LIPIDI E ACIDI GRASSIRelazione struttura-funzione

Lipidi

• Classificazione strutturale e funzionale

• Digestione dei lipidi della dieta

• Vie metaboliche

• Trasporto dei lipidi nel sangue (lipoproteine plasmatiche)

LIPIDI o GRASSI

I LIPIDI sono biomolecole organiche insolubili in acqua che si possono estrarre dalle cellule o daitessuti per mezzo di solventi non polari (cloroformio, etere o benzene).

Esistono diverse famiglie o classi, ma tutti traggono le loro proprietà caratteristiche dalla naturaidrocarburica di una grossa parte della loro struttura.

Nell'organismo umano assolvono varie funzioni fondamentali

A differenza dei carboidrati e delle proteine rappresentano la maggiore fonte energeticadell’organismo, con un valore calorico di 9 Kcal/mole e rappresentano la maggiore riservaenergetica dell’organismo umano (100.000 Kcal)

FUNZIONI DEI LIPIDI NELL’ORGANISMO UMANO

FUNZIONE ENERGETICA. Riserva energetica (9 Kcal/mole) immagazzinata nel tessuto adipososotto forma di trigliceridi

FUNZIONE PLASTICA. Sono componenti fondamentali delle membrane cellulari (fosfolipidi,colesterolo ) in tutti i tessuti

Gli ACIDI GRASSI ESSENZIALI (acido linoleico e alfa-linolenico) sono precursori di sostanzebiologicamente attive, regolatrici del sistema cardiovascolare, della coagulazione del sangue,della funzione renale e del sistema immunitario come prostaglandine, tromboxani eleucotrieni

VEICOLI DI VITAMINE, fattori liposolubili e antiossidanti (vit. E, vit.A, carotenoidi…)

Lipidi semplici

Acidi grassi

Trigliceridi

Colesterolo

Lipidi complessi

Fosfolipidi (glicerofosfolipidi, sfingolipidi, glicolipidi etc..)

CLASSIFICAZIONE

Basata sulla struttura del loro scheletro

Lipidi negli alimenti Grassi

Steroli(Colesterolo libero e esterificato Fitosteroli)

Vitamine liposolubili(vitamine A, D, E, K, carotenoidi)

Altri composti liposolubili

3% non saponificabili 97% Saponificabili

Trigliceridi

Alimenti light

Possono essere

MONOGLICERIDI

DIGLICERIDI

TRIGLICERIDI

GLI ACIDI GRASSITutti possiedono una lunga catena idrocarburica che può essere:

Gli acidi grassi saturi ed insaturihanno conformazioni moltodiverse.

Acido grasso saturo

Acido palmitico

Acido grasso insaturo

Acido oleico

Criteri di classificazione degli acidi grassi

o Lunghezza delle catene carboniose

o Presenza o assenza di doppi legami (saturi, insaturi )

o Configurazione del doppio legame (cis o trans)

o Acidi grassi essenziali (non vengono sintetizzati nell’organismo umano)

STRUTTURA DEGLI ACIDI GRASSI

La configurazione CIS si riscontra nella maggior parte dei grassi naturali

STRUTTURA DEGLI ACIDI GRASSI

GLI ACIDI GRASSI: lunghezza della catena

CATENA CORTA: costituiti da 4-6 atomi di carbonio

CATENA MEDIA: costituiti da 6-10 atomi di carbonio

CATENA LUNGA: costituiti da > 10 atomi di carbonio

Negli organismi superiori predominano gli acidi grassi con un numero pari di atomi dicarbonio e compresi tra 12 e 22 con predominanza di quelli tra 16 e 18 atomi di carbonio

I PRINCIPALI ACIDI GRASSI

GLI ACIDI GRASSI: essenziali

Acido linoleico: C18:2 6

Acido -linolenico: C18:3 3

Sono definiti acidi grassi essenziali, indispensabili nella dieta dei mammiferi, poichè non possono essere sintetizzati da altri precursori.

ACIDI GRASSI SATURI

9

6

3

Il ruolo della nutrizione

2:1

20-25:1

Apporto raccomandato di grassi nell’alimentazione umana

Lipidi endogeni Derivano dalla biosintesi

Il fegato è l’organo principale coinvolto nella biosintesi dei lipidi

Lipidi esogeni Derivano dalla dieta

Alimenti vegetali e animali contengono numerosi lipidi di tipi diversi (acid grassi saturi, insaturi etc..)

Alimenti Trigliceridi, Fosfolipidi,

Colesterolo e derivati,fitosteroli, Vitamine liposolubili

(vit A,Vit E,vit.K, vit D, carotenoidi)..

Digestione e assorbimento a livello intestinale

Lipidi nel sangue

acidi grassi liberi, trigliceridi, colesterolo, fosfolipidi assemblati nelle lipoproteine

Lipidi tessuti e organi

Fegato (Sintesi endogena di lipidi)

Chilomicroni linfa

① Controlla il peso e mantieniti sempre attivo

② Più cereali, legumi, ortaggi e frutta

③ Grassi: scegli la qualità e limita la quantità

④ Zuccheri, dolci bevande zuccherate: nei giusti limiti

⑤ Bevi ogni giorno acqua in abbondanza

⑥ Il sale? Meglio poco

⑦Bevande alcoliche: se sì, solo in quantità controllata

⑧ Varia spesso le tue scelte a tavola

⑨ Consigli speciali per persone speciali

⑩ La sicurezza dei tuoi cibi dipende anche da te

LARN (Livelli di assunzione giornalieri raccomandati)

FUNZIONI DEI LIPIDI NEGLI ALIMENTI

SaporeProprietà chimico-fisichePalatabilità dei cibi

Nei paesi sviluppati, dove il cibo è abbondante, la gradevolezza al palato è una componentedeterminante per la scelta degli alimenti.

Grazie alla consistenza e al sapore, il grasso e gli oli contribuiscono a rendere i cibi più gustosi.

Grassi e lipidi: fonti alimentari

Le Filiere produttive e le tecnologie di lavorazione hanno un ruolo importante nella regolazionedella composizione qualitativa e quantitativa dei lipidi contenuti negli alimenti

- Fonti animali (carne, uova, salumi, pesci, latte e derivati…): trigliceridi, colesterolo

- Fonti vegetali (oli): trigliceridi, fitosteroli

- Lipidi di origine industriale (idrogenazione, interesterificazione..): trigliceridi, digliceridi.

- Biotecnologie (acidi grassi essenziali, antiossidanti..)

Lipidi di origine animale

nelle uova

nel pesce

Gli oli e grassi di origine animale sonocontenuti nei tessuti di diversi animali, nelpesce, nel latte dei mammiferi e nei derivati enelle uova.

Esistono comunque differenze qualitative equantitative nei vari alimenti (contenuto ingrassi saturi e polinsaturi, colesterolo ecc..)

nella carnenei formaggi

LE PRINCIPALI FONTI LIPIDI ALIMENTARI

Lipidi di origine vegetale

Gli oli e grassi di origine vegetale derivano da semi (arachidi, girasole, mais, soia, colza, vinaccioli, sesamo…..) o da frutti

(oliva, palma).

olio di oliva

olio di arachidi, girasole, mais, soia

Altre fonti

Gli oli e grassi sono contenuti nei prodotti derivati datrattamenti tecnologici (margarina, salse e condimentipronti).

margarina

Idrogenazione Processo chimico utilizzato per ottenere grassi semi-solidi

a partire da oli

Composizione in acidi grassi saturi, monoinsaturi e polinsaturi di alcuni oli e grassi

Contenuto in acido -linolenico ( 3) in alcuni alimenti (g/100g)

Semi di lino → 22

Noci → 2

Pistacchi → 0,17

Arachidi → 0,2

Olio d’oliva → 0,7

Sintesi di acidi grassi a lunga catenaEnzimi del metabolismo lipidicoDieta Dieta

C 20:4

I grassi in etichetta

Pe

rce

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agli

acid

i gra

ssi (

%)

ACIDI GRASSI, COLESTEROLO, DIETARapporto tra aterosclerosi, malattiacardiovascolare e dieta: “Diet heart hypotesis”.

• Dieta ricca in acidi grassi saturi e colesteroloaumenta il rischio di malattia cardiovascolare.

• Dieta ricca in acidi grassi “trans” aumenta ilrischio di malattia cardiovascolare.

• Sostituire i grassi saturi dalla dieta conmonoinsaturi diminuisce il rischio di malattiacardiovascolare.

• Sostituire i grassi saturi con polinsaturidiminuisce il rischio di malattia cardiovascolare.In particolare assumere acidi grassi ω-3: ALA,EPA e DHA.

RUOLO DEGLI ACIDI GRASSI A LUNGA CATENA NELL’ACCRESCIMENTO FETALE E NEONATALE

Acidi grassi polinsaturi a catena lunga (long chain fatty acids, LC-PUFA), in particolare l'acidodocosaesaenoico (DHA) e l’acido arachidonico, rispettivamente, membri della famiglia 3 e 6,svolgono un ruolo importante nella crescita e lo sviluppo fetale e infantile.

Gravidanza e allattamento impongono esigenze nutrizionali particolari per la madre e il feto.

I LC-PUFA richiesti dal feto sono forniti dal trasferimento placentare di preformati LC-PUFA,

Composizione di acidi grassi nel latte umano e nel latte vaccino

glicerolo

acido fosforico

Acidi grassi

I fosfolipidi costituiscono circa il 40% dellemembrane cellulari (l’altro 60% sonoproteine), quindi rivestono un ruolo diprimaria importanza per l’integritàcellulare, per il controllo degli scambi e lapermeabilità di membrana.Si distinguono in

GLICEROFOSFOLIPIDI: costituiti da glicerolo, acidi grassi e fosfato

SFINGOFOSFOLIPIDI: costituiti da sfingosina, acidi grassi e fosfato

FOSFOLIPIDI

I PRINCIPALI FOSFOGLICERIDI

I fosfolipidi in acqua possono formare spontaneamente tre strutture

Micella

Liposoma

Doppio strato

Le molecole lipidiche (lipidi) formano spontaneamente aggregati che nascondono le codeidrofobiche all’interno ed espongono le teste idrofiliche all’acqua

micelle (~ sferiche)doppi strati (~ piani)

(A) lipidi cuneiformi (sopra)formano micelle, mentre lipidi cilindrici (sotto)formano doppi strati piani.

(B) sezione trasversale

Nelle cellule eucariotiche le

membrane interne di organelli quali:

il reticolo endoplasmatico,

l’apparato di Golgi, il mitocondrio etc.

mantengono la distinzione tra gli

organelli e il cytosol.

LE MEMBRANE BIOLOGICHE

Doppio strato (bilayer) lipidico

Molecolelipidiche

Molecoleproteiche

Bilayerlipidico(5 nm)

LE MEMBRANE CELLULARI

Sono costituite da Lipidi, Proteine e Carboidrati

Modello del mosaico fluido (modello Singer-Nicolson 1972): il doppio stratolipidico forma una pellicola liquida nella quale galleggiano diverse proteine, ma

costituisce una barriera al passaggio di sostanze idrofile

LE MEMBRANE CELLULARI - LIPIDI• Cristallo liquido: Proprietà stato cristallino (es. disposizione ordinata delle molecole)

+ proprietà tipiche dello stato liquido (es. mobilità delle molecole

all’interno del piano di allineamento).

La proprietà dei fosfolipidi di formare fasi liquido-cristalline è alla base della struttura delle membrane cellulari.

• Il doppio strato lipidico non è una struttura statica, ma le molecole fosfolipidiche possono spostarsida una zona all’altra e passare da uno stratoall’altro, ma più raramente, perciò, le membrane sono ASIMMETRICHE.

Fluidità della membrana• La fluidità della membrana è importante per la sua funzione; è determinata

dalla sua composizione lipidica

• Stretto impacchettamento delle code idrofobiche minore fluidità

• La lunghezza della catena e il no di doppi legami (insaturi) determinano ilgrado di impacchettamento

• La lunghezza varia da 14-24 atomi di C; catena più corta minoreinterazione aumento della fluidità

• Nell’esempio: una coda ha un doppio legame; l’altra coda non ha doppilegami

• Doppi legami maggiore fluidità

doppiolegame

-nodo

Fluidità della membrana

Perchè la membrana ha bisogno di essere fluida?

•Permette una rapida diffusione laterale delle proteine di membrana nel bilayer e ne favorisce leinterazioni (importante per la comunicazione cellulare)

•Facilita la distribuzione dei lipidi e delle proteine di membrana dal sito di inserzione ad altreregioni della cellula

•Permette alle membrane di fondere e mixare molecole

Nelle cellule animali, il colesterolo è usato per modulare la fluidità della membrana – riempie ibuchi tra i nodi delle catene insature

Particolarmente usato nella membrana plasmatica stretto impacchettamento minorfluidità/permeabilità

fosfolipide colesterolo

Fluidità della membrana

Permeabilità del bilayer lipidico

• I gas diffondono rapidamentegas

O2

CO2

N2

piccolemolecole polari non

cariche

gliceroloetanolo

• Lentamente, piccole molecolepolari non cariche diffondonoattraverso il bilayer lipidico

grossemolecole

polari cariche

aminoacidiglucosionucleotidi

ioniH+,Na+,HCO3

-,K+

Ca2+,Cl, Mg2+

• Grosse molecole polari non cariche, molecole polari cariche e ioni non permeano

ioni

• Molecole solubili nei lipiditendono a diffondere

molecole lipofile

ormonisteroidei

SFINGOLIPIDI

Acido grasso

Gruppo polare

Sfingosina

- SFINGOMIELINE

- GLICOSFINGOLIPIDI ACIDI (GANGLIOSIDI)

- GLICOSFINGOLIPIDI NEUTRI (CEREBROSIDI)

- Sono presenti in quantità elevate nel cervelloe nel tessuto nervoso e solo in tracce neidepositi di grasso.

CERE

Sono esteri solidi di acidi grassi (C8-C36) con alcoli a lunga catena (C18-C36) o con steroli. Nonsono solubili in acqua

Sono morbide e plasmabili a caldo, ma dure a freddo

Le cere costituiscono i rivestimenti protettivi sulla pelle, sui peli, e sulle pinne, sulle foglie e suifrutti delle piante e sull’esoscheletro di molti insetti.Quindi possono provenire dal mondo vegetale e animali (cera d’api, lanolina, spermaceti)

Un esempio…..La cera d’api ha come principali componenti esteri dell’acido palmitico con alcoli a lunga catena (da 26 a36 atomi di C)

TERPENI STEROLI PROSTAGLANDINE

Non contengono acidi grassi

TERPENI

CH2

C

CH

CH2

CH3

ISOPRENE

I terpeni sono costituiti da multipli dell’idrocarburo a 5 atomi di C

I terpeni possono essere lineari o ciclici e alcuni contengono strutture di entrambe i tipi

Alcuni esempi……..

geraniolo – limonene – mentolo – canfora identificati nelle piante con odori o aromi particolari

gomma naturale e guttaperca sono polimeri lineari di isoprene

vitamine liposolubili (A – D - E - K)

poliprenoli

ubichinone o coenzima Q che hanno la funzione di trasportare idrogeno per le reazioni di ossidoriduzione nei

mitocondri

carotenoidi

b- squalene precursore nella biosintesi del colesterolo

GLI STEROLI

Gli steroli sono caratterizzati dalla presenza di un gruppo ossidrilico (-OH) e di un doppio legamenella struttura del ciclopentanoperidrofenantrene [4 anelli idrocarburici (3 a 6 atomi di C e 1 a 5atomi di C) fusi in conformazione cis], a cui è legata una catena idrocarburica

COLESTEROLO È il principale sterolo dei tessuti animali, è anfipatico, con una testa polare (-OH in C3), un doppiolegame tra C5 e C6, una catena alifatica a 8 atomi di C sul C17, un gruppo -CH3 su C10 (denominatoC19) e un gruppo –CH3 su C13 (denominato C18) e un corpo idrocarburico non polare lungo comeun acido grasso a 16 atomi di C.

Grazie a questa caratteristicaanfipatica il colesterolo è presentenelle membrane biologiche econferisce rigidità

ORIGINE• Esogena (quota della dieta < 300mg/d)• Endogena (biosintesi inversamente proporzionalea quello introdotto con la dieta)

Tutti gli steroli derivano dallo squalene che ciclizza facilmente.

squalene

lanosterolo colesterolo

nei tessuti animali

Il colesterolo nell’organismo umano svolge numerosi ruoli

Componente delle membrane cellulari

e della mielina

7-deidro-colesterolo

Vitamina D

Precursore nella sintesi degli acidi biliari (acido colico e

deossicolico)

Precursore nella Sintesi degli ormoni steroidei

(ormoni sessuali femminili e maschili,

ormoni che regolano il metabolismo dei sali minerali e dei glucidi)

ANDROGENItestosterone e progesterone

ESTROGENIestrone e b-estradiolo

ORMONI DELLA CORTECCIA SURRENALEcorticosterone e aldosterone

IL METABOLISMO DEI LIPIDI

AcetilCoA

Acidi grassi insaturinon essenziali

Sintesi di fosfolipidi e trigliceridi

(intestino, fegato, tessuto adiposo, ghiandola mammaria)

Corpi chetonici

(Mitocondri)

DIGESTIONE DEI LIPIDI

DIGESTIONE DEI LIPIDI

La digestione dei lipidi è complessa in quanto:

► i trigliceridi, che costituiscono la quota predominante, sono insolubili in acqua;

► le gocciole lipidiche presentano una superficie di limitate dimensioni per l’attacco enzimatico

► i fosfolipidi e il colesterolo sono più solubili, ma hanno la tendenza a formare complessisovramolecolari difficilmente assorbibili

Gli enzimi digestivi idrosolubili non possono agire su queste molecole idrofobiche

FASI DELLA DIGESTIONE DEI TRIGLICERIDI E ASSORBIMENTO

1. Emulsificazione dei Trigliceridi (TG),

2. Formazioni di micelle miste (Sali biliari, fosfolipidi e colesterolo) e emulsionanti (acidi biliari)

3. Idrolisi dei trigliceridi ad opera delle lipasi

4. Assorbimento dei prodotti di idrolisi da parte delle cellule intestinali

5. Ri-sintesi dei trigliceridi da parte delle cellule intestinali

6. Formazione dei chilomicroni da parte delle cellule intestinali

7. Esocitosi dei chilomicroni ed immissione nella linfa

DIGESTIONE

Il cibo, proveniente dall’ambiente acido dello stomaco, stimola nel duodeno il rilascio dicolecistochinina e di secretina. (Le lipasi linguali e gastriche danno un contributo minimo alla digestione)

Mentre la colecistochinina provoca la secrezione di bile (contenente sali biliari, fosfolipidi ecolesterolo), la secretina provoca la secrezione di succo pancreatico (contenente lipasi ecolipasi) ed elettroliti come bicarbonato

L’emulsione viene stabilizzata a livello del duodeno ad opera della bile con i suoi acidi e salibiliari, si formano quindi delle:

Sali biliari: derivati del colesteroloSi formano nel fegato, dal quale vengono secreti nella bile e con questa portati nell’intestino

MICELLEMISTE

aggregati che si formano quando sostanze “anfipatiche”(contenenti residui polari e non polari)

vengono poste in una soluzione acquosa.

ATTIVITÀ DELLA COLIPASI

Fissa la lipasi pancreatica sulla superficie delle gocce lipidiche facilitando l’idrolisi dei trigliceridi

Sono assorbite dall’intestino combinate con i grassi trasportate insieme ad essi all’interno dei chilomicroni.

Raggiungono in seguito il circolo sanguigno. Nel plasma le vit. A e D circolano legate a proteine specifiche

le vit. E e K legate alle lipoproteine HDL o LDL

Assorbimento più lento

A, D, E, K

In natura la vitamina A è presente:

Retinoidi - retinolo, retinale,acido retinoico

Precursore - carotenoidi(b-Carotene, -carotene, b -criptoxantina)

La Vit. A (come retinolo) è diffusa nelmondo animale, ne sono ricchi i grassi

animali (tuorlo d’uovo, burro, latte eprodotti caseari, fegato di animali epesci, olio di fegato di merluzzo).Prevalentemente in forma di retinolo eretinil-esteri

-Carotene e β-Carotene• Frutta e verdura arancione e gialla- Peperoni, carote Spinaci, cavoli , cavolo ricciob-Criptoxantina• Frutta e verdura rossa e arancione- Peperoni, peperonicini dolci rossi, papaya, anguria, arance, mais

ASSUNZIONE RACCOMANDATA per la POPOLAZIONE700-900 RE/die

Il più importante precursore di Vit. A è il b-carotene che consiste di 2 molecole di Vit. A legate fra loro.

Ciclo visivo

RUOLI FISIOLOGICI DELLA VITAMINA A

Mantenimento dei tessuti epiteliali

Riproduzione

Immunità

Attività antiossidante

ColecalciferoloErgocalciferolo

La vitamina D si presenta in due forme principali con attività biologica simile:

La VITAMINA D2 (ERGOCALCIFEROLO)

È ottenuta dall’irradiazione dei raggi

ultravioletti sull’ERGOSTEROLO,

presente nelle piante e dai lieviti

LA VITAMINA D3 (COLECALCIFEROLO) si forma perirradiazione a partire dal 7-deidrocolesterolo, diorigine animale.Può essere sintetizzata anche dall’uomo a livellocutaneo (sintesi endogena)

La vitamina D si trova in natura neipesci ricchi di grasso, nel fegato e neltuorlo d’uovo. Ne è ricco l’olio di fegato dimerluzzo. Il latte non è una buona fontedella vitamina.La vitamina D è stabile al caloreLa RDA è pari a 15 μg al giorno.

Gli adulti con dieta varia ed unanormale possibilità di esposizionesolare normalmente non necessita laintegrazione di questo fattore, neibambini in accrescimento è utile unadieta ricca di latticini.

La Vit. D è detta ANTIRACHITICA o CALCIOFISSATRICE.

È essenziale per l’assorbimento di calcio e del fosforo da parte dell’intestino;

Collabora con il paratormone per il mantenimento dell’omeostasi del calcio e del fosforo.

Contribuisce al mantenimento di un’adeguata mineralizzazione ossea.

Rappresenta una famiglia di 8 compostiantiossidanti sintetizzati dalle piante--, g-, b- e d-tocoferolo (coda isoprenoidesatura)- -, g-, b- e d-tocotrienolo(codaisoprenoide insatura)

-Tocoferolo e la forma di vitamina E che viene

considerata per indicare le RDASTRUTTURA CHIMICA

anello funzionale fenolico con una catena laterale isoprenicaDifferiscono per il numero e la posizione dei gruppi metilici

La funzione primaria della vitamina E è quella di operare da antiossidante nella prevenzionedell’ossidazione non enzimatica dei componenti cellulari.

Impedisce l’ossidazione spontanea di sostanze fortemente insature, quali gli acidi grassipoliinsaturi (PUFA), la vitamina A, i fenoli.

La sua azione è fondamentale nelle membrane cellulari

Fonti alimentari: I tocoferoli sono largamente diffusi nelmondo vegetale, particolarmente nell’olio di germe digrano. Anche la lattuga e l’erba medica, i semi, gli olivegetali, la frutta ne contengono quantità rilevanti.

La scoperta della vitamina K (Koagulation vitamin) risale al 1929 quando Dam associò alla sindrome emorragica un certo fattore vitaminico K. Comprende diverse molecole derivanti dal naftochinone

Vit. K1

Vit. K2

Vit. K3

Il fabbisogno giornaliero di vitamina K, o

naftochinone, è di circa 1 mg al giorno

per ogni chilogrammo di peso corporeo,

quantità che è soddisfatta da una dietanormale.