Introduzione agli acidi grassi

Gli acidi grassi sono acidi carbossilici con una catena idrocarburica di lunghezza variabile. Il gruppo carbossilico e la catena idrocarburica determinano le proprietà chimico-fisiche della molecola.
La catena idrocarburica nella maggior parte dei casi è priva di ramificazioni e con un numero pari di atomi di carbonio. Può contenere solo legami singoli carbonio-carbonio, nel caso degli acidi grassi saturi, o presentare almeno un doppio/triplo legame carbonio-carbonio, nel caso degli acidi grassi insaturi.
Gli acidi grassi appartengono alla classe di composti noti come lipidi, e possono essere classificati sulla base di criteri chimici e fisiologici, come la lunghezza della catena idrocarburica, la presenza o meno di doppi e tripli legami, la posizione dei doppi legami rispetto all’estremità metilica della catena, l’isomeria geometrica o isomeria cistrans dei doppi legami, o la capacità dell’uomo di sintetizzarli.
In natura raramente si trovano in forma libera, e in quel caso sono detti FFAs o NEFAs, acronimi rispettivamente di free fatty acids e nonesterified fatty acids. Nell’uomo è presente una piccola quantità di NEFAs nel circolo sanguigno, derivante da processi di lipolisi. In circolo, circa tre quarti sono legati all’albumina, mentre il terzo restante è trasportato dalle lipoproteine. Per la maggior parte sono legati tramite legame estere ad altre molecole organiche, quali il glicerolo, il glicerolo-3-fosfato e gli steroli, a formare lipidi più complessi, quali rispettivamente i trigliceridi, che nei mammiferi sono un importante deposito di energia, i fosfolipidi, i principali componenti delle membrane cellulari, e gli esteri degli steroli, come gli esteri del colesterolo.
Svolgono importanti funzioni nella cellula: possono essere ossidati per fornire energia, sono componenti delle membrane cellulari, essendo componenti dei fosfolipidi, e sono i precursori di potenti mediatori lipidici bioattivi.

INDICE

Struttura e proprietà degli acidi grassi

Gli acidi grassi sono acidi carbossilici di formula generale R–COOH, dove R– è una catena idrocarburica.
Un acido carbossilico è un composto organico che presenta il gruppo funzionale –COOH, o gruppo carbossilico, nel quale un atomo di carbonio lega tramite doppio legame un atomo di ossigeno, a formare un gruppo carbonilico, –C=O, e tramite legame semplice un gruppo ossidrilico, –OH.  Gli acidi carbossilici sono acidi deboli. La loro acidità è dovuta al gruppo carbossilico e sarà tanto maggiore quanto più corta è la catena idrocarburica.
Il gruppo R–, che impegna il quarto legame del carbonio carbossilico, nel caso più semplice è un atomo di idrogeno, e l’acido carbossilico corrispondente è l’acido formico, oppure è una catena idrocarburica che a sua volta potrà essere:

  • lineare o ramificata;
  • con unità carbocicliche;
  • con un numero pari o dispari di atomi di carbonio;
  • priva di doppi/tripli legami carbonio-carbonio, dunque satura;
  • con doppi/tripli legami carbonio-carbonio, dunque insatura.

Gli acidi grassi presenti negli alimenti hanno quasi sempre una catena carboniosa con un numero pari di atomi di carbonio, una lunghezza compresa tra 4 e 24 atomi, catena che può essere satura o presentare uno o più doppi legami. Per una lista di quelli più importanti per l’alimentazione dell’uomo si veda la pagina: elenco dei principali acidi grassi.
Gli acidi grassi ramificati sono comuni nei batteri Gram-positivi, e sono presenti in basse concentrazioni nei lipidi del latte e della carne dei ruminanti.

Polarità

Il gruppo carbossilico è un gruppo acido polare, mentre la catena idrocarburica ha carattere non polare. L’idrofobicità della catena aumenta all’aumentare della sua lunghezza, e questo determina il grado di solubilità dell’acido grasso in solventi polari e non polari.
Negli acidi grassi con catena carboniosa corta, la polarità del gruppo carbossilico vince sulla idrofobicità della catena, la molecola presenta carattere polare e risulta solubile in solventi polari come l’acqua e l’etanolo. L’acido butirrico è un esempio di acido grasso solubile in solventi polari.
All’aumentare della lunghezza della catena carboniosa la solubilità in solventi polari va riducendosi. A partire dall’acido caproico, la cui catena carboniosa è di due atomi più lunga rispetto a quella dell’acido butirrico, la polarità va diminuendo, e, con catene superiori ai 16-18 atomi di carbonio, quindi dall’acido palmitico e acido stearico in avanti, le molecole risultano del tutto insolubili in acqua. Esempi di acidi grassi solubili in solventi non polari sono l’acido arachidico, l’acido beenico e l’acido lignocerico, tre molecole sature con catene di 20-, 22- e 24 atomi di carbonio.

Punto di fusione ed ebollizione

Al pari della polarità, anche il punto di fusione ed il punto di ebollizione sono influenzati dalle proprietà della catena carboniosa.
I punti di fusione e di ebollizione degli acidi grassi saturi aumentano all’aumentare del peso molecolare, e quindi della lunghezza della catena. Le catene non ramificate prive di doppi legami hanno un andamento relativamente lineare, anche se un po’ a zig-zag. Ciò consente alle molecole di impacchettarsi in modo ravvicinato, il che permette lo stabilirsi di numerosi legami idrofobici intercatena che stabilizzano la struttura in una disposizione quasi cristallina. Questo determina l’innalzamento del punto di fusione e di ebollizione.
I punti di fusione ed ebollizione degli acidi grassi insaturi sono più bassi rispetto ai corrispondenti acidi grassi saturi. Ciò è conseguenza di differenze nella geometria molecolare della catena carboniosa dovute alla presenza di doppi legami.

Esempi, con formule di struttura, di acidi grassi saturi, insaturi e non coniugatiIl doppio legame ha una struttura planare rigida, ossia non permette rotazioni, possibili invece nel legame singolo, e può essere considerato come un piano al quale la catena carboniosa si attacca e procede, o entra ed esce. Quando in una molecola è presente almeno una struttura rigida, che può essere anche un anello, la molecola può presentare isomeria geometrica o isomeria cistrans. Se l’ingresso e l’uscita della catena avvengono sullo stesso lato del piano il doppio legame è detto in configurazione cis, mentre se l’ingresso e l’uscita avvengono su lati opposto del piano il doppio legame è detto in configurazione trans. La configurazione cis impone una curvatura nella catena. La catena curva fa si che le molecole si impacchettino con una efficienza minore rispetto agli acidi grassi saturi, stabilendo meno interazioni idrofobiche intermolecolari. Gli aggregati saranno meno stabili e sarà richiesta meno energia per allontanare le molecole le une dalle altre. Ne consegue che sia il punto di fusione che quello di ebollizione degli acidi grassi cis sarà più basso rispetto a quello degli acidi grassi saturi corrispondenti.
La configurazione trans ha una geometria simile a quella del legame singolo, raddrizza la catena carboniosa impartendo all’acido grasso una conformazione simile a quella degli acidi grassi saturi. Le molecole che presentano solo doppi legami trans potranno quindi impacchettarsi con una efficienza simile a quella degli acidi grassi saturi, con i quali avranno punti di fusione ed ebollizione simili.
Le differenze nella geometria tra i doppi legami cis e trans e tra acidi grassi saturi ed insaturi influenzano anche le loro funzioni biologiche; ad esempio, gli acidi grassi saturi e i trans formano strutture più rigide rispetto ai cis, e questo influenza la fluidità delle membrane biologiche in cui sono presenti.

Classificazione degli acidi grassi

Esistono diverse modalità di classificazione. Come visto in precedenza, gli acidi grassi possono essere classificati sulla base della loro polarità o delle caratteristiche strutturali della catena carboniosa.
Una della modalità più semplici prende in considerazione il numero pari o dispari degli atomi di carbonio della catena. Altre modalità si basano sulla presenza o meno di ramificazioni o strutture cicliche nella catena carboniosa, sulla sua lunghezza, sulla presenza o meno di doppi/tripli legami, sull’isomeria geometrica dei doppi legami, sul numero dei legami doppi/tripli, o sulla posizione del primo doppio legame rispetto all’estremità metilica della catena carboniosa. Infine, gli acidi grassi possono essere classificati sulla base della loro essenzialità per gli esseri umani. Di seguito alcuni esempi.

Lunghezza della catena carboniosa

Negli acidi grassi a catena lineare, la catena ha un lunghezza variabile da 1 fino a 30 e più atomi di carbonio.
Sulla base della lunghezza della catena possono essere classificati in acidi grassi:

  • a catena corta, nei quali la lunghezza della catena varia da 1 a 5 atomi di carbonio;
  • a catena media, dove la catena varia da 6 a 12 atomi di carbonio;
  • a catena lunga, dove la catene ha lunghezza compresa da 13 a 21 atomi di carbonio;
  • a catena molto lunga, dove la catena carboniosa ha lunghezza pari o superiore a 22 atomi di carbonio.

Saturi ed insaturi

In base alla presenza o meno di doppio/tripli legami nella catena carboniosa, gli acidi grassi possono essere classificati in:

  • saturi, che sono privi di doppio/tripli legami;
  • insaturi, nei quali è presente almeno un doppio/triplo legame.

In base al numero di doppi/tripli legami nella catena carboniosa, possono essere suddividi in:

  • monoinsaturi, quando è presente un solo doppio/triplo legame;
  • polinsaturi, quando è presente più di doppio/triplo legame.

Gli insaturi possono essere classificati in base alla posizione del primo doppio legame rispetto all’estremità metilica della catena.

Quando nella catena carboniosa è presente uno o più tripli legami l’acido grasso è definito acetilenico.

I polinsaturi possono essere classificati anche sulla base della presenza di sistemi di doppi legami coniugati.

  • Acidi grassi coniugati, quando due o più doppi legami non sono separati da uno o più gruppi metilenici (–CH2–).
  • Acidi grassi non coniugati, quando i doppi legami sono separati da almeno un gruppo metilenico. I principali acidi grassi polinsaturi hanno doppi legami non coniugati.

Isomeri cis e trans

Gli acidi grassi insaturi contenenti doppi legami possono essere classificati, sulla base della isomeria geometrica del doppio legame, in:

  • acidi grassi cis, i più comuni in Natura e negli alimenti;
  • acidi grassi trans, o TFA, acronimo dell’inglese trans fatty acid, o semplicemente grassi trans, meno comuni.
    In Natura i grassi trans sono prodotti dai batteri presenti nel rumine dei ruminanti, a partire dagli acidi grassi insaturi ingeriti dagli animali, e si ritrovano nel latte e nella carne. Tuttavia, i grassi trans presenti negli alimenti sono per la maggior parte di origine industriale, come sottoprodotto del processo di idrogenazione di oli ricchi in grassi insaturi. Va sottolineato che i grassi trans di origine industriali hanno un impatto negativo sulla salute dell’uomo.

L’acido oleico e l’acido elaidico o elaidinico sono un esempio di isomeria cistrans: l’acido elaidico è l’isomero trans dell’acido oleico. Altri grassi trans che si ritrovano nei cibi sono l’acido vaccenico e l’acido brassidico.

Acidi grassi essenziali

Gli acidi grassi possono essere classificati anche su base fisiologica, considerando la capacità o meno dell’organismo di sintetizzarli. Due acidi grassi insaturi, l’acido alfa-linolenico e l’acido linoleico, sono classificati come acidi grassi essenziali, in quanto gli animali non hanno il corredo enzimatico necessario per la loro sintesi, mancando della delta-12 desaturasi (EC 1.14.19.6) e della delta-15 desaturasi (EC 1.14.19.13). Pertanto debbono essere assunti con l’alimentazione.

Funzioni

Nelle cellule gli acidi grassi svolgono molte funzioni. Di seguito alcuni esempi.
Sono una fonte di energia. Dopo essere stati rilasciati dai trigliceridi intracellulari, vengono ossidati per produrre ATP all’interno della cellula stessa o, se rilasciati dai trigliceridi del tessuto adiposo, in cellule di altri tessuti e organi ai quali sono veicolati principalmente legati alle albumine. Fegato, cuore e muscolo scheletrico sono i principali siti di ossidazione. Dalla loro ossidazione le cellule ottengono una quantità di energia maggiore rispetto a quella ottenuta dall’ossidazione di carboidrati e proteine: in media 9 kcal/g contro 4 kcal/g di proteine ​​e carboidrati. Va tuttavia ricordato che dall’ossidazione degli acidi grassi saturi a catena corta si ottiene un quantitativo di energia inferiore: ad esempio dall’acido acetico 3,5 kcal/g, dall’acido propionico 5,0 kcal/g, dall’acido butirrico 6,0 kcal/g, e dall’acido caproico 7,5 kcal/g.
Sono precursori di potenti mediatori lipidici bioattivi che agiscono come parte di vie di trasduzione del segnale. Infatti, gli acidi grassi insaturi come l’acido arachidonico e l’acido docosaesaenoico, derivanti dal flusso sanguigno o rilasciati dai fosfolipidi di membrana, possono essere metabolizzati a potenti mediatori lipidici ad azione antiinfiammatoria, come Lipossine, Maresine, Resolvine della serie D, e a mediatori lipidici proinfiammatori, come Prostaglandine e Leucotrieni.
Hanno un ruolo strutturale nella formazione delle membrane cellulari essendo un componente dei fosfolipidi che sono a loro volta componenti chiave di tutte le membrane biologiche.

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Biochemistry, metabolism and nutrition