Gli acidi grassi insaturi sono una classe di acidi grassi la cui catena carboniosa presenta almeno un doppio o un triplo legame carbonio-carbonio.
Come gli altri acidi grassi, hanno formula generale R–COOH, dove il gruppo R– è una catena di atomi di carbonio, anche detta catena idrocarburica, di lunghezza variabile e generalmente lineare.
Il carattere distintivo della molecola è la presenza di legami multipli che influenzano, con la lunghezza della catena medesima, le proprietà chimico-fisiche della molecola.
Gli acidi grassi insaturi più comunemente presenti nell’alimentazione hanno uno o più doppi legami.
La presenza dell’insaturazione della catena carboniosa è il carattere distintivo alla base della loro classificazione, che permette la suddivisione in monoinsaturi e polinsaturi, in cis e trans, o in classi Omega.
In Sintesi: Punti Chiave
- Struttura e classificazione: molecole lineari o curve che presentano almeno un legame multiplo. Si suddividono in base al grado di insaturazione, all’isomeria geometrica e alla posizione del primo doppio legame.
- Proprietà chimico-fisiche: la conformazione cis crea curvature che riducono l’impacchettamento molecolare. Di conseguenza, queste molecole presentano punti di fusione ed ebollizione inferiori rispetto ai corrispondenti acidi grassi saturi.
- Sensibilità all’ossidazione: i doppi legami creano idrogeni in posizione allilica e bis-allilica altamente reattivi. Questa vulnerabilità li rende sensibili a luce, calore e ossigeno, rendendoli inadatti alle cotture ad alta temperatura.
- Stato molecolare e circolazione: sono prevalentemente esterificati in fosfolipidi e triacilgliceroli. La quota libera circola legata all’albumina per evitarn gli effetti tossici e detergenti.
- Funzioni energetiche e biologiche: apportano circa 9 kcal/g. Regolano la fluidità di membrana, partecipano alla formazione dei raft lipidici e fungono da precursori di mediatori infiammatori o da segnali ormonali.
Indice
- Struttura della catena carboniosa
- Proprietà chimico-fisiche
- Sensibilità all’ossidazione
- Classificazione
- Acidi grassi esterificati e non esterificati
- Ruolo energetico
- Ruolo strutturale e biologico
- Bibliografia
Struttura della catena carboniosa
La catena carboniosa degli acidi grassi insaturi più comunemente presenti negli alimenti, come quella degli altri acidi grassi alimentari, è lineare, con un numero pari di atomi compreso tra 10 e 24 e almeno un doppio legame.
I doppi legami hanno una geometria planare e fungono da piani di riferimento da cui la catena carboniosa entra ed esce. Se l’ingresso e l’uscita sono sullo stesso lato del piano, il doppio legame è definito in configurazione cis e incurva la catena; se invece sono su lati opposti si parla di configurazione trans, e la catena rimane lineare come nei saturi. Gli acidi grassi insaturi più comuni hanno i doppi legami in configurazione cis.
Proprietà chimico-fisiche
Come per gli altri acidi grassi, le proprietà chimico-fisiche degli acidi grassi insaturi quali idrofobicità, punto di fusione e di ebollizione, stabilità all’ossidazione ed effetti biologici sono profondamente influenzate dalla natura della catena carboniosa.
Tuttavia, sebbene valga la regola generale che all’aumentare della lunghezza della catena aumentino l’idrofobicità, il punto di fusione e il punto di ebollizione, la presenza del o dei doppi legami in configurazione cis fa sì che i valori risultino in genere più bassi rispetto ai corrispondenti acidi grassi saturi. La curvatura causata dal doppio legame cis riduce la capacità di impacchettamento e quindi il numero di legami idrofobici intercatena. Sarà quindi necessaria meno energia per allontanare le molecole, richiedendo quindi meno energia per allontanare le molecole, il che si traduce in punti di fusione ed ebollizione più bassi. Gli acidi grassi trans, non avendo una curvatura accentuata come i loro omologhi cis, hanno proprietà chimico-fisiche simili ai corrispondenti acidi grassi saturi.
Sensibilità all’ossidazione
La presenza nella catena carboniosa di doppi legami rende gli acidi grassi insaturi più sensibili all’ossidazione, ossia all’attacco da parte dell’ossigeno o di altri agenti ossidanti, rispetto agli acidi grassi saturi.
I doppi legami creano punti di vulnerabilità chimica: gli atomi di idrogeno in posizione allilica e bis-allilica. I primi sono gli idrogeni legati ai carboni immediatamente adiacenti al singolo doppio legame; i secondi, legati al carbonio metilenico interrotto situato tra due doppi legami e ancora più sensibili alla perossidazione lipidica, diventano i bersagli ideali per gli agenti ossidanti. A causa di queste caratteristiche chimiche, gli acidi grassi insaturi risultano anche meno resistenti all’attacco di calore e luce rispetto agli saturi.
Un risvolto pratico della reattività chimica degli acidi grassi insaturi è la scelta del tipo di grasso per cotture ad alta temperatura. Per evitare la formazione di composti tossici, sono da evitare oli che presentino un’elevata percentuale di acidi grassi insaturi, come l’olio di soia, di mais o di girasole, preferendo invece burro chiarificato, strutto, olio di cocco o di palma, ricchi in grassi saturi.
Classificazione
Al pari degli altri acidi grassi, anche gli acidi grassi insaturi possono essere suddivisi in classi sulla base della lunghezza della catena. Tuttavia, ciò che definisce la molecola a livello biologico e nutrizionale è il grado di insaturazione, l’isomeria cis-trans del doppio legame, la posizione del primo doppio legame rispetto all’estremità metilica e le posizioni relative dei doppi legami.
In natura sono stati identificati oltre cento acidi grassi insaturi, la maggior parte dei quali molto rari. Nella tabella sottostante sono riportati i 22 acidi grassi insaturi più comuni nell’alimentazione.
Per una lista completa dei più comuni acidi grassi presenti nell’alimentazione si rimanda alla pagina elenco degli acidi grassi.
| Classe | Nome comune | Nome IUPAC | Notazione abbreviata |
|---|---|---|---|
| Acidi grassi monoinsaturi | Acido caproleico | Acido deca-9-enoico | 10:1n-1 |
| Acido lauroleico | Acido (Z)-dodeca-9-enoico | 12:1n-3 | |
| Acido miristoleico | Acido (Z)-tetradeca-9-enoico | 14:1n-5 | |
| Acido palmitoleico | Acido (Z)-esadeca-9-enoico | 16:1n-7 | |
| Acido oleico | Acido (Z)-ottadeca-9-enoico | 18:1n-9 | |
| Acido elaidico | Acido (E)-ottadeca-9-enoico | – | |
| Acido vaccenico | Acido (E)-ottadeca-11-enoico | – | |
| Acido gadoleico | Acido (Z)-icosa-9-enoico | 20:1n-11 | |
| Acido erucico | Acido (Z)-docosa-13-enoico | 22:1n-9 | |
| Acido brassidico | Acido (E)-docosa-13-enoico | – | |
| Acido nervonico | Acido (Z)-tetracosa-15-enoico | 24:1n-9 | |
| Acidi grassi polinsaturi | Acido linoleico | Acido (9Z,12Z)-ottadeca-9,12-dienoico | 18:2n-6 |
| Acido alfa-linolenico | Acido (9Z,12Z,15Z)-ottadeca-9,12,15-trienoico | 18:3n-3 | |
| Acido gamma-linolenico | Acido (6Z,9Z,12Z)-ottadeca-6,9,12-trienoico | 18:3n-6 | |
| Acido columbinico | Acido (5E,9Z,12Z)-ottadeca-5,9,12-trienoico | – | |
| Acido stearidonico | Acido (6Z,9Z,12Z,15Z)-ottadeca-6,9,12,15-tetraenoico | 18:4n-3 | |
| Acido Mead | Acido (5Z,8Z,11Z)-icosa-5,8,11-trienoico | 20:3n-9 | |
| Acido diomo-gamma-linolenico | Acido (8Z,11Z,14Z)-icosa-8,11,14-trienoico | 20:3n-6 | |
| Acido arachidonico | Acido (5Z,8Z,11Z,14Z)-icosa-5,8,11,14-tetraenoico | 20:4n-6 | |
| Acido eicosapentaenoico | Acido (5Z,8Z,11Z,14Z,17Z)-icosa-5,8,11,14,17-pentaenoico | 20:5n-3 | |
| Acido docosapentaenoico | Acido (7Z,10Z,13Z,16Z,19Z)-docosa-7,10,13,16,19-pentaenoico | 22:5n-3 | |
| Acido docosaesaenoico | Acido (4Z,7Z,10Z,13Z,16Z,19Z)-docosa-4,7,10,13,16,19-esaenoico | 22:6n-3 |
Nota: la notazione numerica convenzionale definisce la posizione dei doppi legami assumendo la conformazione cis; gli isomeri trans non hanno una codifica numerica standard e vengono identificati tramite il nome IUPAC o con l’aggiunta del suffisso “t” (es. 18:1n-9t).
Acidi grassi mono- e polinsaturi
Nella catena idrocarburica degli acidi grassi insaturi sono presenti uno o più doppi legami carbonio-carbonio.
Quando è presente un singolo doppio legame l’acido grasso è definito monoinsaturo (MUFA). In una dieta di tipo mediterraneo l’acido grasso insaturo più abbondante è l’acido oleico, il principale acido grasso dell’olio di oliva.
In presenza di almeno due doppi legami l’acido grasso è definito polinsaturo (PUFA). Nella dieta umana i PUFA sono rappresentati quasi esclusivamente dagli acidi linoleico e α-linolenico, a meno che non si consumi molto pesce, nel qual caso si riscontrano buone quantità di acido eicosapentaenoico e acido docosaesaenoico.
Sulla base delle posizioni relative dei doppi legami, si individuano tre categorie.
- Coniugati: i doppi legami si alternano a legami singoli. I più comuni sono trieni, presenti in piccola quantità nei grassi animali e abbondanti solo in pochi oli di semi. Anche se esistono dieni coniugati, come l’acido sorbico (acido 2,4-esadienoico) o l’acido trans-2-cis-4-decadienoico, un componente dell’aroma della pera Williams o pera Bartlett negli Stati Uniti e in Canada, questi sono relativamente rari nei grassi vegetali rispetto alle forme non coniugate.
- Non coniugati: i doppi legami sono separati da uno o più atomi di carbonio con soli legami singoli, di solito in una disposizione con interruzione metilenica. Sono i PUFA più importanti in termini di frequenza di comparsa negli alimenti.
- Strutture non interrotte da gruppi metilenici: come acidi grassi i cui doppi legami non sono del tutto in una disposizione con interruzione metilenica. Si ritrovano in alcuni microrganismi, in lipidi ottenuti da animali marini e in alcuni oli di semi.
In presenza di uno o più tripli legami, l’acido grasso viene definito acetilenico. Presentano una catena carboniosa lineare e si ritrovano raramente in grassi e oli non trattati, essendo presenti solo in alcuni muschi e in un certo numero di oli di semi non comuni.
Acidi grassi cis e trans
Gli acidi grassi insaturi possono essere classificati in base all’isomeria dei doppi legami. In presenza di almeno un doppio legame trans, l’acido grasso è definito acido grasso trans. La configurazione trans è meno comune rispetto alla cis.
Classificazione Omega
Gli acidi grassi insaturi possono essere classificati in base alla posizione del primo doppio legame rispetto all’estremità metilica della molecola, indicata con il numero 1. Le classi derivanti sono definite con le sigle Omega, da Omega-1 (n-1) fino a Omega-12 (n-1). In passato, in luogo della lettera n era utilizzata la lettera ω.
Nell’alimentazione umana le categorie più importanti sono gli Omega-3, Omega-6 e Omega-9. Considerando anche la famiglia Omega-7 sono compresi quasi tutti gli acidi grassi insaturi presenti nella normale alimentazione.
Acidi grassi esterificati e non esterificati
La stragrande maggioranza degli acidi acidi grassi presenti nell’organismo non sono in forma libera, in quanto potenzialmente tossici/detergenti, ma sono legati tramite legame estere ad altre molecole: al glicerolo 3-fosfato, per formare i fosfolipidi, i principali costituenti non proteici delle membrane cellulari, al glicerolo, per dare i triacilgliceroli, e agli steroli, per formare i corrispondenti esteri.
Generalmente nelle membrane cellulari gli acidi grassi insaturi si ritrovano nella posizione sn-2 dei fosfolipidi e hanno da 18 a 20 atomi di carbonio. In posizione sn-1 sono più spesso presenti acidi grassi saturi con un numero di atomi di carbonio compreso tra 16 e 18.
Nei triacilgliceroli gli acidi grassi monoinsaturi e quelli saturi a catena lunga tendono a essere nelle posizioni sn-1 e sn-3, mentre gli acidi grassi polinsaturi in posizione sn-2. In particolare, gli acidi oleico e linoleico, insieme all’acido palmitico, un acido grasso saturo, rappresentano i tre acidi grassi di gran lunga più abbondanti nei triacilgliceroli del tessuto adiposo e delle lipoproteine plasmatiche.
La piccola percentuale di acidi grassi presente in circolo in forma libera, indicata come FFA o NEFA, rispettivamente dall’inglese free fatty acids e non-esterified fatty acids, deriva dai processi di lipolisi, e si trova quasi totalmente legata all’albumina.
Ruolo energetico
Gli acidi grassi presenti nei trigliceridi rappresentano la principale riserva energetica della cellula. Grazie all’elevato stato di riduzione degli atomi di carbonio, una volta rilasciati dai triacilgliceroli e ossidati aerobicamente attraverso la β-ossidazione, forniscono in media 9 kcal/g (37,6 kJ/g), più del doppio rispetto a carboidrati e proteine.
Nota biochimica: a parità di atomi di carbonio, la presenza di insaturazioni riduce leggermente il contenuto di idrogeno della molecola, determinando una resa in ATP leggermente inferiore rispetto ai corrispondenti acidi grassi saturi. Se ad esempio confrontiamo l’acido stearico, acido grasso saturo a 18 carboni, e l’acido oleico, monoinsaturo a 18 carboni, il primo genera circa 122 ATP, mentre il secondo circa 120,5 ATP: con una differenza dell’1,23%. Questo è il motivo per cui, a livello nutrizionale, la resa energetica per grammo è approssimata a 9 kcal/g per tutti gli acidi grassi.
Ruolo strutturale e biologico
Come componenti dei fosfolipidi, gli acidi grassi influenzano direttamente l’architettura delle membrane cellulari. A differenza delle proteine o dei carboidrati complessi, le cui unità costitutive vengono demolite e risintetizzate, gli acidi grassi assunti con la dieta sono incorporati direttamente come tali nella matrice fosfolipidica.
Le loro proprietà chimico-fisiche governano la funzionalità cellulare in due modi principali.
- Fluidità e raft lipidici: la curvatura della catena carboniosa imposta dalla presenza di doppi legami cis crea una struttura che, impedendo l’impacchettamento serrato tra le catene adiacenti, aumenta la fluidità di membrana. Al contrario, le zone ricche di grassi saturi lineari, trans e colesterolo tendono a formare microdomini più rigidi noti come raft lipidici, piattaforme fondamentali per l’alloggiamento di recettori e proteine di segnalazione.
- Risposta infiammatoria e immunitaria: i PUFA a 20 atomi di carbonio presenti nella posizione sn-2 dei fosfolipidi, come gli acidi arachidonico ed eicosapentaenoico, fungono da precursori per la sintesi degli eicosanoidi, ossia prostaglandine, trombossani e leucotrieni. Il rilascio di questi mediatori lipidici bioattivi modula i processi infiammatori, pressori e di coagulazione del sangue.
Oltre al ruolo strutturale e di riserva per mediatori infiammatori, alcuni acidi grassi insaturi liberi agiscono direttamente come molecole di segnalazione ormonale, definite lipochine. È il caso dell’acido palmitoleico, rilasciato dal tessuto adiposo per migliorare e stimolare la sensibilità all’insulina a livello epatico e muscolare.
Bibliografia
- Akoh C.C., Min D.B. Food lipids: chimistry, nutrition, and biotechnology. 4th Edition. Boca Raton: CRC Press, 2017. doi:10.1201/9781315151854
- Alberts B., Johnson A., Lewis J., Morgan D., Raff M., Roberts K., Walter P. Molecular biology of the cell. 7th Edition. Garland Science, Taylor & Francis Group, 2022.
- Cao H., Gerhold K., Mayers J.R., Wiest M.M., Watkins S.M., Hotamisligil G.S. Identification of a lipokine, a lipid hormone linking adipose tissue to systemic metabolism. Cell 2008; 134:933-944. doi:10.1016/j.cell.2008.07.048
- Chow Ching K. Fatty acids in foods and their health implication. 3rd Edition. CRC Press, Taylor & Francis Group, 2008.
- Guyton A.C., Hall J.E. Textbook of medical physiology. 14th Edition. Philadelphia: Elsevier, 2021.
- Olefsky J.M. Fat Talks, Liver and Muscle Listen. Cell 2008; 134:914-916. doi:10.1016/j.cell.2008.09.001
- Soderberg T. Organic chemistry with a biological emphasis. Volume I. Chemistry Publications. 2019.
- Solomons T.W.G., Fryhle C.B., Snyder S.A. Solomons’ organic chemistry. 12th Edition. John Wiley & Sons Incorporated, 2017.
- Stipanuk M.H., Caudill M.A. Biochemical, physiological, and molecular aspects of human nutrition. 4th Edition. St. Louis: Elsevier, 2018.
Domande Frequenti
Qual è la differenza tra acidi grassi insaturi cis e trans?
Negli isomeri cis l'ingresso e l'uscita della catena carboniosa sono sullo stesso lato del doppio legame, piegando la molecola e aumentando la fluidità di membrana. Nei trans sono su lati opposti: la catena resta lineare, conferendo proprietà chimico-fisiche simili ai grassi saturi.
Perché i grassi insaturi hanno punti di fusione più bassi dei saturi?
La curvatura impressa dai doppi legami in configurazione cis impedisce alle molecole di impacchettarsi in modo serrato. Questo riduce il numero di interazioni idrofobiche intercatena, richiedendo meno energia termica per allontanare le molecole e passare allo stato liquido.
Quali oli evitare nelle cotture ad alta temperatura e perché?
Sono da evitare gli oli ricchi di acidi grassi polinsaturi, come soia, mais e girasole. I loro doppi legami creano idrogeni allilici e bis-allilici altamente reattivi, che sotto l'azione di luce e calore subiscono una rapida perossidazione lipidica, formando composti tossici.