza e direttamente proporzionale al numero di doppi legami cis. I lipidi strutturali e i triacilgliceroli sono prevalentemente costituiti da acidi grassi con catene lunghe di almeno sedici atomi di carbonio. Nel corpo umano, la sintesi degli acidi grassi è prevalentemente condotta nel fegato e nelle ghiandole mammarie durante la fase di allattamento, con una minore contribuzione dal tessuto adiposo.

Idrogenazione

Idrogenazione dei doppi legami negli acidi grassi insaturi, creando gli acidi grassi saturi corrispondenti, noti come "grassi idrogenati", è un processo industriale. Gli acidi grassi con configurazione TRANS sono associati a rischi di malattie cardiovascolari. L'idrogenazione, sebbene converta i doppi legami CIS in doppi legami TRANS, può portare alla formazione di saturazione nella catena alifatica. Questo processo industriale genera acidi grassi TRANS come sottoprodotto.

Quando i cibi ricchi di grassi rimangono esposti all'ossigeno per un periodo prolungato, si deteriorano e diventano rancidi. L'odore e il sapore sgradevoli derivano dalla rottura ossidativa dei doppi legami negli acidi grassi insaturi, producendo aldeidi e acidi carbossilici a catena corta, che sono volatili.

L'idrogenazione parziale può trasformare i doppi legami cis in doppi legami trans. Studi dimostrano che l'assunzione di acidi grassi trans attraverso la dieta aumenta l'incidenza di malattie coronariche. Gli acidi grassi trans elevano i livelli plasmatici di trigliceridi e del colesterolo LDL (lipoproteine a bassa densità o "cattivo"), mentre riducono i livelli di colesterolo HDL (lipoproteine ad alta densità o "buono"). Inoltre, i acidi grassi trans possono avere effetti dannosi, aumentando la risposta infiammatoria, un ulteriore fattore di rischio per le malattie cardiache.

La formazione di acidi grassi trans è quindi considerata dannosa per la salute, poiché può contribuire a:

• Ridurre il colesterolo HDL e aumentare quello LDL.
• Aumentare il rischio cardiovascolare.
• Alterare la permeabilità e la fluidità delle membrane cellulari.
• Incrementare la produzione di radicali liberi.

Classificazione dei lipidi

• Lipidi di riserva: trigliceridi
• Lipidi di membrana: glicerofosfolipidi, sfingolipidi
• Lipidi con altre funzioni: steroidi e lipoproteine (lipoconiugati)

Lipidi di riserva

• Acil-gliceroli o grassi neutri
• Esteri degli acidi grassi con il glicerolo
• Il glicerolo può essere esterificato da una, due o tre acidi grassi a formare mono-di e triacilgliceroli

Triacilglicerolo o trigliceride

I triacilgliceroli sono i lipidi più semplici, costituiti da una molecola di glicerolo e tre molecole di acidi grassi. Questi lipidi sono completamente idrofobici. Il glicerolo è un 1,2,3-propantiolo, con tre gruppi ossidrilici (OH) legati a tre atomi di carbonio, i quali sono esterificati con i gruppi carbossilici polari degli acidi grassi. Questa esterificazione lega il glicerolo ai gruppi carbossilici degli acidi grassi, rendendo i triacilgliceroli molecole non polari, idrofobiche e insolubili in acqua.

La combinazione dei gruppi ossidrilici polari del glicerolo e dei gruppi carbossilici degli acidi grassi in un legame estere conferisce alle molecole di triacilglicerolo la loro natura non polare. A causa di questa idrofobicità, i lipidi hanno una densità inferiore rispetto a quella dell'acqua. Ciò spiega la formazione di due fasi nelle miscele di acqua e olio, con l'olio che galleggia sulla fase acquosa.

Ciascuna funzione ossidrilica del glicerolo reagisce con una funzione carbossilica degli acidi grassi attraverso un legame estere (reazione di condensazione) con l’eliminazione di acqua. Alla fine della reazione di esterificazione abbiamo una struttura apolare.

In natura l’acido grasso in posizione 2 è quasi sempre insaturo, tranne che nello strutto e nel latte materno.

• Sono molecole non polari, idrofobiche e insolubili in acqua.
• Gli atomi di C sono ad uno stato più ridotto rispetto a quello dei C degli zuccheri.
• In genere i tre acidi grassi sono diversi con acido insaturo in posizione 2.
• Sono immagazzinati in forma anidra nelle cellule adipose dal nostro organismo sotto forma di vacuoli limitati da membrane, da cui sono mobilizzati per produrre energia in condizioni di digiuno.

L’idrolisi (l’ossidazione) dei trigliceridi avviene grazie all’azione di enzimi specifici chiamati Lipasi. Questo accade quando il nostro organismo necessita di energia. L’energia che si ricava è maggiore rispetto a quella che si ricava dal glicogeno e amido, perché i C si trovano in uno stato più ridotto rispetto agli zuccheri perché quello zucchero lega l’-OH quindi è in uno step di ossidazione in più; mentre gli altri legano l’idrogeno.

Le lipasi scindono i triacilgliceroli in glicerolo e acidi grassi. I C sono in uno stato più ridotto e quindi quando si va ad ossidare l’acido grasso si otterrà più energia.

Idrossiacido: presenta funzione carbossilica nella catena carboniosa, sono presenti in piccole quantità nelle membrane cellulari, soprattutto nel tessuto adiposo.

Lipidi strutturali

• Sono denominati lipidi anfipatici in quanto presentano una parte apolare chiamata "coda" e una parte polare chiamata "testa". Questi lipidi si organizzano formando il doppio strato lipidico delle membrane.
• Costituiscono uno degli elementi principali delle membrane cellulari.