Università di Roma Tor Vergata - Scienze della Nutrizione Umana. Biochimica della Nutrizione. Prof.ssa Luciana Avigliano.

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1 Università di Roma Tor Vergata - Scienze della Nutrizione Umana Biochimica della Nutrizione Prof.ssa Luciana Avigliano 2011 Acidi grassi - saturi - monosaturi - polinsaturi - trans-insaturi - con doppi legami coniugati - a catena ramificata

2 LIPIDI DI INTERESSE ALIMENTARE GRASSI triacilgliceroli (o trigliceridi) 95% fosfolipidi 3-6% COLESTEROLO libero o esterificato nei grassi di origine animale VITAMINE LIPOSOLUBILI A, D, E, K VITAMINE LIPOSOLUBILI LIPIDI ESSENZIALI ACIDI GRASSI POLINSATURI: serie n-3, serie n-6 (ω3, ω6)

3 LIPIDI E SALUTE ECCESSO Malattie cardiovascolari Obesità CARENZA Carente apporto vitaminico Carente apporto acidi grassi essenziali Alterato sviluppo dell apparato nervoso nel neonato

4 Why and How Meet n-3 PUFA Dietary Recommendations? O. Molendi-Coste, V.Legry, &I. A. Leclercq Gastroenterol Res Pract Evolution of occidental dietary content in specific macronutrients and prevalence of obesity and diabetes in United States. Compiled from FAO, AGROSTAT.PC; Centers for Disease Control and Prevention, National Center for Health Statistics

5 STRUTTURA

6 ACIDI GRASSI Acidi carbossilici, per lo più a numero pari di atomi di C Catena lineare Formula generale CH 3 -(CH 2 ) n -COOH (pka = 4,5 CH 3 -(CH 2 ) n -COO - ) non si trovano liberi in genere legame estere nelle altre classi di lipidi TRIGLICERIDI FOSFOLIPIDI Gruppo carbossilico polare Catena Idrocarburica lineare apolare

7 glicerolo H H-C-O-H H-C-O-H H-C-O-H H TRIACILGLICEROLI (o TRIGLICERIDI) + O H-O-C-R 1 O H-O-C-R 2 O H-O-C-R 3 CH 2 -O-C-R -C-R 1 O CH-O-C-R -C-R 2 O CH 2 -O-C-R -C-R 3 sono composti neutri, completamente apolari, insolubili in acqua Ruolo: - Fonte energetica, via β-ossidazione mitocondriale - Riserva di energia O acile + 3 H 2 O

8 FOSFOLIPIDI parte apolare X (X= serina, etanolammina, colina, inositolo) parte polare Membrane cellulari - strutturale - precursori di regolatori metabolici (eicosanoidi) Trasporto plasmatico di lipidi: lipoproteine fosfolipidi apob100 colesterolo trigliceridi esteri del colesterolo

9 GLI ACIDI GRASSI SONO CLASSIFICATI IN BASE ALLA STRUTTURA DELLA CATENA IDROCARBURICA SATURI - senza doppi legami, catena satura in H, completamente ridotta MONOINSATURI - un doppio legame POLINSATURI - almeno due doppi legami Altri classi Acidi grassi trans-insaturi Acidi grassi con doppi legami coniugati Acidi grassi a catena ramificata I doppi legami sono in genere nella forma stereoisomera cis Il legame cis, a differenza del legame trans, genera un angolo rigido nella catena idrocarburica

10 Numerazione degli atomi di C -con i numeri: inizio dal C carbossilico (metile terminale n) -con le lettere dell alfabeto greco: Inizio dall atomo di C vicino al gruppo carbossilico (metile terminale ω) ω δ γ β α n CH 3 -(CH 2 ) n -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -COO - acido grasso: identificato da due numeri indicanti il numero di atomi di carbonio ed il numero dei doppi legami, separati dal simbolo due punti : posizione doppio legame: indicata con il simbolo delta maiuscolo seguito dai numeri soprascritti Δ 9 c = cis; t = trans 10 9 CH 3 -(CH 2 ) 7 -CH=CH-(CH 2 ) 7 -COO - C18:1cΔ 9

11 NOMENCLATURA nome comune nome sistematico C4:0 acido butirrico C16:0 acido palmitico acido esadecanoico CH 3 (CH 2 ) 14 COOH C18:0 acido stearico acido ottadecanoico CH 3 (CH 2 ) 16 COOH C20:0 acido eicosanoico CH 3 (CH 2 ) 18 COOH C18:1cΔ 9 acido oleico acido cis9-ottadecenoico C18:2cΔ 9,12 acido linoleico acido cis 9,12-ottadecadienoico C18:3cΔ 9,12,15 acido α-linolenico acido cis 9,12,15-ottadecatrienoico C20:4cΔ 5,8,11,14 acido arachidonico acido cis 5,8,11,14-eicosatetraenoico C20:5cΔ 5,8,11,14,17 acido cis 5,8,11,14,17-eicosapentaenoico

12 ACIDI GRASSI MONOINSATURI (MUFA) 10 9 CH 3 -(CH 2 ) 7 -CH 2 -CH 2 -(CH 2 ) 7 -COOH acido stearico (18:0) 10 9 CH 3 -(CH 2 ) 7 -CH=CH-(CH 2 ) 7 -COOH acido oleico acido cis-9-ottadecenoico (18:1cΔ 9 ) il più abbondante acido grasso presente sia nei grassi animali che vegetali. Tipico dell olio di oliva di cui costituisce l 80% degli acidi grassi Olio vergine di oliva o prima spremitura : ricco in vitamina E e polifenoli che prevengono l ossidazione dell olio durante la conservazione e sono ritenuti responsabili dei suoi effetti benefici

13 ACIDI GRASSI POLINSATURI 10 9 CH 3 -(CH 2 ) 7 -CH 2 -CH 2 -(CH 2 ) 7 -COOH acido stearico (18:0) 10 9 CH 3 -(CH 2 ) 7 -CH=CH-(CH 2 ) 7 -COOH acido oleico (18:1cisΔ 9 ) (serie n-9) acido grasso essenziale: alimenti di origine vegetale, olio di mais, soia, girasole CH 3 -(CH 2 ) 4 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-(CH 2 ) 7 -COOH acido linoleico (18:2cisΔ 9,12 ) n-6 (ω 6) acido grasso essenziale: alimenti di origine vegetale, olio di lino, soia, germe di grano, noci CH 3 -CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-(CH 2 )-COOH n-3 (ω 3) acido α-linolenico (ALA) (18:3cisΔ 9,12,15 ) Numerazione classica: posizione del doppio legame a partire dal carbossile più comune: posizione del primo doppio legame a partire dal metile terminale (n- oppure ω)

14 acido linoleico ed acido α-linolenico sono nutrienti essenziali non sono cioè sintetizzati dal nostro organismo ma devono essere assunti con la dieta Sono i precursori degli acidi polinsaturi a lunga catena Acido linoleico precursore della serie n-6 (ω6) Acido α-linolenico precursore della serie n-3 (ω3) PIANTE sintetizzano i precursori ma non sono in grado di produrre i derivati Acido linoleico sintetizzato da piante terrestri Acido α-linolenico sintetizzato principalmente da piante che crescono in acque fredde e perciò componente della catena alimentare di pesci ed animali marini ANIMALI non sintetizzano i precursori (che devono essere assunti da fonti vegetali) ma sintetizzano i loro derivati

15 Gli acidi grassi polinsaturi a lunga catena (in genere C) sono sintetizzati dai precursori per desaturazioned ed allungamento della catena (in seguito ad aggiunta di acetil CoA al C1); la catena rimane invariata dal C9 in giù Acidi grassi polinsaturi serie n Precursore: ac. linoleico (18:2 cisδ 9,12 ) CH 3 -(CH 2 ) 3 -CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -COOH n CH 3 -(CH 2 ) 3 -CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH 2 -CH 2 -COOH n-6 Derivato più abbondante: acido arachidonico (20:4 cisδ 5,8,11,14 ) usato per la sintesi degli eicosanoidi (prostaglandine, leucotrieni,..) DA NOTARE - il C3 ed il C4 sono diventati rispettivamente il C 5 ed il C6. Si sono formati due ulteriori doppi legami - nella struttura vi è la sequenza -CH 2 -CH=CH- nell acido arachidonico è ripetuta 4 volte (i doppi legami sono separati da un gruppo -CH 2 - )

16 Lo stesso meccanismo si applica alla serie n-3 gli atomi di carbonio corrispondenti nel precursore e nei derivati sono scritti con lo stesso colore CH 3 -CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -COOH n-3 Precursore: acido α-linolenico (C18:3cisΔ 9,12,15 ) CH 3 -CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH 2 -CH 2 -COOH n-3 Derivato: acido eicosapentaenoico (EPA) (C20:5 cisδ 5,8,11,14,17 ) usato per la sintesi degli eicosanoidi ( prostaglandine, leucotrieni,..) CH 3 -CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH 2 - COOH n-3 Derivato: acido docosaesaenoico (DHA) (C22:6 cisδ 4,7,10,13,16,19 ) nei fosfolipidi del sistema nervoso

17 PROPRIETA CHIMICO-FISICHE

18 ISOMERIA CIS acido palmitico acido stearico acido oleico ISOMERIA CIS Il legame cis, a differenza del legame trans, genera un angolo rigido nella catena idrocarburica acido linoleico acido α-linolenico acido arachidonico Conseguenza biologica: la struttura ed il grado di insaturazione degli acidi grassi modulano la fluidità e quindi la funzionalità di membrana

19 PROPRIETA CHIMICO-FISICHE DEI TRIGLICERIDI Grassi propriamenti detti: solidi a temperatura ambiente Oli: liquidi a temperatura ambiente Il punto di fusione dipende dalla natura degli acidi grassi allungamento della catena degli acidi grassi rapporto acido grassi saturi / acidi grassi insaturi isomeria trans / isomeria cis

20 REATTIVITÀ CHIMICA DEGLI ACIDI GRASSI INSATURI idrogenazione A livello commerciale viene usata per produrre grassi di maggiore consistenza da grassi vegetali insaturi (auto)ossidazione favorita da luce ed aria inibita da antiossidanti (vit E) perossido: formato per l attacco dell ossigeno alla posizione allilica, più prona a generare radicali conseguente formazione di aldeidi ed acidi grassi volatili (rancidità) Nell organismo: ossidazione di membrane cellulari e lipoproteine

21 FONTI ALIMENTARI

22 ACIDI GRASSI SATURI (più comuni) Corta catena (C4:0-C6:0) acido butirrico acido esanoico grassi del latte vaccino e derivati Media catena (C8:0-C14:0) acido laurico (C12:0) acido miristico (C14:0) Oli tropicali (cocco, palma) (termine industriale: oli vegetali) Lunga catena C16 nei grassi animali e acido palmitico (C16:0) vegetali, acido stearico (C18:0) nel burro di cacao

23 acido oleico (18:1 n- 9) olio di oliva, olio arachide acido linoleico (18:2 n- 6) olio di mais, olio di girasole acido α-linolenico (18:3 n- 3) olio di soia, noci, germe di grano, semi di lino olio di soia: ac. linoleico. 50% α-linolenico 8% germe di grano α-linolenico 8% olio di semi di lino: molto ricco di acido α- linolenico (fino al 58%)

24 Acido arachidonico fonti dietetiche: carne ed uova n- 3: FONTI DIETETICHE acido α-linolenico (ALA) maggior fonte di n-3 della dieta EPA e DHA: pesce grasso (salmone, tonno, sardine, trota) oli di pesce, frutti di mare, sulla base della catena alimentare e del fitoplancton (alghe) all origine Salmone (atlantico) mg EPA+ DHA/100 mg di parte edibile (650 mg EPA; 1200 mg DHA) Aringa 1800 mg / 100 g Tonno mg / 100g Trota mg / 100g Pesce azzurro 300 mg EPA- 500 mg DHA/ 100 g

25 Why and How Meet n-3 PUFA Dietary Recommendations? Gastroenterol Res Pract Evolution of fatty acids consumption in European Union.

26 METABOLISMO

27 CLASSI IN BASE AL METABOLISMO 3 classi metabolicamente non interconvertibili SATURI E MONOINSATURI (sintetizzati ex novo) acido palmitico (16:0) acido palmitoleico (16:1 n-7) acido stearico (18:0) acido oleico (18:1 n- 9) CLASSE n-6 (sintetizzati a partire dal precursore essenziale) precursore: acido linoleico (LA 18:2 n-6) acido arachidonico (C20:4 n-6) CLASSE n-3 (sintetizzati a partire dal precursore essenziale) precursore: acido α-linolenico (ALA 18:3 n-3) acido eicosapentaenoico (EPA C20:5 n-3) acido docosaesaenoico (DHA C22:6 n-3)

28 BIOSINTESI DEGLI ACIDI GRASSI MONOINSATURI: acido oleico substrato preferito di acilcoa colesterolo acil transferasi (ACAT) esteri colesterolo assemblaggio VLDL diacil glicerolo acil transferasi biosintesi trigliceridi sintesi ex novo: acetilcoa Cocnvert acido palmitico reticolo endoplasmatico: allungamento: ac.palmitico + acetilcoa acido stearico desaturazione: acido stearico + NADH + steroilcoa (Δ-9) desaturasi acido oleico SCD ubiquitaria, alta espressione nel fegato e nel cervello. I livelli sono dieta ricca in carboidrati (glucosio, fruttosio) insulina PUFA (che abbassano i livelli di SRE-BP1c, fattori di trascrizione responsabili della induzione degli enzimi glicolitici e lipogenici da parte dell insulina)

29 acido linoleico ed acido α-linolenico sono nutrienti essenziali Piante sono in grado di desaturare in posizione Δ12 e Δ15 ma non in posizione Δ 5 e Δ 6 sintetizzano i precursori ma non i derivati Animali in grado di desaturare in posizione Δ5 e Δ6 ma non in posizione Δ12 e Δ15 sintetizzano i derivati

30 serie n-9 serie n-6 serie n-3 CH 3 -CO SCoA C18:1 Δ 9 C18:2 Δ 9,12 C18:3 Δ 9,12,15 acido oleico acido linoleico (LA) acido α-linolenico acido eicosatrienoico acido arachidonico acido eicosapentaenoico C20:3 Δ 5, 8, 11 ARA C20:4 Δ 5, 8, 11,14 EPA C20:5 Δ 5, 8,11,14,17 acido docosaesaenoico DHA C22:6 Δ 4,7,10,13,16,19 Aumenta il numero di doppi legami

31 BIOSINTESI DEGLI ACIDI GRASSI POLINSATURI fegato, astrociti, endotelio vascolare di retina e cervello RETICOLO ENDOPLASMATICO LA e ALA subiscono cicli alternati di - desaturazione (enzimi: Δ-6 desaturasi e Δ-5 desaturasi) ed - allungamento + acetilcoa (enzima: elongasi) PEROSSISOMA sintesi DHA (beta ossidazione di C24) MEMBRANA PLASMATICA Fosfolipidi C20 (ciclossigenasi, lipossigenasi) eicosanoidi (prostaglandine, trombossani, leucotrieni)

32 serie n-9 serie n-6 serie n-3 18:1 Δ 9 18:2 Δ 9,12 18:3 Δ 9,12,15 acido oleico acido linoleico acido α-linolenico Δ6-DESATURASI :2 Δ 6,9 18:3 Δ 6, 9,12 18:3 Δ 6, 9,12,15 acido γ-linolenico acido stearidonico ELONGASI :2 Δ 8, 11 20:3 Δ 8, 11,14 20:4 Δ 8, 11,14, Δ5-DESATURASI :3 Δ 5, 8, 11 20:4 Δ 5, 8, 11,14 20:5 Δ 5, 8, 11,14,17 acido eicosatrienoico acido arachidonico ac. eicosapentaenoico (EPA) R.E. ELONGASI 22:5 Δ 7,10,13,16,19 ELONGASI 24:5 Δ 9,12,15,18, 21 Δ6-DESATURASI 24:6 Δ 6, 9,12,15,18, 21 PEROSSISOMI retroconversione tramite 22:6 Δ 4, 7,10,13,16,19 beta ossidazione ac. docosaesaenoico (DHA)

33 Δ 6 DESATURASI: ENZIMA CHIAVE catalizza la 1 tappa limitante Produzione di HUFA (highly unsatured fatty acid) mantenuta entro stretti ambiti DIETA apporto calorico, composizione in lipidi dieta ricca in acido grassi saturi o mono insaturi (burro, trioleina) dieta ricca in PUFA (oli vegetali, oli marini) (alti introiti di EPA o DHA portano a diminuzione di acido arachidonico ed eicosanoidi n-6 derivati) (inibizione a feedback dai prodotti della stessa o altra serie) ORMONI insulina (glucosio) (diminuiti livelli nel diabete tipo 1) si può considerare enzima lipogenico glucagone adrenalina ACTH glucocorticoidi

34 COMPETIZIONE tra SUBSTRATI n-9, n-6, n-3 Affinità della desaturasi in vitro: n-3 >n-6 >n-9 MA nella dieta occidentale si ha assunzione di - alte dosi di acido oleico - alte dosi di acido linoleico (sintesi dell acido arachidonico prevale su assunzione) - basse dosi di n-3

35 controllo enzimatico importante quando la via biosintetica è la principale fonte di PUFA ANIMALI: erbivori > onnivori >carnivori UOMO: vegetariani-vegani >onnivori> mangiatori di pesce via biosintetica prevalente rispetto alla assunzione ed aumenta la espressione di desaturasi

36 Acido linoleico incorporato nei fosfolipidi dei tessuti e dei depositi adiposi e costituisce una forma di riserva ALA: scarsamente incorporato in fosfolipidi e indirizzato verso l ossidazione, 5-10% ALA EPA 1% - <5% ALA DHA La biosintesi endogena di DHA è sufficiente nell adulto sano La biosintesi endogena potrebbe essere insufficiente: Nati pretermine Gravidanza, allattamento Senescenza (potrebbe diminuire già dopo i anni) Diabete Resistenza alla insulina Alcolismo Alterazione dei perossisomi DHA si può considerare un nutriente condizionatamente essenziale per cui l interesse nutrizionale è focalizzato sulla serie n-3

37 CATABOLISMO DEI PUFA: nei PEROSSISOMI non richiede carnitina β-ossidazione PEROSSISOMIALE acil CoA ossidasi:utilizza O 2 H 2 O 2 - β-ossidazione di acidi grassi con numero di C>20 - sintesi DHA dal suo precursore a 24 atomi di C - catabolismo acidi grassi ramificati - sintesi degli acidi biliari (da C 27 C24) Livelli ematici di acidi grassi > C22 usati come diagnosi prenatale o neonatale di alterazione perossisomiale Disordini perossisomiali (sindrome di Zellweger) possono beneficiare della supplementazione di DHA

38 FUNZIONI FISIOLOGICHE

39 STRUTTURALE nei fosfolipidi di membrana Modulano le proprietà di recettori, canali ionici, trasportatori, enzimi Acido linoleico: cerammidi della pelle (sfingosina C18 + acido grasso) DHA: specifica funzione nei processi visivi e neuronali ( fluidità di membrana) sistema nervoso -sinapsi (alti livelli di DHA ed acido arachidonico) retina (DHA 50 % degli acidi grassi totali ed 80% dei PUFA dei FL di coni e bastoncelli) spermatozoi MEDIATORI LIPIDICI nella TRASDUZIONE DEL SEGNALE Eicosanoidi (ac. arachidonico, EPA prostaglandine, trombossani, leucotrieni) REGOLATORI DELLA ESPRESSIONE GENICA ligandi e regolatori di fattori di trascrizione lipid sensors PPAR (Peroxisome Proliferator-Activate Receptor) - geni enzimi lipolitici SRE-BP (Sterol Responsive Element-Binding Protein) - geni enzimi lipogenesi (acidi grassi, trigliceridi, colesterolo)

40 PUFA presenza di strutture ripetitive =CH-CH 2 -CH= che danno alla molecola alta flessibilità DHA estrema flessibilità, incompatibile con colesterolo e sfingolipidi In genere nelle membrane cellulari lipid rafts ricche in colesterolo, sfingolipidi, ac grassi saturi piattaforma per specifiche proteine di membrana In alcune membrane specializzate: domini non rafts membrana del bastoncello: depleta in colesterolo e ricca in DHA sottile e permeabile. La dieta induce cambiamenti nella composizione dei lipidi di membrana l unico organo che fa eccezione è il cervello.

41 EICOSANOIDI C20 PROSTAGLANDINE (PGE; PGF serie 1,2,3 dal numero di doppi legami) TROMBOSSANI (TX) PROSTACICLINE (PGI) LEUCOTRIENI Sintetizzati in tutte le cellule tranne eritrociti Non si immagazzinano Azione locale PG: Risposta infiammatoria Febbre Pressione sanguigna Coagulazione del sangue Parto Riassorbimento osseo Leucotrieni risposta immunitaria risposta infiammatoria

42 FONTE: Fosfolipidi di membrana serie n-6 serie n-3 ARA (20:4n-6), EPA (20:5 n-3) ciclossigenasi (inattivata da aspirina) Iipossigenasi eicosanoidi derivati n-6 eicosanoidi derivati n-3 serie 2 prostanoide serie 3 prostanoide TXA 2, PGE 2, PGI 2 TXA 3, PGE 3, PGI 3 serie 4 leucotrieni serie 5 leucotrieni LTB 4, LTC 4, LTE 4 LTB 5, LTC 5, LTE 5 pro-infiammatori anti-infiammatori pro-aggreganti anti-aggreganti n-6 contribuiscono alla risposta infiammatoria ed al danno ossidativo n-3 migliorano la emodinamica ed inibiscono la trombogenesi: - prevenzione di malattie cerebrovascolari senili quali la sindrome di Alzheimer e Parkinson, - prevenzione di malattie cardiovascolari

43 regolatori di fattori di trascrizione lipid sensors

44 PUFA: potenti ligandi ed attivatori dei PPAR-α Peroxisome Proliferator Activated Receptor-α Fattori di trascrizione che inducono gli enzimi della lipolisi e della β-ossidazione mitocondriale e perossisomiale. Attivati nel digiuno per favorire la ossidazione dei grassi PPAR-α RXR PPAR ligando cambio conformazionale formazione di eterodimero con Retinoid X Receptor (RXR, ligando acido 9-cis retinoico) Complesso coattivatore AGGTCAGCTGTCA Trascrizione basale Peroxisome Proliferatore Response Element PPAR-α Bersaglio dei fibrati, farmaci ipolipidemici

45 PUFA: inibitori della espressione di SRE-BP1c Sterol Responsive Element-Binding Protein SRE-BP: Fattori di trascrizione responsabili della up-regolazione degli enzimi glicolitici e lipogenici da parte dell insulina Insulina ne stimola la sintesi nella fase di alimentazione Bassi livelli di SRE-BP portano a calo della lipogenesi L attivazione di PPAR-α porta aumento della lipolisi PUFA doppia azione: favorita la lipolisi ed inibita la lipogenesi PUFA: buoni candidati per la gestione dietetica della iperlipidemia

46 LINEE GUIDA

47 Linee guida INRAN (2003) QUANTITÀ totale di lipidi Compresa tra il 20-25% della quota calorica giornaliera (30-35%: bambino fino a3 anni; oppure intensa attività fisica) QUALITÀ Acidi grassi saturi: non più del 7-10% delle calorie totali Acidi grassi monoinsaturi: fino al 20 % delle calorie totali Acidi grassi polinsaturi: 7% delle calorie totali con rappporto n-6/n-3 5:1 Acidi grassi trans: < 2%

48 ASSUNZIONI RACCOMANDATE per gli acidi grassi polinsaturi NON SONO UNIFORMI Linee guida INRAN (2003): 7% delle calorie totali con un rapporto n-6/n-3 di 5:1 (monoinsaturi fino al 20% delle calorie totali) American Hearth Association (2002): mangiare pesce ricco in grassi almeno due volte la settimana Food and Nutrition Board USA (2002): ALA 1.6 g/d per Maschi adulti ed 1.1 g/d per F di cui il 10% EPA + DHA World Health Organization (2003). totale n-3 PUFA 1%-2% dell introito calorico International Society for the Study of Fatty Acids and Lipids (2004): ALA= 0.7% dell intrito calorico; EPA+ DHA 500 mg/d

49 SEGNI CLINICI DI CARENZA - rari nelle diete occidentali (da malattia, malassorbimento dei grassi) - evidenziati a lungo termine e possono essere confusi con altre cause DIVERSI PER LA SERIE n-6 E LA SERIE n-3 DATE LE DIVERSE FUNZIONI n-3 - alterazioni a carico del sistema nervoso sviluppo neuronale trasmissione sinaptica funzionalità visiva funzioni cognitive metabolismo neurotrasmettitori monoaminergici (dopamina, serotonina, GABA) Alterazioni molecolari uptake del glucosio attività citocromo c ossidasi mitocondriale interazione Fotorecettore-Proteine G Na +,K + ATPasi n-6 - alterazioni non neuronali ritardo nella crescita diminuita fertilità lesioni cutanee danni epatici

50 Dieta occidentale sbilanciata verso n-6 USA n-6/n-3 > 15 linee guida italiane 5 nel paleolitico si calcola 1:1 CAUSE consumo olio di mais e di girasole ricchi in n-6 e basso contenuto n-3 basso consumo di pesce consumo di carne di bovino, pollo, maiale allevati con mangime a base di mais

51 CONSEGUENZE Maggiore sintesi eicosanoidi n-6 derivati ed aumento dell aggregazione piastrinica Aumento ossidazione LDL Aumento aterogenesi Compete con l incorporazione di n-3 derivati nei fosfolipidi

52 EFFETTI POSITIVI DEGLI n-3 non e chiaro se legati all ALA di per se o ai sui derivati EPA e DHA ASSUNZIONE INVERSAMENTE CORRELATA A RISCHIO DI malattia cardiovascolare e morte improvvisa effetti antitrombotici riduzione dei trigliceridi ematici riduzione della attivazione piastrinica riduzione della espressione di molecole vascolari di adesione. effetti anti-aritmici effeti su canali ionici? disturbi neurologici aggressività, impulsività depressione disturbi bipolari varie forme di demenza inclusa la malattia di Alzheimer

53 POTENZIALI EFFETTI NEGATIVI DI ALTI INTROITI DI n-3 UL n-3 = 3 g/d (2 g/d se assunti da integratori) Alterazione della permeabilità di membrana con alterazione di attività enzimatiche; aumentata perossidazione dei lipidi di membrana se non è presente una adeguata assunzione di antiossidanti Aumento di ossidazione di LDL (necessario concomitante aumento di assunzione di antiossidanti) Aumentati tempi di coagulazione Presenza di contaminanti (metilmercurio, diossina) nel pesce, in particolare in quelli di grandi dimensioni dato che si accumulano nella catena alimentare (cautela: bambini, donne in gravidanza o in allattamento)

54 FORTIFICAZIONE in n-3 (approvata dalla FDA rdb/opa-gras.html) (USA> Europa) ALIMENTI FORTIFICATI con DHA/EPA da olio di pesce (tonno, salmone, acciughe) olio di alga (ricchi in DHA 40%) (per vegetariani) con ALA da olio di lino (aggiunti ai cibi in microcapsule, dispersi in gelatina) MANGIMI a BASE DI SOIA, GRANO

55 ultimo trimestre di GESTAZIONE e primo periodo neonatale rapido sviluppo del tessuto nervoso e della retina MADRE SELETTIVO TRASPORTO PLACENTARE PLACENTA CONTIENE Δ 6- e Δ 5 DESATURASI livelli di DHA e ARA nei fosfolipidi plasmatici del feto volte > madre Livello di DHA dipende: dieta periodo di gestazione, età della madre - biosintesi età- fumo Supplementazione in n-3 durante la gravidanza pochi dati non sono riportati dati negativi sembrerebbe positiva

56 FETO gli enzimi biosintetici presenti alla 17 settimana di gestazione NEONATO a termine o pretermine in grado di trasformare acido linoleico acido arachidonico e acido α-linolenico DHA La capacità di biosintesi è adeguata? Importante per allattamento al seno formulazioni di latte sostitutivo

57 LATTE Bovino, umano lipidi totali -4 % trigliceridi - 98% dei lipidi totali Latte bovino: 40% C4-C14 60% C16 Latte umano: 12% C4-C14 88% C16 Concentrazione totale lipidica costante nell ambito di una specie ma composizione variabile in base alla proporzione relativa nella dieta di lipidi e carboidrati composizione lipidica della dieta

58 PUFA e LATTE UMANO DHA varia > 10 volte e acido arachidonico (ARA) >3 volte fra popolazioni e a livello individuale (a seconda delle abitudini alimentari, dell età) dieta occidentale 10-17% LA; 0,8-1,4% LNA; 0,3-0,7% ARA; 0,1-0,5%DHA Giappone 1% ARA; 1,1% DHA Cina 2,8% DHA Il contenuto in n-6/n-3 del latte materno (assumendo 3,7 g grasso/dl) potrebbe non fornire al neonato pretermine sufficienti quantità stimabili in 67 mg DHA e 552 mg di n-6 per Kg di peso programma USA aumentare il consumo di pesce della madre 300 mg DHA durante la gravidanza 650 mg/d EPA + DHA

59 Formule per l infanzia USA fino al 2002: acido linoleico 15-20% dei grassi totali ALA 1,5-2 % non contenevano ARA e DHA adesso disponibili formule con ARA e DHA AGGIUNTA DI DHA ed EFFETTI FUNZIONALI positivi o nessuno a breve termine positivi a lungo termine nessun effetto negativo ULTERIORI STUDI

60 n-3 e malattia coronarica

61 American Heart Association popolazione raccomandazioni Pazienti senza malattia documentata mangiare pesce, preferibilemente grasso almeno due volte / settimana Pazienti con malattia documentata 1g/die EPA + DHA, preferibilemente da pesce, eventualmente anche da supplemento sotto controllo medico Pazienti che necessitano di abbassare Il livello di triglicerdi 2-4 g/die EPA + DHA, da supplemento sotto controllo medico Approvato dall FOOD DRUG ADMINISTRATION Omacor ω3-acid ethyl esters; Reliant Pharmaceuticals, Inc., Liberty Corner, NJ) EPA= 465 mg + DHA 375 mg per capsula (1-g) con 4 mg (6 IU) of vitamin E undetectable concentrations of heavy metals, halogenated polycarbons, and dioxins; and <0.05% of trans fatty acids.

62 Acidi Linoleici Coniugati (CLA) gruppo di isomeri della serie 18:2 con doppi legami coniugati differenti per posizione e stereoisomeria Nel latte e prodotti caseari, nel grasso di ruminanti (3-11 mg/g grasso) PUFA incompleta bio-idrogenazione batterica cis9,trans11-cla (acido rumenico): forma più abbondante negli alimenti t7,c9-cla; c11,t13-cla; c8 t10-cla; t10,c12-cla Latte umano: composizione in grassi dipende dalla dieta Latte vaccino: composizione in grassi riflette il metabolismo dei batteri del rumine (tra cui bio-idrogenazione dei PUFA) C18-PUFA C18-CLA t11-c18:1 (acido vaccenico) C18:0 Più alti livelli pascolo > mangime (tranne in dieta arricchita con acido linoleico) pascolo alpino > pascolo a valle Si possono ottenere per sintesi chimica dall acido linoleico composizione CLA naturale CLA sintetico (t10,c12-43%; c9,t11- e t9c,11-42%)

63 Livelli di assunzione (USA) 150 mg/die donna, 200 mg/die uomo Metabolismo - simile all acido linoleico con cui compete C18:2-CLA Δ 6-desaturasi C18:3-CLA elongasi C20:3-CLA Δ 5-desaturasi C20:4-CLA CLA e metaboliti incorporati in lipidi e fosfolipidi IPOTIZZATA azione preventiva o terapeutica in patologie quali tumori, aterosclerosi, diabete di tipo 2 In modelli cellulari ed animali (nell uomo?) aumento del metabolismo energetico riduzione della proliferazione e del differenziamento dei pre-adipociti modulazione del ciclo cellulare inibizione crescita epitelio mammario Azione molecolare riduzione del livello di acido arachidonico in fosfolipidi e degli eicosanoidi derivati inibizione della ciclossigenasi e della sintesi di eicosanoidi pro-aggreganti ed infiammatori regolazione dei geni responsivi a PPAR: induzione β-ossidazione perossisomiale e lipolisi

64 ACIDI GRASSI A CATENA RAMIFICATA Acido fitanico (acido a 20 atomi di C; acido 3,7,11,15 tetrametilesadecanoico) CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 -CH-CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH-CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH-CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH-CH 2 -COO - acido grasso saturo derivato dalla catena isoprenica del fitolo - catena laterale della clorofilla, da cui è rilasciato dai microorganismi presenti nei ruminanti Dieta mg/die (da latte, grasso ruminanti) CATABOLISMO: il metile in posizione 3 (β) impedisce la β-ossidazione; pertanto l acido fitanico subisce un iniziale processo di alfa ossidazione consistente in 1. idrossilazione del C2 (Cα) (tramite enzima α-idrossilasi) e quindi 2. decarbossilazione ossidativa, Si genera l omologo a 19 atomi di C (acido pristanico) metilato in posizione 2,che può pertanto essere substrato della β ossidazione ac. pristanico 3 cicli di β-ossidazione perossisomiale β-ossidazione mitocondriale acido propionico Malattia di Refsum: carenza genetica con deficit della alfa ossidazione ed accumulo di acido fitanico nel sangue (sintomi clinici: retinite, danni ai tessuti nervosi) DIETA priva di acido fitanico: esclude la carne e latte di erbivori (ovini, bovini) e pesce; invece le verdure posso essere assunte perché il fitolo della clorofilla non viene assorbito dal nostro organismo

65 ACIDI GRASSI TRANS-INSATURI Acido oleico C18:1 cδ9 Acido elaidico C18:1 tδ9 catena quasi lineare, simile ai saturi incorporati in posizione 1 del glicerolo al posto di acidi grassi saturi LATTE: 2-8% percentuale in trans Idrogenazione batterica nel rumine più abbondante: acido vaccenico C18:1 tδ11 MARGARINE: 5-30% partendo da oli vegetali più abbondante: C18:1 tδ10 margarine moderne: dichiarata quantità trascurabile in acidi trans Substrato della Δ6 desaturasi ed inibitore della sintesi di DHA sia da ALA che EPA