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. Si passa ad esempio dai semplici acidi grassi, ai monogliceridi, digliceridi e trigliceridi, ai fosfolipidi, ai glicerofosfolipidi, agli steroli, come il colesterolo, gli ormoni steroidei e i sali biliari che da esso derivano, ai terpeni e alle vitamine A, D, E e K, definite vitamine liposolubili.
I diversi tipi di lipidi hanno proprietà fisico-chimiche molto varie; ad esempio alcuni sono solubili in solventi non polari, altri in solventi polari. Anche il loro peso molecolare varia molto, sebbene sia minore rispetto a quelle delle proteine, dei polisaccaridi e degli acidi nucleici.
I lipidi svolgono diverse funzioni, come quella di isolante elettrico e termico, di deposito di energia, di componente delle membrane, e sono coinvolti nella regolazione delle attività della cellula agendo come secondi messaggeri, ormoni, recettori di membrana, e strutture per l’ancoraggio di proteine. Inoltre facilitano i processi digestivi.
La digestione dei lipidi è complicata dalla insolubilità di molti di essi nell’ambiente acquoso caratteristico dell’intestino e richiede per questo l’intervento, oltre che di specifici enzimi digestivi, dei sali biliari. Anche l’assorbimento dei lipidi, o più correttamente l’assorbimento dei prodotti della loro digestione, è influenzato dalla solubilità delle molecole rilasciate.
INDICE
- Dimensioni dei lipidi
- Struttura dei lipidi
- Solubilità dei lipidi
- Digestione e assorbimento
- Bibliografia
Dimensioni dei lipidi
A differenza di molti polisaccaridi e delle proteine, i lipidi sono molecole di dimensioni contenute. L’acido formico, il più piccolo tra gli acidi grassi, ha un peso molecolare pari a 88,1 daltons, l’acido lignocerico, un acido grasso a catena molto lunga ha un peso molecolare di 368,37 daltons, mentre quello delle proteine può variare da 5000-10000 daltons per le più piccole fino ad alcuni milioni per le più grandi.
Struttura dei lipidi
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 carbonio-carbonio, come nel caso degli acidi grassi saturi, o contenerne uno o più, come nel caso degli acidi grassi insaturi. Quando nella catena carboniosa sono presenti più doppi legami si parla di acidi grassi polinsaturi. In base alla posizione del primo doppio legame rispetto all’estremità metilica della catena carboniosa gli acidi grassi insaturi sono classificati come acidi grassi polinsaturi omega-3, se il primo doppio legame è posizionato a tre atomi di carbonio di distanza rispetto all’estremità metilica, e acidi grassi polinsaturi omega-6 quando il primo doppio legame è a sei atomi carboni di distanza rispetto all’estremità metilica. Queste sono le due classi di acidi grassi insaturi più importanti per l’alimentazione umana in quanto due loro componenti, rispettivamente l’acido alfa-linolenico e l’acido linoleico sono acidi grassi essenziali, cioè devono essere assunti con l’alimentazione. Altri acidi grassi insaturi di interesse per l’uomo sono gli acidi grassi omega-7, come l’acido palmitoleico, gli omega-9, come l’acido oleico, l’acido erucico, l’acido nervonico e l’acido Mead, e gli omega-11, come l’acido gadoleico.
Per una lista completa dei più comuni acidi grassi, sia saturi che insaturi, si veda la pagina Elenco degli acidi grassi.
Esempi di lipidi più complessi sono i trigliceridi, che si ottengono quando gli acidi grassi sono esterificati alla molecola del glicerolo. I trigliceridi costituiscono la maggior parte del tessuto adiposo, che nei mammiferi rappresenta una riserva di energia seconda solo a quella delle proteine.
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, e quindi il colesterolo, differiscono dai lipidi appena visti per la presenza di strutture cicliche interconnesse, cui si legano catene laterali costituite da atomi di ossigeno, carbonio e idrogeno. Dal colesterolo sono sintetizzati tutti gli ormoni steroidei e i sali biliari.
Solubilità dei lipidi
I lipidi sono generalmente considerati molecole scarsamente solubili in acqua e solubili in solventi non polari, e per molti di loro questo è vero.
Acidi grassi saturi con una catena carboniosa superiore ai 16-18 atomi di carbonio sono scarsamente solubili in acqua o del tutto insolubili. Ad esempio, la solubilità in acqua dell’acido stearico, dell’acido arachidico, dell’acido beenico e dell’acido lignocerico, acidi grassi saturi con catene carboniose di 18-, 20-, 22- e 24 atomi di carbonio, si va riducendo all’aumentare della lunghezza della catena stessa. Altri esempi di lipidi idrofobici sono i trigliceridi contenenti acidi grassi a catena lunga e gli esteri del colesterolo. Al contrario acidi grassi a catena corta, ossia l’acido propionico, l’acido butirrico e l’acido caproico, e media, quindi l’acido caprilico, l’acido caprico e l’acido laurico, sono solubili in ambiente acquoso.
La presenza nei lipidi di atomi quali l’ossigeno, sempre presente, e soprattutto fosforo, ha l’effetto di aumentare la solubilità della molecola, o almeno di parte di essa, in acqua. Molti lipidi sono infatti molecole anfipatiche, ossia dotate di una parte solubile in acqua e una solubile in solventi non polari. Questa proprietà è stata sfruttata dalla Natura per la creazione delle membrane biologiche, strutture formate da un doppio strato lipidico, dove, oltre ai fosfolipidi, si ritrovano anche colesterolo, sia libero che esterificato, e proteine.
Digestione e assorbimento
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 e media e dei 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 creano 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 via via più piccole, aumentando quindi la superficie disponibile per l’attacco degli enzimi pancreatici responsabili della digestione dei lipidi quali la lipasi pancreatica (EC 3.1.1.3), la colipasi, la colesterolo esterasi (EC 3.1.1.13) e la fosfolipasi A2 (EC 3.1.1.4).
Con l’eccezione degli acidi grassi a catena corta e 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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