I lipidi

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Categoria:	Biologia
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Data:	05.03.2001
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I LIPIDI

I lipidi sono sostanze naturali insolubili in acqua e solubili nei solventi organici quali etere, cloroformio, benzene e contenenti radicali idrocarburici corrispondenti agli acidi grassi. I l. costituiscono un vasto ed eterogeneo gruppo di composti che si possono suddividere in due grandi categorie: composti che si scindono per idrolisi alcalina formando saponi (l. saponificabili, cioè l. propriamente detti), che devono tale proprietà alla presenza nella molecola di almeno un radicale di acido grasso a elevato numero di atomi di carbonio; sostanze che non subiscono l'idrolisi alcalina con liberazione di acidi grassi (l. insaponificabili) quali ormoni sessuali e surrenalici, colesterolo, acidi biliari, prostaglandine, terpeni, vitamine liposolubili e loro precursori metabolici; nel metabolismo ordinario della cellula queste sostanze non hanno il significato generale dei l. propriamente detti, ma vi intervengono con funzioni speciali.

CLASSIFICAZIONE DEI LIPIDI
La classificazione dei l. presenta notevoli difficoltà data la loro eterogenea struttura chimica. Comunemente si distinguono in: l. semplici, formati esclusivamente da carbonio, idrogeno e ossigeno, che comprendono i grassi propriamente detti o gliceridi, le cere e gli steridi; complessi che contengono, oltre al carbonio, all'idrogeno e all'ossigeno anche l'azoto, il fosforo e lo zolfo, e si dividono in fosfolipidi (o fosfatidi), cerebrosidi, solfatidi e gangliosidi. Nei tessuti i l. tendono a combinarsi con proteine, carboidrati e altre sostanze, formando complessi che conservano solo in parte le proprietà chimiche e chimico-fisiche dei componenti. I più comuni l. semplici sono i gliceridi, che negli animali e nelle piante vengono immagazzinati in depositi intracellulari con funzione di materiali di riserva energetica. Nell'uomo i gliceridi costituiscono il 10% circa del peso corporeo; sono presenti nelle cellule di tutti i tessuti, potendo rappresentare in alcuni distretti (p. es. midollo osseo) fino al 70% del peso fresco del tessuto. I più abbondanti depositi di gliceridi si trovano nel tessuto adiposo, nel sottocutaneo, nell'omento, nel pannicolo adiposo che circonda il rene, il cuore e altri organi. La scarsa idrofilia di questi composti è in gran parte responsabile della loro deposizione nelle cellule sotto forma di piccolissime goccioline. I l. semplici più diffusi in natura sono i trigliceridi, costituenti i grassi animali e vegetali; poco diffusi sono i digliceridi e i monogliceridi, che esistono quasi esclusivamente come prodotti intermedi della biosintesi o del catabolismo di altri lipidi. I l. semplici vengono mobilizzati dai depositi cellulari in rapporto alle richieste energetiche dei tessuti e costituiscono pertanto la “frazione labile” lipidica, dato che la loro concentrazione nelle cellule può variare in rapporto alla dieta, al digiuno e al lavoro dell'organismo. I l. complessi vengono anche chiamati l. strutturali, in quanto entrano nella composizione delle strutture stabili delle cellule (membrana cellulare, membrana mitocondriale, membrane del reticolo endoplasmatico). La loro concentrazione è pertanto costante, non variabile con l'attività funzionale degli organi. I più importanti sono: i fosfolipidi in gran parte presenti nei tessuti animali sotto forma di lipoproteine, che come tali svolgono funzioni di grande importanza biologica; e i cerebrosidi, sostanze che derivano chimicamente dalla sfingosina, possiedono un'unità glicidica, che generalmente è il glucosio o il galattosio, e sono perciò anche chiamati glicolipidi. I loro esteri solforici formano un gruppo particolare di l. complessi, detti solfatidi. Allo stesso gruppo di sostanze sfingo-glicolipidiche appartengono i gangliosidi, che abbondano nelle cellule gangliari del sistema nervoso e nella milza.

LA FUNZIONE DEI LIPIDI NEGLI ORGANISMI VIVENTI
Allo stato attuale delle conoscenze si riconoscono ai l. quattro funzioni biologiche generali: sono componenti strutturali delle biomembrane (membrana cellulare, membrane mitocondriali, ecc.), le quali devono alla presenza dei l. alcune delle loro caratteristiche proprietà; vengono utilizzati dall'organismo per la produzione di energia, con elevato rendimento calorico (9 kcal/g);vengono immagazzinati nelle cellule animali e vegetali come materiali di riserva energetica; svolgono un'importante funzione protettiva nella pelle degli animali superiori, nelle foglie, nell'esoscheletro dei crostacei, nella parete cellulare dei batteri. Accanto alle suddette funzioni generali, vanno ricordate le speciali funzioni biologiche di alcune categorie di l., quali gli ormoni steroidi, le vitamine A, D, E, K, le prostaglandine, ecc. La forma in cui tutti i l. vengono utilizzati per la produzione di energia è rappresentata dagli acidi grassi. Nei Vertebrati il catabolismo degli acidi grassi fornisce oltre la metà del fabbisogno energetico di cui necessitano il cuore, i muscoli scheletrici, il fegato e il rene; esso assume importanza ancora maggiore nel corso del digiuno, negli animali ibernanti e nelle malattie in cui è ridotta l'utilizzazione dei carboidrati. Gli acidi grassi si formano dalla scissione dei trigliceridi forniti dagli alimenti o mobilizzati dai depositi adiposi, e in minima parte dalla scissione dei fosfolipidi strutturali. Con meccanismi tuttora poco conosciuti la velocità di formazione degli acidi grassi viene coordinata con il ritmo della loro utilizzazione da parte degli organi. A eccezione degli acidi grassi, che circolano associati alle albumine, gli altri l. sono finemente dispersi nel sangue sotto forma di lipoproteine; per questo nel soggetto a digiuno il siero è perfettamente limpido e trasparente, pur contenendo l. che hanno la tendenza a formare emulsioni torbide in mezzo acquoso. Il sangue umano contiene di norma trigliceridi, fosfolipidi, colesterolo, esteri del colesterolo e acidi grassi. La concentrazione lipidica del sangue (lipemia) è il risultato di un equilibrio dinamico tra apporto (assorbimento intestinale dei l. alimentari, mobilizzazione dai depositi, sintesi soprattutto epatica) e allontanamento dovuto al catabolismo, alla deposizione nei tessuti e all'eliminazione. In condizioni fisiologiche i l. aumentano nel sangue dopo un pasto ricco di grassi; il siero diventa torbido, di aspetto lattiginoso, per la comparsa di piccolissime particelle di grasso in sospensione. La lipemia si accentua nelle ore successive al pasto fino alla IV-VI ora, per poi tornare normale tra la VII e la X ora; a ciò concorrono: l'utilizzazione metabolica dei trigliceridi, la loro deposizione nei tessuti, l'azione del fattore chiarificante o lipoproteinlipasi, enzima che ha come cofattore l'eparina, l'azione del fegato, che interviene con meccanismo ancora scarsamente conosciuto. L'assorbimento dei l. assunti con gli alimenti avviene nell'intestino tenue, con il concorso delle lipasi e dei sali biliari. Le lipasi scindono i grassi in frammenti più semplici, che vengono assorbiti previo emulsionamento operato dai sali biliari. Se l'assunzione dei l. non è eccessiva, cioè non supera 80-100 g al giorno, il loro assorbimento è quasi completo (90-95%). Nel lume intestinale una quota dei trigliceridi (25-30%) viene completamente idrolizzata fino a glicerolo e acidi grassi; la parte restante viene scissa a monogliceridi e digliceridi,che come tali vengono assorbiti. Gli acidi grassi con più di 10 atomi di carbonio vengono esterificati nuovamente a trigliceridi già nelle cellule della mucosa; il glicerolo necessario per questo processo deriva dal glicerofosfato, che si forma durante il catabolismo glicidico. Il glicerolo liberato nell'intestino dalla scissione dei trigliceridi, pur essendo assorbito, non può essere utilizzato nella suddetta sintesi, in quanto esso si combina con gli acidi grassi solo in forma fosforilata e l'intestino è sprovvisto degli enzimi necessari per la sua fosforilazione. Gli acidi grassi con meno di 10 atomi di carbonio passano nel sangue come acidi grassi liberi, entrando nel contingente dei NEFA (non-esterified fatty acid, acidi grassi non esterificati). I trigliceridi invece penetrano nella circolazione linfatica sotto forma di chilomicroni o di lipoproteine a bassa densità. Anche l'assorbimento dei fosfolipidi, del colesterolo e delle vitamine liposolubili richiede la presenza di bile e di succhi pancreatici. In varie malattie del pancreas, nelle affezioni atrofizzanti della mucosa intestinale, nel morbo celiaco infantile, nella sprue l'assorbimento dei l. alimentari è fortemente ridotto. Gli acidi grassi non assorbiti hanno azione irritante sull'intestino; questo reagisce con una maggiore formazione di muco, per cui si riduce ulteriormente sia l'assorbimento dei l. sia quello dei carboidrati, i quali vanno incontro nell'intestino crasso alla fermentazione batterica formando acidi grassi volatili a catena corta, dotati anch'essi di effetto irritante sulla mucosa.

IL METABOLISMO DEI LIPIDI
Mentre in condizioni normali l'organismo utilizza soprattutto i carboidrati come immediata risorsa energetica, il catabolismo lipidico assume un significato preminente nel digiuno, durante sforzi fisici prolungati, negli stati febbrili, nel diabete, ecc. La degradazione metabolica dei l. consiste essenzialmente in due fasi: scissione idrolitica con formazione di acidi grassi e di metaboliti diversi, quali glicerolo, acido fosforico, inositolo, amminoalcoli, zuccheri, ecc., ognuno dei quali segue il destino metabolico caratteristico della categoria biochimica a cui appartiene; demolizione ossidativa degli acidi grassi. Questo processo, detto anche betaossidazione degli acidi grassi, comporta la progressiva demolizione della catena carboniosa a partire dall'atomo di carbonio in posizione rispetto al carbossile. Ogni tappa del processo porta alla formazione di un'unità bicarboniosa di acido acetico e di una molecola di acido grasso avente due atomi di carbonio in meno rispetto a quella originaria. Perché gli acidi grassi possano venire ossidati, essi devono trovarsi sotto forma di tioesteri con il CoA. Tale reazione avviene in presenza di ATP, che ha il compito di portare la molecola dell'acido grasso a un livello energetico sufficientemente alto per reagire con il CoA: si forma un aciladenilato, che reagisce con il CoA formando il relativo tioestere. Da questo inizia la beta-ossidazione: in presenza di FAD si forma un acil-derivato insaturo (I); questo viene attaccato da una ossigeno-carbonioliasi, che introduce una molecola d'acqua formando un idrossi-acilderivato (II), che si trasforma poi in beta-chetoacil-CoA, a opera di una ossidoreduttasi NAD-dipendente (III). A questo punto una acil-transferasi beta-chetoacil-CoA-tiolasi catalizza l'attacco di una nuova molecoladi CoA sul carbonile neoformato (IV). Si forma in tal modo un acil-derivato di acido grasso avente due atomi di carbonio in meno di quello originario. Il composto R-CO-SCoA subisce un'ulteriore demolizione lungo la stessa catena di reazioni, perdendo ancora due unità di carbonio. Il metabolismo dell'acido grasso procede così fino alla completa demolizione della catena carboniosa. La beta-ossidazione degli acidi grassi richiede la presenza di vitamine del complesso B come cofattori, di cationi bivalenti quali Mn++ o Mg++ e di carnitina che funge da trasportatore dei gruppi acilici. Il processo si svolge nei mitocondri in stretta correlazione metabolica con il ciclo di Krebs: infatti l'acetil-CoA che si forma nel corso della reazione (IV) viene ossidato nel ciclo di Krebs con formazione di ATP e di CoA, fattori entrambi indispensabili per l'ulteriore ossidazione degli acidi grassi. L'importanza dei grassi nella nutrizione può essere illustrata da questo esempio: dall'ossidazione di una molecola di acido palmitico si sviluppano 2338 kcal. Al contrario dei processi catabolici, che producono energia, la sintesi dei l. si realizza in stretta economia energetica, in quanto come materiali di partenza vengono usati composti che sono già a elevato contenuto energetico. Gli acidi grassi si formano a partire dall'acetil-CoA. Poiché questo metabolismo trae origine sia dalla demolizione dei l. sia da quella dei carboidrati, si comprende come non solo i grassi ma anche gli zuccheri alimentari sono destinati a trasformarsi in trigliceridi. La trasformazione degli zuccheri in l. è finalisticamente utile per l'organismo. La dieta dell'uomo è ricca di carboidrati, che i tessuti hanno però scarse possibilità di accumulare. Così il glucosio assunto in eccesso rispetto alle immediate necessità energetiche e alle possibilità di accumulo sotto forma di glicogeno, viene trasformato in acidi grassi e poi in trigliceridi. D'altra parte gli acidi grassi si possono formare anche da vari prodotti di demolizione delle proteine, dato che gli amminoacidi glucogenetici e chetogenetici sono precursori metabolici dell'acetil-CoA. In sostanza i l. vengono sintetizzati ogni qualvolta il contenuto calorico della dieta, indipendentemente dalla sua composizione, supera le calorie richieste e consumate dall'organismo. Attualmente sono conosciuti tre sistemi indipendenti, attraverso i quali può avvenire la sintesi degli acidi grassi a partire dall'acetil-CoA: uno ha sede nei mitocondri, un altro nella frazione solubile del citoplasma, il terzo nel reticolo endoplasmatico della cellula. Nei sistemi extra-mitocondriali la sintesi parte dalla condensazione tra acetil-CoA e CO2; globalmente il meccanismo è paragonabile allo schema inverso del processo di demolizione ossidativa esaminato in precedenza. Nel sistema mitocondriale invece non vi è partecipazione della CO2 e la sintesi procede per aggiunta, tappa per tappa, di acetil-CoA alla catena carboniosa. Nei tre sistemi gli acidi grassi si formano come acil-derivati (p. es. palmitil-CoA), e il loro destino può essere: la sintesi di acidi grassi con più elevato numero di atomi di carbonio (reazione di allungamento); l'esterificazione con glicerofosfato con formazione di trigliceridi; la sintesi dei fosfolipidi, degli steridi e di altri l.; scissione in NEFA a opera della deacilasi, trasporto nel sangue in complessi NEFA-albumina fino agli organi di utilizzazione, dove avviene la demolizione beta-ossidativa e quindi la conversione in energia.