I lipidi, con i carboidrati, le proteine e gli acidi nucleici, sono una delle quattro principali classi di molecole organiche presenti negli organismi viventi.
Sono una classe estremamente ampia che comprende molecole con strutture differenti, riguardo agli atomi che le costituiscono, ai tipi di legami covalenti e alla presenza o meno di strutture cicliche. Esempi sono gli acidi grassi, i trigliceridi, i fosfolipidi, i glicolipidi, gli steroli, come il colesterolo e gli ormoni steroide, i terpeni, come i carotenoidi, e le vitamine A, D, E e K, definite vitamine liposolubili.
I diversi lipidi hanno proprietà molto varie; ad esempio alcuni sono solubili in solventi non polari, altri in solventi polari.
Con i carboidrati e le proteine, sono uno dei tre macronutrienti dell’organismo dove svolgono diverse funzioni, come quella di deposito di energia, di isolante elettrico e termico, di componente delle membrane, e di regolazione delle attività cellulari agendo come secondi messaggeri, ormoni, e recettori di membrana. Inoltre facilitano i processi digestivi.
La digestione dei lipidi è complicata dalla insolubilità di molti di essi nell’ambiente acquoso dell’intestino, e per questo richiede l’intervento, oltre che di specifici enzimi, dei sali biliari, che sono derivati del colesterolo. Anche l’assorbimento dei lipidi, o più correttamente l’assorbimento dei prodotti della loro digestione, è influenzato dalla solubilità delle molecole rilasciate, al pari del loro successivo trasporto, immagazzinamento e utilizzo.
Indice
- Struttura
- Dimensioni
- Solubilità
- Classificazione
- Funzioni
- Digestione
- Assorbimento intestinale
- Bibliografia
Struttura
I lipidi più semplici sono gli acidi grassi, che sono acidi carbossilici dotati di una catena carboniosa di lunghezza variabile. Nella maggior parte dei casi la catena carboniosa è priva di ramificazioni. Può essere priva di doppi/tripli legami, come nel caso degli acidi grassi saturi, o contenerne uno o più, come nel caso degli acidi grassi insaturi.
Esempi di lipidi più complessi sono i trigliceridi, i fosfolipidi e gli steroli. I trigliceridi si ottengono quando gli acidi grassi sono esterificati alla molecola del glicerolo. Se alla molecola del glicerolo viene esterificato, oltre che acidi grassi, anche un acido ortofosforico si ottengono i fosfolipidi; a sua volta il fosfato può legare una molecola organica quale la serina, l’inositolo, la colina o l’etanolammina. Gli steroli differiscono dagli altri lipidi per la presenza di strutture cicliche interconnesse, cui si legano catene laterali costituite da atomi di ossigeno, carbonio e idrogeno.
Dimensioni
A differenza di molti polisaccaridi, delle proteine e degli acidi nucleici, i lipidi non sono polimeri ma molecole di dimensioni contenute, con peso molecolare che varia molto ed è compreso tra circa 100 e 5000 Dalton (Da). Ad esempio, l’acido acetico, il più piccolo tra gli acidi grassi, ha un peso molecolare pari a 60,05, l’acido lignocerico, uno degli acidi grassi a catena molto lunga ha un peso molecolare di 368,37 Da, mentre quello delle proteine può variare da 5000-10000 Da per le più piccole, fino ad alcuni milioni per le più grandi.
Solubilità
I lipidi sono generalmente considerati molecole scarsamente solubili in solventi polari, come l’etanolo e l’acqua, e solubili in solventi non polari, e per molti di loro questo è vero. Tuttavia, la presenza di atomi quali l’ossigeno, e soprattutto fosforo, ha l’effetto di aumentare la solubilità della molecola, o almeno di parte di essa, nei solventi polari. Considerando ad esempio gli acidi grassi saturi a catena lineare, la loro solubilità in solventi polari è funzione della lunghezza della catena idrocarburica, che ha carattere non polare, a differenza del gruppo carbossilico che è polare. L’acido butirrico, uno degli acidi grassi a catena corta, è solubile in solventi polari, mentre dall’acido caproico in avanti, passando per l’acido caprilico, l’acido caprico e l’acido laurico, le cui catene idrocarburiche sono composte rispettivamente da 6, 8, 10, e 12 atomi, la polarità va gradualmente diminuendo.
Gli acidi grassi saturi con una catena superiore ai 16-18 atomi di carbonio, quindi dall’acido palmitico e acido stearico in avanti, passando per l’acido arachidico, l’acido beenico e l’acido lignocerico, sono invece insolubili in solventi polari. Altri esempi di lipidi idrofobici sono i trigliceridi contenenti acidi grassi a catena lunga e molto lunga e gli esteri del colesterolo.
Va infine sottolineato che molti lipidi sono molecole anfipatiche, ossia dotate di una parte solubile in solventi polari e una solubile in solventi non polari. Esempi sono gli acidi grassi, i fosfolipidi, i glicolipidi e il colesterolo.
Classificazione
Come per la classificazione delle proteine e dei carboidrati, ci sono diversi modi per classificare i lipidi. Possono essere classificati sulla base delle loro proprietà fisiche a temperatura ambiente, quindi come solidi o liquidi, e in questo caso si parla rispettivamente di grassi e oli, o sulla base della polarità. Tuttavia la classificazione preferibile si basa sulla loro struttura chimica, considerando la quale si possono individuare tre gruppi principali: i lipidi semplici, i lipidi complessi e i lipidi derivati.
Lipidi semplici
Sono formati da due tipi di unità strutturali, e includono:
- gli esteri di glicerolo e acidi grassi, come i trigliceridi, i digliceridi e i monogliceridi;
- gli esteri di colesterolo e acidi grassi;
- le cere, che sono esteri di alcol a catena lunga e acidi grassi, includendo così esteri delle vitamine A e D;
- le ceramidi, ossia amidi di acidi grassi con di- o triidrossi basi a catena lunga contenenti 12-22 atomi di carbonio nella catena idrocarburica, di cui un esempio è la sfingosina.
Lipidi complessi
I lipidi complessi sono formati da più di due tipi di unità strutturali, e includono tra gli altri.
- i fosfolipidi, ossia esteri del glicerolo di acidi grassi, acido fosforico, e altri gruppi contenenti azoto;
- l’acido fosfatidico, ossia diacilglicerolo esterificato ad acido fosforico;
- la fosfatidilcolina o lecitina, la fosfatidiletanolammina, la fosfatidilserina, e il fosfatidilinositolo ossia acido fosfatidico legato rispettivamente a colina, etano ammina, serina e inositolo;
- sfingolipidi, derivati delle ceramidi;
- sfingomielina, ossia ceramide fosforilcolina;
- cerebrosidi: sono ceramide monoesossido ossia ceramide legata a una sola unità glucidica al gruppo idrossilico terminale della base;
- ceramide di- e poliesossido, ossia legata rispettivamente a un disaccaride o a un tri- o un oligosaccaride;
- cerebroside solfato, ossia ceramide monoesossido esterificato a un gruppo solfato.
Lipidi derivati
Sono i mattoni costituenti dei lipidi semplici e complessi e si possono presentare come tali o essere rilasciati dagli altri due gruppi principali a seguito di idrolisi.
Includono gli acidi grassi e alcoli, le vitamine A, D, E e K, gli idrocarburi, e gli steroli.
Funzioni
I diversi lipidi nelle cellule svolgono molteplici funzioni.
- Gli acidi grassi, immagazzinati nelle cellule in forma di trigliceridi, sono una delle principali riserve di energia dell’organismo. A parità di peso sono anche la migliore fonte di energia in quanto forniscono il maggior numero di calorie per unità di peso. Se i carboidrati e le proteine, mediamente, assicurano 4 kcal/g, gli acidi grassi ne forniscono circa 9 kcal/g.
- Alcuni sono nutrienti essenziali.
Esempi sono la vitamina A, necessaria per la visione, la vitamina D, necessaria per il metabolismo del calcio, la vitamina E, importante per la prevenzione dell’autossidazione dei lipidi insaturi, la vitamina K, necessaria per la normale coagulazione del sangue, e gli acidi grassi essenziali, ossia l’acido linoleico e l’acido alfa-linolenico, capostipiti rispettivamente delle famiglie degli acidi grassi polinsaturi omega-6 e acidi grassi polinsaturi omega-3. - Sono i mattoni per la costruzione delle membrane biologiche, in particolare i fosfolipidi, il colesterolo e glicolipidi, insieme con le proteine.
- Nella membrana plasmatica possono svolgere funzioni recettoriali, antigeniche o di ancoraggio per proteine, e sono in grado di modificarne la struttura, e quindi la funzionalità, di enzimi di membrana.
- Molti, come il diacilglicerolo, ceramidi, sfingosine e il fattore attivante le piastrine, agiscono come regolatori di processi intracellulari.
- Molti ormoni sono di natura lipidica.
Gli ormoni steroidei, come estrogeni, androgeni e cortisolo, derivano dal colesterolo, mentre le prostaglandine, prostacicline, leucotrieni, trombossani e altri composti da grassi polinsaturi appartenenti alle famiglie omega-3 e omega-6, come l’acido arachidonico e l’acido docosaesaenoico. - Esistono depositi di grasso non accessibili nel digiuno, definiti grasso strutturale, la cui funzione è quella di mantenere nella giusta posizione organi e nervi e proteggerli da lesioni traumatiche e shock. Un altro esempio sono i cuscinetti di grasso sui palmi di piedi e mani e sui glutei che proteggono le ossa dalle pressioni meccaniche.
- A livello sottocutaneo è presente uno strato di grasso che isola il corpo riducendo la dispersione di calore e concorrendo al mantenimento della temperatura corporea.
- Nella epidermide sono coinvolti nel mantenimento della barriera all’acqua.
- Isolano elettricamente gli assoni dei neuroni i quali sono ripetutamente rivestiti dalle membrane plasmatiche delle cellule di Swann, nel sistema nervoso periferico, e degli oligodendrociti, nel sistema nervoso centrale. Tale rivestimento è detto guaina mielinica.
- Nel tubo digerente facilitano i processi digestivi riducendo la secrezione gastrica, rallentando lo svuotamento dello stomaco e stimolando la secrezione pancreatica e biliare.
- I sali biliari sono detergenti naturali prodotti nel fegato e secreti nella bile.
Solubilizzano fosfolipidi e colesterolo nella bile, permettendo inoltre la secrezione del colesterolo nell’intestino. Infatti, l’escrezione del colesterolo e dei sali biliari è la via principale attraverso cui il colesterolo è rimosso dal corpo.
I sali biliari sono anche di aiuto nella digestione e assorbimento dei lipidi e delle vitamine liposolubili a livello intestinale. - In molti animali alcuni lipidi sono secreti nell’ambiente e agiscono come feromoni che attraggono o respingono altri organismi.
- Influenzano la consistenza e il sapore del cibo e quindi la sua palatabilità.
Digestione
A differenza della digestione dei carboidrati e dell’assorbimento dei monosaccaridi, come della digestione delle proteine e dell’assorbimento degli amminoacidi, la digestione dei lipidi e l’assorbimento dei prodotti della loro digestione sono processi che devono tenere conto della natura scarsamente solubile o del tutto insolubile nell’ambiente acquoso dell’intestino di molte delle molecole interessate.
La digestione ha inizio nella bocca, prosegue nello stomaco e termina nel duodeno, che è anche il tratto dell’intestino dove i prodotti della digestione sono assorbiti.
I lipidi idrofobici giunti nello stomaco si aggregano in goccioline la cui formazione è favorita, oltre che dall’azione di rimescolamento dello stomaco, anche dagli acidi grassi a catena corta, dagli acidi grassi a catena media, e dai diacilgliceroli, molecole anfipatiche liberate per azione delle lipasi linguale e gastrica. Queste molecole, disponendosi con la loro regione idrofila sulla superficie della gocciolina e la coda idrofobica rivolta verso l’interno formato da lipidi non polari, agiscono da emulsionanti creando una regione superficiale idrofilica in grado di interagire stabilmente con l’ambiente acquoso circostante.
Nel duodeno le goccioline lipidiche sono ulteriormente emulsionate dai sali biliari e dai fosfolipidi presenti nella bile rilasciata dalla colecisti. Questo permette la formazione di goccioline sempre più piccole, il che permette di aumentare la superficie disponibile per l’attacco degli enzimi pancreatici responsabili della digestione dei lipidi.
Assorbimento intestinale
Con l’eccezione degli acidi grassi a catena corta e degli acidi grassi a catena media, l’assorbimento intestinale dei prodotti della digestione lipidica richiede la formazione di strutture in grado di trasportare alla superficie luminale degli enterociti molecole non polari.
Le strutture in questione sono le micelle miste, più piccole delle goccioline lipidiche e formate dai sali biliari e dai prodotti della digestione lipidica. Hanno una struttura che ricorda un disco ritagliato da una membrana a doppio strato, dove i sali biliari sono disposti sui bordi di taglio, con la regione idrofilica a contatto con l’ambiente acquoso esterno e la regione idrofobica rivolta verso l’interno non polare.
Grazie alle micelle miste la concentrazione dei lipidi a ridosso della superficie luminale degli enterociti aumenta fino a 1000 volte, il che ne facilita l’assorbimento. Il gradiente di concentrazione tra la superficie della cellula e il suo interno è mantenuto anche dalla rapida riesterificazione intracellulare a esteri del colesterolo, trigliceridi e fosfolipidi dei lipidi assorbiti.
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