I lipidi sostanze grasse di varia natura

I lipidi sono sostanze organiche ternarie costituiti da carbonio, ossigeno e idrogeno e, in taluni casi, da fosforo e azoto. I lipidi sono insolubili in acqua e solubili in solventi organici.

Classificazione dei lipidi

Essi sono classificati in modi diversi: la classificazione che appare più soddisfacente si basa sulla distinzione tra lipidi saponificabili ovvero sostanze che si scindono per idrolisi alcalina formando saponi a causa della presenza nella molecola di un acido grasso idrolizzabile. Al contrario, i lipidi insaponificabili, non subiscono l’idrolisi alcalina.

Sulla base della struttura del loro scheletro possono inoltre distinguersi in lipidi semplici e lipidi complessi. Questi ultimi, che contengono acidi grassi si differenziano tra loro in relazione alla struttura della molecola a cui gli acidi grassi sono legati. La loro distinzione può essere evinta dalla tabella:

Funzioni

Alla varietà di strutture corrisponde una molteplicità di funzioni svolte da questi composti nelle cellule e più in generale dall’organismo; a seconda dei casi essi:

• Fungono da riserve concentrate di energia poiché, a parità di massa, sviluppano molta più energia dei glucidi e delle proteine
• Costituiscono un componente fondamentale delle membrane biologiche;
• Formano lo strato esterno delle foglie
• Rappresentano un’efficace protezione contro gli urti e assicurano isolamento termico nei climi freddi
• Svolgono il ruolo di regolatori di importanti funzioni vitali come, ad esempio nei processi immunitari sono precursori di sostanze regolatrici dell’apparato circolatorio, della coagulazione del sangue e della funzione renale
• I lipidi alimentari, oltre a fornire energia, fungono da trasportatori per le vitamine liposolubili e provvedono al fabbisogno di acidi grassi essenziali (EFA = Essential Fatty Acid)

Consideriamo la struttura e le proprietà degli acidi grassi, caratteristici componenti della gran parte dei lipidi. Gli acidi grassi sono molecole anfipatiche, cioè sono costituite da una parte polare e da una parte apolare. Se si trovano in un liquido avente natura polare o apolare le molecole anfipatiche formano strutture quali il doppio strato piano (tipico delle membrane cellulari), le micelle o i liposomi.

Nei solventi polari la parte apolare si orienta all’interno di una sfera, mentre quella polare si orienta all’esterno. In solventi apolari, invece, l’orientamento è inverso e si parla di micella inversa.

Acidi grassi

Gli acidi grassi sono acidi monocarbossilici alifatici che possono essere classificati sulla base della lunghezza della catena carboniosa e sul numero e le posizioni di eventuali legami insaturi. Essi infatti possono non avere doppi legami come l’acido palmitico  e, in tal caso vengono detti saturi, oppure possono contenere un solo doppio legame come l’acido oleico e, in tal caso vengono detti monoinsaturi (monoenoici) o più doppi legami (polienoici) come l’acido linoleico e pertanto vengono detti polinsaturi. Gli acidi grassi sono classificati in base alla lunghezza della catena carboniosa; secondo la loro lunghezza essi prendono una via di distribuzione ematica diversa. Sono definiti acidi grassi a catena:

•  corta con un numero di atomi di carbonio da 1 a 4.
• media con un numero di atomi di carbonio da 8 a 14
• lunga con un numero di atomi di carbonio da 16 fino a 36.

Gli acidi grassi più abbondanti hanno da 14 a 22 atomi di carbonio, ma predominano quelli con 16 o 18 atomi.

Essi sono raramente presenti sotto forma di acidi grassi liberi;  si trovano più frequentemente incorporati  con legame esterico o  ammidico nelle varie classi lipidiche (principalmente trigliceridi, fosfolipidi, esteri del colesterolo, sfingolipidi, cere, alcoli alifatici, ecc.) che si formano nel metabolismo lipidico.

Acidi grassi essenziali

Alcuni acidi grassi sono detti “essenziali” perché al pari degli amminoacidi essenziali, non possono venire sintetizzati dall’organismo e debbono dunque essere introdotti con l’alimentazione.

Tra gli acidi grassi ve ne sono 3 che vengono definiti essenziali (acido linoleico, acido linolenico e acido arachidonico ).

Nell’organismo si distinguono due classi di acidi grassi quelli della serie Omega-3 e quelli della serie Omega-6.

L’acido grasso essenziale più abbondante è l’acido linoleico che è un precursore necessario per la biosintesi di un gruppo di derivati degli acidi grassi chiamati prostaglandine, composti similormonali che hanno numerosi effetti fisiologici importanti: infatti causano la contrazione di muscoli lisci, abbassano la pressione sanguigna, intensificano le reazioni infiammatorie, provocano un aumento della temperatura corporea.

Proprietà

Gli acidi grassi sono noti come “concentrati di energia”, poiché, contenendo poco ossigeno rispetto per esempio agli zuccheri, possono subire un maggior numero di ossidazioni e, quindi, possono liberare più energia. Nella tabella vengono messe a confronto le rese caloriche dagli acidi grassi, degli zuccheri e delle proteine.

Tale confronto è nettamente a favore degli acidi grassi, però, per le esigenze immediate di energia, vanno preferiti gli zuccheri, perché l’assimilazione e l’ossidazione degli acidi grassi e delle proteine sono molto più laboriose e quindi più lente.

Gli acidi grassi saturi e insaturi hanno conformazioni diverse: in quelli saturi, le code idrocarburiche sono flessibili e possono esistere in un gran numero di conformazioni, in quanto ciascun singolo legame della molecola ha una completa libertà di rotazione. Essi presentano forma completamente estesa.

Gli acidi grassi insaturi, invece, presentano uno o più angoli rigidi dovuti ai doppi legami che non hanno libertà di rotazione. La configurazione cis dei doppi legami produce un angolo di circa 30° nella catena alifatica come si può vedere in figura:

mentre la configurazione trans è più simile a quella di una catena estesa come si può vedere in figura:

Trigliceridi

I trigliceridi sono il prodotto dell’esterificazione del glicerolo ( 1,2,3 propantriolo) con tra acidi grassi dello stesso tipo o di tipo diverso

I trigliceridi solidi a temperatura ambiente vengono chiamati “grassi” e quelli liquidi “oli”.

Negli organismi in cui si trovano, costituiscono una riserva di energia a cui si può attingere in condizioni di carenza energetica. I processi di degradazione metabolica (catabolismo) dei trigliceridi forniscono un elevato numero di calorie, superiore a quello prodotto dalla digestione di qualsiasi altro materiale nutritizio.

Le cere sono esteri di acidi grassi a elevato numero di atomi di carbonio con alcoli alifatici monossidrilici. Questi possono essere saturi o insaturi, a catena lineare e a catena ramificata. Le cere si trovano come costituenti degli esseri viventi, sia nel mondo vegetale (cera carnauba e cera montana) sia nel mondo animale (cera d’api e lanolina) e costituiscono lo strato di protezione dei vegetali oltre che il rivestimento del piumaggio degli uccelli acquatici. Nell’ambito dei lipidi complessi saponificabili si annoverano i fosfolipidi anche detti fosfogliceridi, componenti caratteristici della membrana cellulare in cui due ossidrili del glicerolo (o glicerina) vengono esterificati con due acidi carbossilici (acidi organici); il terzo ossidrile viene invece esterificato con l’acido fosforico (acido inorganico) per mezzo di un legame fosfoesterico.

Fosfolipidi

I fosfolipidi sono costituenti essenziali delle membrane biologiche. I fosfolipidi sono dei digliceridi in cui due ossidrili del glicerolo (o glicerina) vengono esterificati con due acidi carbossilici (acidi organici); il terzo ossidrile viene invece esterificato con l’acido ortofosforico per mezzo di un legame fosfoesterico. Si genera così l’acido fosfatidico:

e sono eliminate complessivamente tre molecole d’acqua. L’acido fosfatidico, a livello di un altro gruppo ossidrile del fosfato, viene poi esterificato con il il gruppo ossidrile di un amminoalcool.

Le molecole fosfolipidiche contrappongono le code apolari idrofobiche nella porzione intermedia della membrana biologica, mentre le teste polari idrosolubili sono rivolte verso gli ambienti ricchi di acqua.

La presenza del gruppo fosforico e del gruppo amminico ad un’estremità dei fosfolipidi rende polare e quindi idrofila e solubile in acqua questa parte della molecola. Il resto della molecola non è polare e, quindi idrofoba e insolubile in acqua, perché è costituita dalle catene carboniose dei due acidi grassi. In acqua le molecole dei fosfolipidi tendono ad aggregarsi, disponendosi spontaneamente a formare un doppio strato, con le code non polari delle molecole inserite parzialmente tra le cose delle molecole dell’altro strato, e con le teste polari verso l’acqua.

Se è presente la colina, si forma il fosfolipide lecitina. Sono importanti costituenti cellulari e in particolare delle cellule nervose e si ritrovano in numerosi alimenti (semi di soia, germe di grano, tuorlo d’uovo, additivi emulsionanti date le proprietà anfipatiche, additivi antiossidanti in quanto insaturi, integratori dietetici a base di lecitina di soia). È stato appurato che tali sostanze favoriscono la rimozione del colesterolo dalle arterie, dei grassi dal fegato e determinano un aumento delle capacità di apprendimento e di memorizza.

Gli sfingolipidi sono dei lipidi complessi. L’alcool che si lega all’acido fosfatidico è la sfingosina. Essi vengono suddivisi in ceramidi e sfingomieline.

Gangliosidi Sono lipidi complessi: di notevoli dimensioni, ricchi di carboirdrati, presenti nelle membrane dei neuroni. Per idrolisi, liberano (tra gli altri composti): sfingosina (sfingolipide), glucosio e galattosio.

Nei glicolipidi, come nei fosfolipidi sono presenti gruppi idrofobi e gruppi idrofili; in questo caso, però manca il gruppo fosforico e inoltre la parte idrofila è costituita da uno zucchero. I glicolipidi possono essere suddivisi in due gruppi: derivati del glicerolo e derivati della sfingosina.

Lipoproteine

Le lipoproteine sono dei lipidi complessi, costituiti da differenti tipi di lipidi legati ad una proteina.

Le lipoproteine trasportano i lipidi dall’intestino al fegato e da quest’ultimo ai tessuti. Nel plasma sanguigno, in particolare, servono a trasportare il colesterolo. Le lipoproteine sono classificate in base alla loro densità:

1. LDL (low density lipoprotein): sono β-lipoproteine a bassa densità; facilitano il deposito di colesterolo nelle arterie (causando  aterosclerosi e ipertensione arteriosa);  contengono 80% – 90% di lipidi e 20% – 10% di proteine; il peso molecolare può arrivare a 10⁷ u

2. HDL (high density lipoprotein): sono α-lipoproteine; agevolano il trasporto del colesterolo dalle arterie al fegato; contengono 40% – 70% di lipidi e 60% – 30% di proteine;  il peso molecolare è di circa 3 x  10⁴ u

Nell’ambito dei lipidi non saponificabili vi sono gli steroidi e i terpeni.

Gli steroidi sono derivati dell’idrocarburo tetra ciclico saturo ciclopentanoperidrofenantrene

Steroidi

Gli steroidi differiscono per numero e posizione dei doppi legami, per il tipo, la posizione e il numero di gruppi funzionali sostituenti. I punti principali di sostituzione sono l’atomo di carbonio 3 dell’anello A, il carbonio 11 dell’anello C e il carbonio 17 dell’anello D. Tutti gli steroidi derivano dal triterpene lineare squalene che ciclizza facilmente. Il primo prodotto steroideo importante di questa ciclizzazione è il lanosterolo, che nei tessuti animali è il precursore del colesterolo, lo steroide più importante nei tessuti animali.

Nell’ambito dei lipidi non saponificabili vi sono gli steroidi che hanno in comune il sistema tetraciclico qui riportato (peridrociclopentanofenantrene) qui riportato:

Anche se gli steroidi si trovano sia in tutte le piante che negli organismi animali, i più importanti sono questi ultimi, in quanto giocano un ruolo biologico essenziale.

Lo steroide animale più diffuso è l’alcol cristallino colesterolo C₂₇H₄₆O, isolato per la prima volta dai calcoli biliari umani agli inizi del diciannovesimo secolo.

La degradazione biochimica del colesterolo porta a numerosi composti fisiologicamente importanti come il 7-deidrocolesterolo che è presente in concentrazioni relativamente alte nella pelle e dà una serie di reazioni fotochimiche per esposizione alla luce solare. Uno dei prodotti che si ottengono è lo steroide con aperture di anello, calciferolo, o vitamina D₃ che previene il rachitismo regolando il metabolismo del calcio.

La degradazione biochimica estensiva del colesterolo nell’uomo, come negli altri mammiferi, porta a un gruppo di steroidi a C₂₁, C₁₉, C₁₈ che sono gli ormoni della corteccia surrenale e delle gonadi.

Gli ormoni corticali sono necessari per la vita e governano una larga varietà di processi metabolici. Il composto più noto di questa famiglia è il cortisone usato nel trattamento delle artriti e in molte altre condizioni infiammatorie. Altre sostanze fondamentali appartenenti a questa classe di lipidi sono gli ormoni sessuali come il testosterone che viene prodotto dai testicoli ed è il maggiore ormone maschile. Parimenti appartengono a questa classe il progesterone e l’estradiolo, ormoni femminili.

Terpeni

I terpeni sono idrocarburi isomeri dalla formula C₁₀H₁₅. Considerando l’unità terpenica costituita da 10 atomi di carbonio i terpeni si suddividono in alcune classi:

Nell’ambito della ricerca via via che venivano determinate le strutture di un numero sempre crescente di terpeni divenne chiaro che tutti questi composti potevano essere sezionati teoricamente in unità costituite dallo stesso mattone a cinque atomi di carbonio, avente lo scheletro corrispondente a quello dell’isoprene C₅H₈.

Questa idea ha portato alla formulazione della cosiddetta regola isoprenica che stabilisce che tutti i terpeni debbano essere formalmente suddivisi in unità isopreni che.

I terpeni, in realtà, non derivano in natura dall’isoprene che non è mai stato isolato come prodotto naturale nelle piante. Il reale precursore universale di tutti i terpeni è l’acido mevalonico, un composto isolato da prodotti naturali solo nel 1956. Nella biosintesi degli polisopreni l’acido mevalonico la cui struttura si può vedere in figura:

viene attivato per fosforilazione seguita da eliminazione decarbossilativa per dare il 3-isopentenilpirofosfato.

I carotenoidi sono un gruppo speciale di terpeni largamente distribuiti sia nel regno animale che vegetale.

Sono pigmenti gialli, arancioni o rossi, il cui colore è dovuto al gran numero di doppi legami coniugati presenti nella molecola. I carotenoidi derivano dalla reazione di condensazione coda a coda dell’analogo C₂₀ del pirofosfato di farnesile.

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