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.

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).

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 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.

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 (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 (➔). 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, 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.

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).