lipidi

lipidi Gruppo eterogeneo di sostanze riunite dalla caratteristica comune di essere insolubili in acqua e solubili nei solventi organici (cloroformio, benzolo, etere ecc.). A seconda della loro struttura vengono distinti in acidi grassi, grassi neutri o trigliceridi, fosfolipidi o fosfatidi, glicolipidi, alcoli alifatici e cere, terpeni, steroidi.

1. Funzioni

I l. sono presenti in tutti gli organismi animali e vegetali e sono dotati di molteplici funzioni. I grassi neutri si trovano come materiale di riserva nel tessuto adiposo degli animali e nei semi delle piante; i fosfolipidi sono componenti essenziali di tutte le membrane cellulari e subcellulari, cui contribuiscono a fornire una permeabilità selettiva; le cere sono presenti con funzione protettiva nei vegetali e negli insetti; ai terpeni fanno capo alcune vitamine (A, E, K) e agli steroidi appartengono altre sostanze di interesse biologico (colesterolo, acidi biliari, alcune vitamine, ormoni).

Dal punto di vista alimentare, i l. rappresentano una fonte di energia di potere energetico all’incirca doppio di quello dei carboidrati e delle proteine e costituiscono il veicolo per l’introduzione di vitamine, nonché la fonte degli acidi grassi essenziali (linoleico, linolenico e arachidonico).

2. Digestione

La maggior parte dei l. alimentari è costituita da trigliceridi. Nel tratto gastrointestinale essi vengono digeriti ad acidi grassi e glicerolo per opera di lipasi specifiche: se l’idrolisi è incompleta vengono liberati mono- e digliceridi. È stata dimostrata nello stomaco la presenza di una lipasi, che agisce con un pH ottimale intorno alla neutralità. Questo enzima/">enzima sarebbe importante solo nei lattanti, perché essi hanno un succo gastrico con un pH più elevato di quello degli adulti e perché i l. contenuti nel latte sono molto emulsionati. Nell’intestino tenue la digestione è facilitata dalla presenza della bile e del succo pancreatico. La funzione della bile è quella di promuovere l’emulsione e la solubilizzazione dei l. mediante i sali biliari in essa contenuti. La digestione dei l., infatti, prevede l’azione di enzimi idrosolubili e poiché i l. sono praticamente insolubili in acqua, l’idrolisi avviene solo all’interfaccia tra la goccia di grasso e la fase acquosa. La velocità delle reazioni di digestione è in parte determinata dall’area di questa interfaccia: più alto il grado di emulsione, più piccole le singole gocce di grasso, maggiore l’area totale disponibile. L’emulsione dei grassi a opera dei sali biliari non sembra però essenziale per la digestione. Infatti, in condizioni patologiche che determinano l’assenza di bile nell’intestino la digestione dei l. è solo rallentata, come è dimostrato dal fatto che in questi casi nelle feci i l. si trovano in gran parte idrolizzati.

Il succo pancreatico contiene un precursore della lipasi che diventa attivo nel lume intestinale con un meccanismo ancora non conosciuto. Per azione di questo enzima i grassi neutri sono idrolizzati a mono- e digliceridi; non è necessaria l’idrolisi completa per il loro assorbimento. Nel succo pancreatico è anche presente un gruppo di esterasi che agiscono su esteri di acidi grassi a catena corta e del colesterolo.

3. Metabolismo

I l. dei sistemi biologici sono in genere costituiti da un numero pari di atomi di carbonio (normalmente compreso tra 14 e 24), i più comuni dei quali sono quelli a 16 e 18 atomi di carbonio. I l. vengono immagazzinati nel tessuto adiposo sotto forma di trigliceridi, che sono idrolizzati dalle lipasi producendo una molecola di glicerolo e 3 di acidi grassi per molecola di trigliceride (➔ lipolisi). Il catabolismo dei l. avviene nei mitocondri attraverso una serie di reazioni enzimatiche denominate β-ossidazione dei grassi. Perché i l. possano penetrare all’interno dei mitocondri devono prima essere attivati, sulla membrana mitocondriale esterna, dall’acil-CoA-sintetasi in due successive reazioni:

R-CH₂-CH₂-COOH+ATP⇆

 ⇆R-CH₂-CH₂-CO-AMP+PPi

R-CH₂-CH₂-CO-AMP+HS-CoA⇆

  ⇆R-CH₂-CH₂-S-CoA+AMP

In questa tappa, la formazione di un legame tioestere ad alta energia, presente nell’acil-CoA prodotto, avviene a spese di una molecola di ATP che è idrolizzato a AMP e pirofosfato (PPi). I l. così attivati oltrepassano liberamente la membrana mitocondriale interna soltanto se la loro catena idrocarburica non supera i 10 atomi di carbonio. Nel caso dei l. a lunga catena, il loro passaggio avviene grazie a un sistema di trasporto carnitina-dipendente. La degradazione vera e propria dei l. (convertiti in acil-CoA) avviene in cicli successivi di 4 reazioni: un’ossidazione, un’idratazione, un’ossidazione e una tiolisi. Nella prima ossidazione, l’acil-CoA è trasformato in enoil-CoA da una deidrogenasi FAD-dipendente:

R-CH₂-CH₂-S-CoA+FAD⇆

⇆R-CH=CH-CO-S-CoA+FADH₂

Il doppio legame del trans-enoil-CoA prodotto viene idratato dalla crotonasi/">crotonasi (una idratasi) secondo lo schema:

R-CH₂-CH₂-S-CoA+H₂O⇆

  ⇆R-CHOH-CH₂-CO-S-CoA

La seconda ossidazione, a carico dell’idrossiacil-CoA formatosi, è catalizzata da una deidrogenasi NAD⁺-dipendente:

R-CHOH-CH₂-CO-S-CoA+NAD⇆

⇆R-CO-CH₂-CO-S-CoA+NADH+H⁺

Nell’ultima reazione del ciclo, catalizzata dalla β-chetotiolasi, la tiolisi del chetoacil-CoA genera una molecola di acetil-CoA e una di acil-CoA con 2 atomi di carbonio in meno dell’acil-CoA di partenza:

R-CHOH-CH₂-CO-S-CoA+CoASH⇆

⇆R-CO-S-CoA+CH₃-CO-S-CoA

L’acil-CoA così accorciato è sottoposto a un altro ciclo di reazioni uguali a quelle descritte. La resa energetica della β-ossidazione dei grassi è molto elevata. Per es., nel caso del palmitato (contenente 16 atomi di carbonio) sono necessari 7 cicli di reazioni. Nel settimo ciclo, il chetoacil-CoA a 4 atomi di C è scisso in due molecole di acetil-CoA. Quindi, la stechiometria dell’ossidazione del palmitato, attivato a palmitoil-CoA, risulta:

                                                            palmitoil-

CoA+7FAD+7NAD+7CoA+7H₂O→

→8 acetil-CoA+7FADH₂+7NADH+7H⁺

Lo schema di reazioni descritto è valido anche per i l. insaturi e per quelli a numero dispari di atomi di carbonio. Nel caso dei l. insaturi, è necessaria una reazione supplementare di isomerizzazione (per i l. mono-insaturi) o addirittura una reazione di isomerizzazione e una di epimerizzazione (per i l. poliinsaturi). Invece, i l. saturi a numero dispari di atomi di carbonio (peraltro scarsamente rappresentati), nella reazione di tiolisi finale, danno origine a una molecola di acetil-CoA più una di propionil-CoA. In condizioni fisiologiche, l’acetil-CoA prodotto dal catabolismo dei l. entra nel ciclo di Krebs; viceversa, nel caso di un’eccessiva metabolizzazione dei l., quale si verifica nel digiuno prolungato e nel diabete, l’acetil-CoA viene trasformato nel fegato in acetoacetato e 3-idrossibutirrato, cioè nei cosiddetti ‘corpi chetonici’. La biosintesi dei l., a differenza della degradazione, avviene nel citoplasma attraverso una serie di reazioni enzimatiche che richiedono il consumo di ATP. La prima reazione è la sintesi di malonil-CoA a partire da acetil-CoA e carbonato:

CH₃-Co-S-CoA+ATP+HCO₃^-→

→OOC-CH₂-Co-S-CoA+ADP+Pi+H⁺

Questa reazione è catalizzata dall’acetil-CoA-carbossilasi che contiene come gruppo prostetico una molecola di biotina legata covalentemente. Negli eucarioti questo enzima (di 450.000 di peso molecolare) è attivato e inibito con meccanismo allosterico rispettivamente dal citrato e dal palmitoil-CoA, che, essendo il prodotto finale della biosintesi dei l., inibisce l’enzima con un meccanismo di retroinibizione/">retroinibizione. Le reazioni successive della biosintesi dei l. sono catalizzate, negli eucarioti, dall’acido grasso sintetasi che è un complesso multienzimatico costituito da 6 enzimi differenti più una proteina trasportatrice di residui acilici (ACP, sigla di acyl carrier protein). La caratteristica rilevante dell’acido grasso sintetasi, come di altri sistemi multienzimatici, è che i singoli enzimi di ciascuna subunità sono legati fra loro covalentemente in un’unica catena polipeptidica. Il malonil-CoA, formato nella prima reazione, viene legato a una molecola di ACP dalla malonil-transacilasi, secondo lo schema: malonil-CoA+ACP ⇄ malonil-ACP + CoA. L’ACP è una proteina monomerica di 77 amminoacidi a cui è unita una molecola di fosfopanteteina che ha la funzione di legare il residuo malonilico o acetilico al proprio SH. Infatti, con un meccanismo analogo, anche una molecola di acetil-CoA è unita all’ACP dall’acetil-transacilasi. La reazione successiva è la condensazione del malonil-ACP e dell’acetil-ACP, catalizzata dall’enzima condensante acil-malonil-ACP, secondo lo schema: acetil-ACP + malonil-ACP → acetoacetil-ACP + ACP + CO₂. L’acetoacetil-ACP viene ridotto a D-3-idrossibutirril-ACP dall’enzima β-chetoacil-ACP-reduttasi, che utilizza NADPH come coenzima: acetoacetil-ACP + NADPH ⇆ D-3-idrossibutirril-ACP + NADP. La 3-idrossiacil-ACP-deidratasi catalizza l’eliminazione di una molecola d’acqua, trasformando il D-3-idrossibutirril-ACP in crotonil-ACP. Nell’ultima reazione del ciclo il crotonil-ACP è ridotto dall’enoil-ACP-reduttasi a butirril-ACP: crotonil-ACP + NADPH → butirril-ACP+NADP. Come si può notare, anche in questa reazione viene utilizzato come coenzima NADPH, a conferma che NADPH è consumato nelle reazioni biosintetiche e NADH è generato nelle reazioni che producono energia. Completato così il primo ciclo di allungamento della catena idrocarburica, il butirril-ACP si condensa con una nuova molecola di malonil-ACP formando un β-chetoacil-ACP a 6 atomi di carbonio che subisce le stesse reazioni (riduzione, deidratazione/">deidratazione, riduzione) già descritte. I cicli di allungamento procedono fino alla produzione di un acil-ACP a 16 atomi di carbonio che non è più un substrato dell’enzima condensante. Questo composto viene quindi idrolizzato a palmitato (16 atomi di carbonio) e ACP.

4. Lipemia e lipodieresi

Il contenuto in l. nel sangue si chiama lipemia; normalmente è pari a 500-850 mg/100 ml di siero, e in genere i l. sono costituiti da colesterolo (160-220 mg/100 ml), trigliceridi (50-175 mg/100 ml), acidi grassi liberi (10-20 mg/100 ml), fosfolipidi (150-250 mg/100 ml).

Il tasso lipemico è il contenuto percentuale di grassi nel sangue. L’insieme dei dati di laboratorio che si riferiscono al contenuto nel sangue di sostanze lipidiche costituisce il lipidogramma. Esso mira a fornire elementi diagnostici e prognostici nei confronti di un’eventuale predisposizione verso l’aterosclerosi e le sue complicazioni. Tali dati comprendono, fondamentalmente, i valori del colesterolo ematico (totale, LDL, HDL), della lipemia totale, e dei valori dei trigliceridi sierici. Lipodieresi è termine generico per indicare il complesso dei fenomeni di trasporto e di combustione organica dei grassi contenuti nei tessuti e nei liquidi organici. Con lipoidosi (o lipidosi) si indicano rare affezioni causate dal deficit ereditario di enzimi coinvolti nel metabolismo dei lipidi (➔ tesaurismosi).