LIPIDI. Una delle quattro principali classi di sostanze biologicamente attive (carboidrati, proteine, acidi nucleici)

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1 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, e O Lipidi complessi nella cui molecola sono presenti altri tipi di gruppi (fosfato, carboidrati, proteine)

2 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.

3 LIPIDI anno 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

4 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 cise mai coniugati

5 ACIDI GRASSI

6 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 ω3 (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

7 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

8 ACIDI GRASSI acido linolenico (18:3) C O O

9 ACIDI GRASSI acido arachidonico (20:4) C O O

10 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

11 ACIDI GRASSI Proprietà Chimiche Acidi deboli, pka circa 5 Al p 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

12 ACIDI GRASSI -saponi i saponisono 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

13 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 CO 2 e 2 O, con demolizione della catena alchilica accorciata di due atomi di C per volta.

14 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 O C 2 O C (C 2 ) 7 C C (C 2 ) 7 C 3 C 3 (C 2 ) 14 C O C C 2 O C (C 2 ) 14 C 3 O

15 C 2 O C O C 2 O glicerolo C 2 O COR C 2 O COR C 2 O COR O C C 2 O O C C OCOR 2 RCOO C C OCOR 2 monogliceride digliceride trigliceride

16 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

17 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 C1531COOC3061 palmitato di miricile, componente della cera di api C1531COOC1633 palmitato di cetile, componente dello spermaceti ricavato dal capodoglio

18 PROSTAGLANDINE Contengono 20 atomi di C e derivano dall acido arachidonico Sono presenti in molti tessuti dove svolgono azioni molto diverse: 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

19 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

20 Fosfogliceridi C2-O-C-R X = -C2-C2-N2(etanolammina) O fosfogliceride= cefalina R-C-O-C O O X = -C2-C2-N(C3)3(colina) C2O-P-O X fosfogliceride = lecitina O- X = -C2-C-COO (serina) N2 X = inositolo La porzione di molecola costituita da glicerolo, acidi grassi, gruppo fosfato senza il gruppo X è detta acido fosfatidico

21 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

22 Sfingofosfolipidi C3-(C2)12-C=C-C-O O sfingosina C-N-C-R (ac. grasso a catena molto lunga) O C2-O-P-O-C2-C2-N(C3)3 -C -N(C ) 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.

23 Fosfolipidi proprietà fisiche acidi grassi Micella fosfolipidi bilayer Vescicola (liposoma)

24 Fosfolipidi-proprietà fisiche sono i costituenti principali delle membrane cellulari

25 Fosfolipidi

26 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 O 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

27 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 glicoproteineintervengono nel riconoscimento di sostanze chimiche esterne e nel costituire il sistema di riconoscimento cellulare ( impronta digitale, gruppi sanguigni) Sono classificati in glicogliceridi e sfingoglicolipidi C2-O-COR C3-(C2)12-C=C-C-O RCOO-C RCO-N-C C2-O-glucosio C2-O-glucosio Glicogliceride Sfingoglicolipide

28 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 C2=C (C3)-C=C2 Sono classificabili in Terpeni isoprene Vitamine liposolubili Ormoni steroidei

29 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) limonene farnesolo (mughetto) α-pinene

30 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, ) 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

31 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

32 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 ormoni sessuali ormoni renali (aldosterone) colesterolo vitamina D3 Sali biliari cortisolo e cortisone

33 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)

34 Digestione lipidi I trigliceridi vengono principalmente digeriti nel duodeno (p 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 monoacilgliceroliche 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 Lipoproteineche 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) DL (ad alta densità)

35 Lipoproteine di trasporto lipoproteina chilomicroni VLDL LDL DL Densità ( g/ml) Diametro (A ) % proteine e % lipidi Lipide maggiore <2 ; 98 8 ; ; ; 50 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

36 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 β- ossidazione; consiste nel distacco, tramite 4 successive reazioni, di una molecola di AcetilCoA Le molecole di AcetilCoAverranno utilizzate in altre vie metaboliche

37 β-ossidazione Gli acidi grassi devono essere prima attivati, legandoli con il CoA S a spese di una molecola di ATP; si forma un tioestere R-C2-C2-COO + CoA-S + ATP R-C2-C2-CO-SCoA + 2O + AMP+Ppi Inizia il ciclo di 4 reazioni con cui si stacca un acetil CoA C3-(C2)14-C2-C2-CO-SCoA + FAD C3-(C2)14-C=C-CO-SCoA + FAD2 C3-(C2)14-C=C-CO-SCoA + 2O C3-(C2)14-C (O)C2-CO-SCoA C3-(C2)14-C (O)C2-CO-SCoA + NAD+ C3-(C2)14-COC2-CO-SCoA + NAD + + C3-(C2)14-COC2-CO-SCoA + CoAS C3-(C2)14-CO-SCoA + C3-CO-SCoA

38 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 FAD2e 1 NAD + Da una molecola di acido stearico ad esempio con il ripetersi di 8 cicli si otterranno: C3-(C2)16-CO-SCoA + 8 FAD + 8 NAD + 8 2O + 8 CoAS 9 C3-COSCoA + 8 FAD2+8 NAD + 8 I coenzimi NAD e FAD2saranno riossidati liberando energia come ATP; 1 NAD 3 ATP 1 FAD2 2 ATP Il bilancio energetico della β-ossidazione di una sola molecola di acido stearico è quindi: (8x3) + (8x2) = 40 ATP 2ATP = 38 ATP

39 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