Lipidi 2013-14 - Share Dschola

LIPIDI
• Una delle quattro principali classi di sostanze biologicamente
attive (carboidrati, proteine, acidi nucleici)
• INSOLUBILI IN ACQUA , SOLUBILI NEI SOLVENTI ORGANICI
APOLARI
• Differenza fra Grassi e Oli
• Variano moltissimo per struttura chimica:
– Lipidi semplici costituiti solo da C, H e O
– Lipidi complessi nella cui molecola sono presenti altri tipi di gruppi
(fosfato, carboidrati, proteine)
LIPIDI
I lipidi vengono molto spesso suddivisi in due gruppi: LIPIDI
SAPONIFICABILI e LIPIDI INSAPONIFICABILI.
• 1- lipidi saponificabili: composti che si scindono per idrolisi
alcalina formando saponi (sali degli acidi grassi); devono tale
proprietà alla presenza nella molecola di almeno un gruppo
estere. Fra i lipidi saponificabili troviamo i trigliceridi, i
fosfolipidi, i glicolipidi, le cere.
• 2- lipidi insaponificabili: sostanze che non subiscono l'idrolisi
alcalina con liberazione di acidi grassi. Fra i lipidi
insaponificabili troviamo i terpeni, gli steroidi,le vitamine
liposolubili.
LIPIDI
Hanno un ruolo biologico di importanza enorme e svolgono
molte funzioni :
• Energetica – potere calorico 9kcal/g; principalmente ruolo di
riserva energetica, sono metabolizzati per produrre ATP ma
solo quando non sono più disponibili carboidrati
• Strutturale - componenti principali delle membrane cellulari
e di strutture di rivestimento e protezione di organi;
protezione dal freddo
• Funzionale – svolgono un ruolo di controllo del metabolismo
in quanto alcuni ormoni e vitamine sono di natura lipidica
ACIDI GRASSI
•
•
•
•
•
Componenti comuni alla maggior parte dei lipidi naturali
Sono acidi monocarbossilici con più di tre atomi di C;
la catena alifatica può essere satura o insatura, corta, media o lunga.
Quelli più frequenti nei tessuti di mammifero hanno catena lineare e numero pari
di atomi di carbonio
La composizione in acidi grassi è tipica di ogni lipide naturale
Gli acidi grassi naturali insaturi hanno tutti i doppi legami in configurazione cis e
mai coniugati
ACIDI GRASSI
ACIDI GRASSI– Proprietà Fisiche
• Punto di fusione aumenta con l’allungarsi della catena alifatica
• La presenza di doppi legami causa l’abbassamento del punto di fusione
(configurazione cis)
• Sono molecole anfipatiche, cioè con testa polare e coda apolare
• Gli acidi grassi saturi sono presenti soprattutto nei lipidi animali, quelli
insaturi nei lipidi vegetali
• Gli acidi grassi detti ω 3 (omega3) sono quelli in cui è presente un doppio
legame sul terzo C partendo dalla coda della molecola
• Gli acidi linoleico e linolenico sono definiti AGE o EFA (Acidi Grassi
Essenziali o Essential Fatty Acids) perché devono essere introdotti con
l’alimentazione
ACIDI GRASSI – Proprietà Fisiche
•
Ac. stearico (18:0) pf 69.7°C
ac. oleico (18:1) pf 16°C
ac. linoleico (18:2)pf -5°C
ACIDI GRASSI– acido linolenico (18:3)
H
H
H
H
H
H
COOH
ACIDI GRASSI – acido arachidonico (20:4)
H H
H
H H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H H H H H H
H
HH H H
H
C
H
H
H H
O
OH
ACIDI GRASSI – Proprietà Fisiche
69,7°C
16°C
- 5°C
Aumentando il grado di insaturazione della catena diminuisce la probabilità che
si contraggano legami intermolecolari
ACIDI GRASSI – Proprietà Chimiche
•
•
•
•
Acidi deboli, pKa circa 5
Al pH fisiologico sono presenti in forma dissociata (RCOO-)
In questa forma possono disporsi in
– monostrati, se a contatto con aria e acqua, (code verso l’aria e testa verso
l’acqua)
– micelle se posti in acqua e se in concentrazione sufficiente (code verso
l’interno e teste verso l’esterno)
Quelli insaturi sono sensibili alla ossidazione
micella
ACIDI GRASSI - saponi
• i saponi sono i sali di Na e K di acidi grassi; sono sali di acidi
deboli quindi
– in acqua formano soluzioni basiche per idrolisi
– In presenza di ioni Ca e Mg formano sali insolubili che
precipitano
• I detergenti sintetici sono sali di acidi forti (solfati o solfonati
di lunghe catene lineari ) e quindi
– In acqua formano soluzioni neutre
– In presenza di ioni Ca e Mg formano sali solubili, quindi
possono essere usati anche in acque dure
ACIDI GRASSI - metabolismo
• Gli acidi grassi sono sintetizzati nell’organismo a partire
dall’unità di base (acido acetico)
• Vengono generati dai grassi introdotti con la dieta ad
opera di enzimi denominati LIPASI; si trovano in
circolazione nel sangue liberi se a catena corta, legati a
lipoproteine se a catena lunga
• Nei mitocondri sono ossidati (BETA OSSIDAZIONE) a CO2
e H2O, con demolizione della catena alchilica accorciata
di due atomi di C per volta.
GLICERIDI
• Sono esteri del glicerolo con una, due o tre molecole di acidi grassi
• Sono detti gliceridi semplici se gli acidi grassi sono uguali, misti se sono
diversi
• Nomenclatura: si costruisce considerando i gliceridi come acilgliceroli
Ad es . la molecola sotto è 1-oleil-2,3-dipalmitoilglicerolo
O
CH 3 (CH 2 ) 14
C
CH 2 O
O
C
O
H
H
C
(CH 2 ) 7 C
C
C
(CH 2 ) 14 CH 3
H
CH 2 O
O
(CH 2 ) 7 CH 3
CH2OH
H C
CH2OH
HO
glicerolo
CH O
2
H
HO
COR
C
CH O
2
H
CH OH
2
monogliceride
HO
COR
CH O
2
C
H
C H OCOR
2
digliceride
RCOO
COR
C
C H OCOR
2
trigliceride
GLICERIDI
Proprietà fisiche:
• Molecole apolari, del tutto insolubili in acqua
• Il punto di fusione dipende dalla natura degli acidi grassi
– Prevalenza di ac. grassi saturi = solidi = grassi
– Prevalenza di ac. grassi insaturi = liquidi = oli
• Ruolo biologico principale : riserva energetica, facilitano assorbimento di
vitamine liposolubili
Proprietà chimiche:
• Idrolisi acida acidi grassi + glicerolo
• Idrolisi basica Sali di acidi grassi (saponi) + glicerolo
• Idrogenolisi glicerolo + alcoli a lunga catena derivati dalla riduzione
degli ac. grassi
• Indurimento = gliceridi liquidi gliceridi solidi per saturazione dei doppi
legami
• Irrancidimento = ossidazione delle catene degli ac. grassi
CERE
• Lipidi del tutto apolari e idrofobici, malleabili, p.f. circa 45°C, resistenti alla
ossidazione, formati da miscele di:
– Esteri di acidi grassi e di alcoli monovalenti a lunga catena
– Esteri di acidi grassi e steroli
• Origine animale o vegetale con funzioni di protezione, idrorepellenza,
strutturale
– C15H31COOC30H61 palmitato di miricile, componente della cera di
api
– C15H31COOC16H33 palmitato di cetile, componente dello
spermaceti ricavato dal capodoglio
PROSTAGLANDINE
• Contengono 20 atomi di C e derivano dall’acido arachidonico
• Sono presenti in molti tessuti dove svolgono azioni molto diverse:
– Intervengono nel regolare la digestione, la circolazione sanguigna, la
pressione e la riproduzione. Inoltre le cellule danneggiate rilasciano
prostaglandine che inducono l’infiammazione e i dolori perché
aumentano la permeabilità dei capillari.
– Sono usate come farmaci per curare l’ipertensione, asma, ulcera
gastrica, per prevenire il concepimento
– L’aspirina agisce come antiinfiammatorio perché inibisce la sintesi
delle prostaglandine
FOSFOLIPIDI
• Sono costituiti da un alcol (glicerolo o sfingosina), acidi grassi,
gruppo fosfato, un aminoalcol
• Sono molecole anfipatiche, con due code apolari e una testa
polare
• Il loro ruolo biologico principale è strutturale e di protezione
• Rappresentano il 40% dei costituenti della membrana
cellulare
• Sono classificati in :
– fosfogliceridi
– sfingofosfolipidi
Fosfogliceridi
CH2-O-C-R
O
R-C-O-CH
O
O
CH2O-P-O – X
O-
X = -CH2-CH2-NH2 (etanolammina)
fosfogliceride = cefalina
X = -CH2-CH2-N (CH3)3 (colina)
fosfogliceride = lecitina
X = -CH2-CH-COOH (serina)
NH2
X = inositolo
La porzione di molecola costituita da glicerolo, acidi grassi,
gruppo fosfato senza il gruppo X è detta acido fosfatidico
Fosfogliceridi - lecitine
• Le lecitine naturali sono miscele di fosfatidilcolina, colesterolo,
trigliceridi; l’acido grasso più abbondante è l’ac. linoleico
• Sono presenti nelle membrane cellulari, abbondanti nel tuorlo
d’uovo e nei semi di soia
• Agiscono come emulsionanti nella bile e nel trasporto dei
grassi nel sangue
• Sono ampiamente utilizzate come emulsionanti, stabilizzanti,
disperdenti, umettanti in prodotti da forno, cioccolata,
margarine, maionese
• Sono utilizzate per ridurre la colesterolemia e migliorare lo
stato del fegato
Sfingofosfolipidi
CH3-(CH2)12-CH=CH-CH-OH
sfingosina
O
CH-NH-C-R (ac. grasso a catena molto lunga)
O
CH2-O-P-O-CH2-CH2-N(CH3)3
O–
Se l’aminoalcol è la colina si parla di sfingomielina, lo sfingolipide più
abbondante. È presente nella guaina mielinica che riveste le fibre
nervose. Un difetto nella guaina può provocare gravi malattie come la
sclerosi multipla.
Fosfolipidi – proprietà fisiche
acidi grassi
Micella
fosfolipidi
bilayer
Vescicola
(liposoma)
Fosfolipidi- proprietà fisiche
sono i costituenti principali delle membrane cellulari
Fosfolipidi
Fosfolipidi – membrana cellulare
• Costituita da lamine bidimensionali di fosfolipidi in cui sono
inserite proteine, glicoproteine, glicolipidi, colesterolo.
(Modello a mosaico fluido)
• Se nelle code apolari dei fosfolipidi prevalgono acidi grassi
insaturi la membrana é più fluida, se prevalgono acidi grassi
saturi che si impaccano meglio, la membrana è più viscosa
• Il colesterolo si dispone con il suo OH vicino alle teste polari
dei fosfolipidi riducendo la fluidità della membrana alle medie
temperature ma ne aumenta la stabilità meccanica e
impedisce la solidificazione alle basse temperature
GLICOLIPIDI
• Sono costituiti da un alcol (glicerolo o sfingosina), acidi grassi, una o più
molecole di monosaccaridi (glucosio o galattosio)
• Sono abbondanti nelle membrane cellulari animali e vegetali
• Insieme alle glicoproteine intervengono nel riconoscimento di sostanze
chimiche esterne e nel costituire il sistema di riconoscimento cellulare (
“impronta digitale “, gruppi sanguigni)
• Sono classificati in glicogliceridi e sfingoglicolipidi
CH2-O-COR
RCOO-CH
CH2-O-glucosio
Glicogliceride
CH3-(CH2)12-CH=CH-CH-OH
RCO-NH-CH
CH2-O-glucosio
Sfingoglicolipide
LIPIDI NON SAPONIFICABILI
• Sono molecole apolari senza gruppi idrolizzabili
• Grande eterogeneità di struttura ma hanno in comune la presenza
del medesimo precursore, l’isoprene, composto che non esiste
libero in natura perché ha una grande tendenza a polimerizzare
CH2=C (CH3)-CH=CH2
• Sono classificabili in
– Terpeni
– Vitamine liposolubili
– Ormoni steroidei
isoprene
Terpeni
•
•
Sono composti abbondanti nel mondo vegetale, presenti negli oli essenziali e
quindi molto usati in profumeria
Sono formati da 2 o più unità isopreniche, talvolta parzialmente modificate
geraniolo
nerolo (rosa)
farnesolo (mughetto)
limonene
α-pinene
Vitamine
• VITAMINE = sostanze indispensabili per la vita anche se in piccole
quantità; l’organismo non è in grado di sintetizzarle, devono quindi
essere introdotte con l’alimentazione.
• Sono composti con struttura chimica molto eterogenea, classificati
in idrosolubili (gruppo B, C, H) e liposolubili (A,D,E,K)
• Intervengono nei processi chimici cellulari come coenzimi o
direttamente o dopo modificazioni
• Un apporto insufficiente (ipovitaminosi o avitaminosi) genera
malattie (rachitismo, scorbuto, beriberi, pellagra..)
• Un apporto eccessivo può generare disturbi, anche gravi, solo per le
liposolubili
• Una alimentazione varia e corretta soddisfa ampiamente la richiesta
di vitamine
Ormoni
• ORMONE: sostanza secreta da ghiandole in grado di
influenzare anche a distanza l’attività di altri organi.
• Gli ormoni, in quanto messaggeri chimici, provvedono alla
regolazione della crescita, della maturazione e della
riproduzione di determinate cellule o tessuti ed inoltre
collaborano al mantenimento del normale equilibrio
metabolico dell'organismo.
• In base alla struttura chimica sono classificati in
– Steroidei
– Peptidici
– Derivati da aminoacidi
Ormoni steroidei
• Presentano tutti il nucleo steroideo, può mancare la catena laterale;
• Il nucleo è sintetizzato nelle cellule a partire da Acetil CoA, trasformato in
squalene, poi in lanosterolo e infine in colesterolo; dal colesterolo
derivano tutti gli ormoni steroidei
colesterolo
ormoni sessuali
ormoni renali (aldosterone)
vitamina D3
Sali biliari
cortisolo e cortisone
DIGESTIONE
• La digestione è un insieme di azioni fisiche e chimiche
volte a scomporre le macromolecole introdotte con il
cibo (lipidi, proteine, polisaccaridi) nelle relative
molecole di base (glicerolo, acidi grassi, aminoacidi,
monosaccaridi)
• Le molecole di base sono sufficientemente piccole per
passare nel sangue, essere trasportate in tutti i distretti
dell’organismo e oltrepassare le membrane cellulari
• All’interno delle cellule saranno destinate o ad essere
ossidate con produzione di energia (catabolismo) o a
ricostruire le macromolecole costitutive delle cellule
(anabolismo)
Digestione lipidi
•
•
•
•
•
•
•
I trigliceridi vengono principalmente digeriti nel duodeno (pH 8) dove si riversano il
succo pancreatico (lipasi pancreatica) e la bile (sali biliari, lecitine, bilirubina)
Per azione della lipasi i trigliceridi vengono idrolizzati a acidi grassi, glicerolo e
monoacilgliceroli che per diffusione semplice passano nelle cellule dell’intestino
Qui vengono ricomposti i trigliceridi poi legati a proteine idrosolubili per formare i
chilomicroni
I chilomicroni passano nella linfa, poi nel sangue che li distribuisce alle cellule
L’organismo deve trasferire alle cellule sia i trigliceridi introdotti con l’alimentazione che
quelli sintetizzati dal fegato; però i trigliceridi sono apolari mentre il sangue è polare
Perciò li unisce a molecole idrofile (proteine) formando Lipoproteine che sono
costituite da proteine, trigliceridi, colesterolo, acidi grassi, monoacilgliceroli
Le lipoproteine sono classificate in base alla loro densità in
– Chilomicroni
– VLDL (a bassissima densità)
– LDL (a bassa densità)
– HDL (ad alta densità)
Lipoproteine di trasporto
lipoproteina
chilomicroni
VLDL
LDL
HDL
Densità ( g/mL) 0.93
0.95-1.006
1.019-1.063
1.063-1.210
Diametro (A°)
800-5000
300-800
216
74-100
% proteine e %
lipidi
<2 ; 98
8 ; 92
22 ; 78
50 ; 50
Lipide
maggiore
trigliceridi
trigliceridi
colesterolo
colesterolo
Funzione
principale
Trasporto
trigliceridi
assunti con
alimenti
Trasporto
trigliceridi
sintetizzati da
organismo
Trasporto
colesterolo ai
tessuti
periferici
Trasporto
colesterolo dai
tessuti
periferici al
fegato
origine
intestino
fegato
Metabolismo
VLDL
Intestino,
fegato
CATABOLISMO DEI LIPIDI
• Sia il glicerolo che gli acidi grassi possono
essere ossidati per produrre energia sotto
forma di ATP ma in vie metaboliche diverse
• La via catabolica degli acidi grassi è detta βossidazione; consiste nel distacco, tramite 4
successive reazioni, di una molecola di
AcetilCoA
• Le molecole di Acetil CoA verranno utilizzate
in altre vie metaboliche
β-ossidazione
• Gli acidi grassi devono essere prima attivati, legandoli con il
CoA SH a spese di una molecola di ATP; si forma un tioestere
R-CH2-CH2-COOH + CoA-SH + ATP R-CH2-CH2-CO-SCoA + H2O + AMP+Ppi
• Inizia il ciclo di 4 reazioni con cui si stacca un acetil CoA
– CH3-(CH2)14-CH2-CH2-CO-SCoA + FAD CH3-(CH2)14-CH=CH-CO-SCoA + FADH2
– CH3-(CH2)14-CH=CH-CO-SCoA + H2O CH3-(CH2)14-CH (OH)CH2-CO-SCoA
– CH3-(CH2)14-CH (OH)CH2-CO-SCoA + NAD+ CH3-(CH2)14-COCH2-CO-SCoA +
NADH + H+
– CH3-(CH2)14-COCH2-CO-SCoA + CoASH CH3-(CH2)14-CO-SCoA + CH3-CO-SCoA
β-ossidazione
• Ogni ciclo di 4 reazioni (deidrogenazione, idratazione,
ossidazione, distacco di acetilCoA) accorcia la catena
dell’acido grasso di 2 C e produce 1 FADH2 e 1 NADH +H
• Da una molecola di acido stearico ad esempio con il ripetersi
di 8 cicli si otterranno:
CH3-(CH2)16-CO-SCoA + 8 FAD + 8 NAD + 8 H2O + 8 CoASH 9 CH3-COSCoA + 8 FADH2 +8 NADH + 8 H
• I coenzimi NADH e FADH2 saranno riossidati liberando energia
come ATP; 1 NADH 3 ATP
1 FADH2 2 ATP
• Il bilancio energetico della β-ossidazione di una sola molecola
di acido stearico è quindi: (8x3) + (8x2) = 40 ATP – 2ATP = 38
ATP
LIPIDI – potere calorico
• I lipidi hanno un potere calorico elevato ( 9
kcal/g). Ciò dipende da:
– Gli atomi di C hanno un numero di ossidazione
basso, quindi l’ossidazione completa dei lipidi
richiede molto più ossigeno rispetto ai carboidrati
o alle proteine
– Sono molecole apolari quindi 1 g di lipide contiene
solo lipide, mentre 1g di proteina o di carboidrato
(composti molto polari) contengono anche molta
acqua