Biochimica II - Appunti

Lipidi

I lipidi si differenziano in diversi gruppi che hanno però in comune la caratteristica di essere insolubili in acqua. I lipidi possono svolgere funzioni biologiche di: riserva, strutturale (proteggono importanti organi da traumi e svolgono funzione connettivale), termoregolazione, cofattori enzimatici, trasportatori di elettroni, pigmenti (in grado di assorbire la luce), ormoni (steroidei → derivano colesterolo), messaggeri intracellulari, ecc.

Tipi di lipidi

I lipidi possono essere suddivisi in:

• Lipidi semplici → lipidi formati da C, O e H
• Lipidi complessi → lipidi formati oltre che da C, O e H anche da acidi grassi

Lipidi con funzione di riserva

I grassi e gli oli usati quasi universalmente come fonte di riserva energetica, sono composti derivati dagli acidi grassi. A loro volta gli acidi grassi derivano dagli idrocarburi ed hanno lo stesso basso stato di ossidazione (sono quasi completamente ridotti). L'ossidazione completa degli acidi grassi a CO2 e H2O comporta una grande produzione di energia (processo altamente esoergonico). L'energia in eccesso derivante dai nutrienti della dieta viene immagazzinata sotto forma di triacilgliceroli nel tessuto adiposo.

Acidi grassi

Gli acidi grassi sono acidi carbossilici, cioè formati da una lunga catena idrocarburica (alifatica) responsabile della caratteristica di idrofobicità, cioè sono insolubili in acqua. Ad un'estremità è presente il gruppo carbossilico (OH-C=O), caratteristico degli acidi grassi in quanto è l'unico gruppo polare.

Acidi grassi secondo la loro lunghezza → La lunga catena può essere costituita da 4 a 36 atomi di C (quelli che hanno 14-20 C sono i più frequenti in natura) e in base alla loro lunghezza distinguiamo:

• Acidi grassi a catena corta: tutti quegli acidi grassi che presentano una catena inferiore a quella dell'acido palmitico (16C) ed hanno la caratteristica di avere maggiore libertà di movimento, proprio perché sono molecole più piccole. Hanno un livello di idrofobicità minore rispetto a acidi grassi a catena lunga, che gli consente di attraversare membrane senza l'intervento di un apposito trasportatore, circolare nel plasma sanguigno senza essere legati a specifiche proteine trasportatrici.
• Acidi grassi a catena lunga: tutti quegli acidi grassi che presentano una catena maggiore a quella dell'acido palmitico (16C). Sono più idrofobici rispetto a quelli a catena corta, determinando maggiori difficoltà nell'attraversamento delle membrane biologiche, difficoltà anche nel trasporto nel flusso sanguigno. Hanno quindi bisogno di strutture predisposte per il loro metabolismo (determinato trasportatore che interviene).

Acidi grassi saturi o insaturi

Gli acidi grassi, a secondo che presentino un doppio legame tra gli atomi di C, possono essere classificati in:

• Saturi: privi di doppi legami tra atomi di C e presentano una catena non ramificata. Gli acidi grassi che presentano una catena non ramificata sono i più presenti in natura con un numero di C da 12 a 24. La caratteristica sarà quella di avere una certa linearità e di conseguenza le catene di acidi grassi saranno disposte l'una affianco all'altra, stabilizzate dalla presenza di legami intermolecolari (forze di Van der Walls). Questo tipo di configurazione determina la proprietà degli acidi grassi saturi (grassi animali) di essere presenti a temperatura ambiente allo stato solido (vedi burro). Il nostro organismo ha la capacità di poterli sintetizzare autonomamente, vengono perciò definiti acidi grassi non essenziali.
• Insaturi: presenza di doppi legami tra atomi di C. Può essere presente un solo doppio legame: monoinsaturo. Se poi i doppi legami sono più di uno si definiscono polinsaturi ed alcuni sono molto importanti per il corretto funzionamento del metabolismo, ed è necessario introdurli attraverso l'alimentazione, per tale motivo vengono definiti acidi grassi essenziali (acido grasso linoleico, acido grasso linolenico, acido grasso arachidonico, omega-6 e omega-3 → non siamo in grado di sintetizzarli, cioè il nostro organismo non è in grado di produrre molecole con doppio legame in queste posizioni).

La posizione dei doppi legami mostra una certa regolarità → nella maggior parte degli acidi grassi monoinsaturi il doppio legame si trova tra gli atomi C9 – C10 (Δ⁹), mentre negli acidi grassi polinsaturi si trovano solitamente tra C12-C13 (Δ¹²) e C15-C16 (Δ¹⁵). In tutti i principali acidi grassi insaturi presenti negli esseri viventi il doppio legame si trova in posizione cis, con gli atomi di H legati al C disposti dalla stessa parte rispetto al doppio legame. La forma cis abbassa il punto di fusione dell'acido grasso e ne fa aumentare la fluidità, di conseguenza sarà necessaria un'energia termica inferiore per disorganizzare una struttura così poco organizzata degli acidi grassi insaturi. L'assimilazione attraverso la dieta di acidi grassi insaturi (fino al 40% delle Kcal tot!!), determina un minor rischio di andare incontro a malattie cardiovascolari.

L'assunzione con la dieta di acidi grassi trans, aumenta l'incidenza di malattie coronariche → la riduzione o la cessazione dell'assunzione di acidi grassi riduce il rischio di malattie cardiovascolari, aumentando il livello plasmatico dei trigliceridi e del colesterolo delle LDL, e abbassando il livello di colesterolo delle HDL.

Approfondimento: convenzione acidi grassi polinsaturi

Gli atomi di C vengono numerati in direzione opposta, assegnando il numero 1 al C terminale della catena (presente nell'altra estremità della catena). Importanza degli omega-6 e omega-3 → il C più lontano dal gruppo carbossile viene chiamato omega e gli si assegna il numero 1. I polinsaturi con doppio legame tra C3-C4 → acidi grassi omega-3. I polinsaturi con doppio legame tra C6-C7 → acidi grassi omega-6.

Esistono tre principali tipi di omega-3 utilizzati dal nostro corpo: acidi alfa-linolenici (ALA), acidi eicosapentainoici (EPA) e gli acidi docosaesaenoici (DHA). Il nostro organismo, non avendo la capacità di poterli sintetizzare, devono essere introdotti attraverso la dieta. Dopo aver introdotto gli acidi ALA, essi vengono convertiti in EPA e DHA dal nostro organismo.

Per un buon stato di salute, è fondamentale mantenere un appropriato bilancio di omega-3 e omega-6, in quanto queste due sostanze agiscono sinergicamente nel nostro corpo. Il rapporto ottimale tra omega-6 e omega-3 sarebbe di 1:1 o 4:1 (elevato e negativo rapporto nella dieta nordamericana 10:1 o 30:1).

Benefici e svantaggi

• Benefici → importanza per crescita e corretto sviluppo funzioni cognitive nel bambino; aiutano nella prevenzione di numerose malattie croniche come: ipercolesterolemia, ipertensione arteriosa, malattie cardiache, infarto, diabete, ictus, artrite, osteoporosi, obesità, anoressia e bulimia, schizofrenia, asma, dismenorrea, cancro al colon, all'utero, alla prostata e in numerose altre malattie infiammatorie.
• Svantaggi in seguito a sbilanciato rapporto → aumento rischio di malattie cardiache e infarto.

Malattie cardiovascolari (esempio infarto) → prima causa di morte nei paesi occidentali. Infarto → la parete intima subisce dei danni già a partire dalla tenera età come conseguenza di una cattiva alimentazione (merendine a scuola), dando il via ad un percorso verso la comparsa dell'infarto: attività aerobica + corretta alimentazione → minor rischio malattie cardiovascolari.

Trigliceridi

I trigliceridi sono i lipidi più semplici dei lipidi complessi, caratterizzati dalla presenza di una molecola di glicerolo, un polialcol con tre atomi di C, il quale va a formare un legame estere con gli acidi grassi, formando così triacilglicerolo (trigliceridi). Poiché i gruppi ossidrilici polari del glicerolo e i gruppi carbossilici polari degli acidi grassi sono uniti con legame estere, i trigliceridi sono: apolari, idrofobici e insolubili in acqua.

Trigliceridi semplici o misti

All'interno dei trigliceridi avviene una classificazione in:

• Trigliceridi semplici → lo stesso acido grasso è presente in tutte e 3 le posizioni.
• Trigliceridi misti → contengono 2 o più acidi grassi diversi.

Funzioni dei trigliceridi

Riserva energetica → Nei vertebrati sono presenti alcune cellule specializzate, chiamate adipociti (cellule grasse), nella conservazione di grandi quantità di trigliceridi sotto forma di gocce di grasso che riempiono quasi completamente la cellula. Tali depositi di trigliceridi assolvono una funzione energetica. Un soggetto moderatamente obeso può avere 15-20 kg di trigliceridi depositati negli adipociti, una quantità sufficiente a rifornire l'organismo di energia per diversi mesi (mentre la quantità di energia che l'uomo può conservare sotto forma di glicogeno è sufficiente per meno di un giorno).

Vantaggi nell'immagazzinare energia sotto forma di trigliceridi:

• Più ridotti → gli atomi di C che costituiscono la catena di acidi grassi sono più ridotti di quelli che costituiscono la catena gli zuccheri, di conseguenza l'ossidazione dei trigliceridi rende una quantità doppia rispetto a quella liberata da una pari quantità di carboidrati (1g di zuccheri produce 4Kcal mentre 1g di acido grasso ne produce 9,3Kcal). Il motivo per cui 1g di lipidi rende il doppio di 1g di carboidrati è dato anche dal fatto che nei carboidrati una percentuale del peso è occupata da acqua, mentre in 1g di lipidi non è presente acqua, in quanto anidri.
• Idrofobici → Avendo i trigliceridi la caratteristica di essere idrofobici e quindi non idratati (anidri), quando vengono immagazzinati non devono portare un peso extra di acqua (quella necessaria per l'idratazione), che invece è sempre associata ai polisaccaridi (2g H2O per ogni grammo di polisaccaride). Risultano così le molecole più efficienti per l'immagazzinamento di energia.

Svantaggi

• Circolazione → essendo molecole apolari, si muovono con difficoltà in un ambiente polare (flusso sanguigno, interno e esterno della cellula). La presenza di elevate concentrazioni di lipidi nel torrente circolatorio, promuove l'aggregazione dei lipidi tra loro, andando a costituire placche arterosclerotiche che occludono il vaso.

Dove è localizzato il tessuto grasso (composto in gran parte da adipociti) → è localizzato sotto la pelle (cavità addominale e ghiandole mammarie). Gli acidi grassi sono immagazzinati sotto forma anidra (senza acqua), di conseguenza 1KG acidi grassi equivale esattamente a 1KG.

Isolamento termico → in alcuni animali i trigliceridi assolvono funzione di isolante contro le basse temperature, oltre che come riserva energetica.

Considerazioni energetiche

Nella condizione di riposo, i lipidi soddisfano 80-90% del nostro fabbisogno energetico (1g = 9kcal). In una prima parte dell'esercizio, l'energia deriva dall'utilizzo prevalente di carboidrati e meno di lipidi. Perché → ciò è dovuto al fatto che i carboidrati rappresentano una fonte di energia di facile utilizzo, dalla quale ottenere subito energia e perciò tendono a esaurirsi precocemente. Per quanto riguarda i lipidi, l'energia andrà ad essere ricavata attraverso meccanismi energetici più complessi che richiedono un tempo di attivazione maggiore rispetto a quello dei carboidrati, impedendo di utilizzarli come substrato energetico nella prima parte dell'esercizio. Proseguendo con l'attività, tale condizione tende ad invertirsi in quanto i carboidrati immagazzinati tendono ad esaurirsi mentre i meccanismi di produzione di energia a partire dai lipidi, sono attivati.

Lipidi con funzione strutturale

I lipidi si trovano come costituenti delle membrane biologiche delle varie cellule, agendo come una barriera selettiva nei confronti di molecole polari e ioni. La caratteristica di questi lipidi di membrane è quella di essere anfipatici. Possiamo distinguere i lipidi di struttura in 2 classi:

• Fosfolipidi:
  • Glicerofosfolipide: sono caratterizzati dal fatto di essere costituiti da una molecola di glicerolo che si lega attraverso legame estere ha 2 catene di acidi grassi, costituendo la porzione idrofobica; mentre il terzo C è legato ad un gruppo fosfato che costituiscono la porzione idrofila. In ragione di tale struttura, i fosfolipidi vengono definiti come molecole anfipatiche.
  • Sfingolipidi: sempre strutture anfipatiche, ma in questo caso invece del glicerolo è presente la sfingosina, alla quale si lega 1 acido grasso e 1 gruppo fosfato + colina.
• Glicolipidi:
  • Sfingolipidi
  • Galattolipidi (solfolipidi)

Principalmente 5 tipi di lipidi sono presenti nella membrana biologica, ma all'interno di ogni categoria, alta è l'eterogeneità molecolare in quanto diverse possono essere le combinazioni possibili tra code degli acidi grassi e teste polari:

• Glicerofosfolipidi: le regioni idrofobiche sono costituite da 2 catene di acidi grassi legate al glicerolo (parte idrofila). A questa categoria appartengono ad esempio i fosfolipidi che presentano 2 catene di acidi grassi che si legano ai 2 C del glicerolo, mentre al terzo C è legato un gruppo fosfato
• Galattolipidi/solfo lipidi
• Lipidi presenti negli archea
• Sfingolipidi: caratterizzata dal fatto che ad una catena di acido grasso è legata la sfingosina. Appartengono a questa categoria i glicolipidi.
• Steroli (colesterolo)

Metabolismo lipidi

Possiamo distinguere un metabolismo esogeno, cioè l'insieme di tutti quei passaggi che servono ad assimilare i lipidi attraverso la dieta; e il metabolismo endogeno, che riguarda quei passaggi di mobilizzazione, sintesi e stoccaggio dei lipidi sintetizzati dall'organismo.

Metabolismo esogeno

Insieme di quelle reazione che caratterizzano i lipidi introdotti con la dieta:

Fattori che vanno ad influire sulla capacità di digestione dei lipidi introdotti con la dieta:

• Quantità di grassi introdotti con la dieta (se la quantità è elevata, il processo di assorbimento è meno efficiente)
• Età del soggetto
• Presenza di agenti emulsionanti
• Tipologia dell'acido grasso introdotto (quelli a catena lunga, hanno una minore digeribilità rispetto a quelli a catena corta)
• Tasso di saturazione dell'acido grasso (più l'acido grasso è saturo minore sarà la sua digeribilità)

Tipi di lipidi assunti con la dieta

• Trigliceridi
• Esteri del colesterolo: il colesterolo presenta una struttura idrofobica, abbastanza rigida e presenta un gruppo OH (porzione idrofila) ad una sola estremità. Grazie alla presenza del gruppo OH, il colesterolo può andare incontro ad esterificazione, reagendo e legandosi con un acido grasso, costituendo così il colesterolo esterificato, avente una struttura completamente apolare. La sintesi di esteri del colesterolo, avviene nel fegato. Una piccola parte di colesterolo viene conservata nelle membrane cellulari del fegato, mentre la restante parte viene utilizzata per costituire gli acidi biliari, presenti nella bile, o esteri del colesterolo i quali andranno ad essere esportati, insieme ad altri lipidi, sotto forma di lipoproteine per raggiungere tutti quei tessuti che necessitano di colesterolo. Il colesterolo è essenziale per l'uomo, ma non è richiesta la sua assunzione con la dieta, in quanto tutte le cellule possono sintetizzarlo a partire da precursori semplici. La maggior parte di colesterolo viene prodotta dal fegato, di questa quantità, una piccola parte viene incorporata nelle membrane degli epatociti, mentre la quota maggiore viene esportata sotto forma di: acidi e sali biliari, colesterolo biliare e esteri del colesterolo. Quest'ultimi sono conservati nel fegato o sono trasportati, insieme ad altri lipidi, secrete dal fegato, a quei tessuti che utilizzano colesterolo.
• Fosfolipidi

Digestione dei lipidi esogeni

I grassi ingeriti, prima di essere assorbiti dalla parete intestinale, dovranno essere convertiti da particelle di grasso macroscopiche insolubili a micelle microscopiche in maniera tale da poter attraversare la membrana delle cellule intestinali che costituiscono la parete intestinale.

La degradazione delle 3 tipologie di lipidi introdotti con la dieta, avviene in quanto essi sono sottoposti all'azione di diverse sostanze (saliva, succo gastrico, succo enterico, succo pancreatico, bile), prodotte dalle varie ghiandole annesse al tubo digerente. In particolar modo, all'interno di questi succhi è presente un enzima specifico in grado di scindere i lipidi, che prende il nome di lipasi.

Mentre carboidrati e proteine si sciolgono facilmente nei liquidi digestivi, i lipidi non solo risultano insolubili, ma tendono ad unirsi insieme formando grossi agglomerati. In questo modo viene fortemente limitata l'azione digestiva delle lipasi. Per poter essere digeriti ed assorbiti i grassi devono quindi essere trasformati in aggregati solubili in acqua. Ciò avviene ad opera dei sali biliari contenuti nella bile, prodotta dal fegato, i quali mettono in atto un processo di emulsionamento.

Gli agenti emulsionanti, sono composti anfipatici dotati quindi di una parte polare che andrà a legarsi con le molecole di acqua presenti nell'ambiente digestivo, e di una apolare che invece andrà a legarsi con i grassi solubilizzandoli, ottenendo così delle micelle miste.