Istruzioni per l’uso: i lipidi parte 1

I lipidi sono una classe di molecole biologiche insolubili in acqua con caratteristiche chimico-fisiche e strutture eterogenee.

Così come le loro caratteristiche, le funzioni svolte sono varie: ad esempio possono fungere da riserva energetica, essere componenti strutturali, messaggeri cellulari o favorire il ripiegamento delle proteine.

 

Nonostante questa eterogeneità, generalmente sono classificati in base alle caratteristiche chimiche in otto gruppi : Acidi grassi, Glicerolipidi, Glicerofosfolipidi, Sfingolipidi, Lipidi sterolici, Lipidi prenolici, Saccarolipidi, Polichetidi. tabella lipidi

Ora andiamo ad analizzare nel dettaglio le funzioni svolte.

Lipidi di riserva

La maggior parte delle molecole utilizzate come fonte di energia dagli organismi viventi è rappresentata dai lipidi che originano a partire da idrocarburi, e sono definiti acidi grassi.

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Figura 1. Acido Miristico (saturo)

Gli acidi grassi sono i lipidi più semplici, la loro struttura generale presenta: 

  • un gruppo carbossilico idrofilo attaccato ad una catena idrocarburica; 
  • contengono generalmente da 4 a 36 atomi di carbonio;
  • possono essere saturi, se all’interno della catena idrocarburica sono presenti solo legami semplici C-C (figura 1) ;
  • possono essere insaturi, se all’interno della catena idrocarburica sono presenti uno o più doppi legami C=C (figura 2);
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    Figura 2 Acido Linoleico (insaturo)

    Nomenclatura

Per quanto riguarda la nomenclatura esistono due convenzioni standard: 

  • Una assegna il numero 1 al carbonio carbossilico (C-1) e la lettera a al carbonio successivo. Ogni tratto della struttura zigzagata rappresenta un singolo legame tra atomi di carbonio adiacenti. La posizione dei doppi legami viene Indicata dalla lettera Δ seguita da un apice che indica il carbonio a numerazione più bassa del doppio legame (Δ9 indica che il doppio legame si trova fra C-9 e C-10)
  • Secondo una convenzione alternativa, adottata per gli acidi grassi poliinsaturi (PUFA, Poly Unsatured Fatty Acid), gli atomi di carbonio vengono numerati in direzione opposta, assegnando Il numero 1 all’atomo di carbonio terminale: questo atomo viene Indicato anche con ω, mentre le posizioni dei doppi legami vengono indicate relativamente al carbonio ω.

Proprietà fisiche

Per quanto riguarda le proprietà fisiche loro e delle molecole in cui sono contenuti, sono influenzate dalla lunghezza della catena e dal numero di doppi legami presenti:

  • Sono insolubili in acqua;
  • A temperatura ambiente (25 ° C), gli acidi grassi saturi da 12:0 a 24:0 hanno una consistenza cerosa, mentre gli acidi grassi insaturi con la stessa lunghezza sono liquidi oleosi.

I trigliceridi

L’accumulo degli acidi grassi negli organismi si ha in gran parte sotto forma di trigliceridi, che sono triesteri di acidi grassi e glicerolo.

Struttura generale dei trigliceridi, dove R indica gli acidi grassi

Le lunghe catene di idrocarburi di acidi grassi sono straordinariamente efficienti per l’accumulo di energia poiché contengono carbonio in forma ridotta e quindi capace di produrre una grande quantità di energia dalla sua ossidazione. 

Sono infatti riserve di energia molto più efficienti dei carboidrati, anche perché sono idrofobici e quindi non idratati. Di conseguenza gli organismi che conservano energia sotto forma di grassi non devono trasportare un peso extra di acqua, che invece è sempre associata ai polisaccaridi di deposito.

I grassi vengono accumulati nelle cellule sotto forma di goccioline oleose nel citoplasma.

Negli esseri umani le cellule deputate all’accumulo sono gli adipociti, che costituiscono la maggior parte del tessuto adiposo (grasso) degli animali: infatti, quasi l’intero volume di tali cellule viene riempito da queste goccioline lipidiche.

L’accumulo del grasso negli animali generalmente ha tre funzioni:

  • Produzione di energia;
  • Produzione di calore;
  • Funzione di isolamento termico.

Nomenclatura

Per una nomenclatura non ambigua di questi composti bisogna specificare il nome e la posizione di ogni singola catena di acido grasso, perché possono essere composti da un solo tipo di acido grasso (trigliceridi semplici), da due o tre molecole di acidi grassi differenti (trigliceridi misti) e da una molecola di glicerolo.

Cere

Le cere biologiche sono esteri di acidi grassi saturi e insaturi a catena lunga con alcoli a catena lunga, hanno temperature di fusione più alte rispetto ai trigliceridi: infatti sono solide a temperature ambiente.

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Costituente principale della cera d’api

Come i trigliceridi, le cere svolgono la funzione di lipidi di riserva; un esempio è il plancton di cui si cibano gli organismi marini.

Oltre a svolgere funzione di riserva, le cere sono utilizzate anche per altri scopi, data la loro consistenza e la natura idrorepellente: un esempio sono le ghiandole della cute dei vertebrati che secernono cere per proteggere i peli e la cute stessa e per mantenerli flessibili, lubrificati e impermeabili all’acqua o ad esempio le cere prodotte dalle piante per rivestire la superficie delle foglie per impedire la fuoriuscita d’acqua.

Lipidi strutturali

I lipidi, oltre a svolgere funzioni di riserva energetica, risultano essere anche i principali componenti delle membrane biologiche.

Le molecole che svolgono un ruolo cruciale nella formazione delle membrane hanno come caratteristica principale gruppi di testa altamente polari (in grado di interagire con molecole d’acqua) e, nella maggior parte dei casi, due code di idrocarburi.

classificazione lipidi
Classificazione dei principali lipidi di membrana

Questo tipo di struttura ha senso anche a livello molecolare: tali molecole possono facilmente impacchettarsi in parallelo per formare i vari strati delle membrane a doppio strato con i gruppi di testa idrofili rivolti verso l’esterno nelle regioni acquose su entrambi i lati (ambiente extracellulare ed intracellulare).

Le quattro principali classi di lipidi che formano la membrana – glicerofosfolipidi, sfingolipidi, glicosfingolipidi e glicoglicerolipidi – condividono questo tipo di struttura molecolare cilindrica. Differiscono principalmente nella natura del gruppo principale.

Glicerofosfolipidi

I glicerofosfolipidi (o fosfogliceridi) sono lipidi di membrana, in cui due acidi grassi sono legati con legame estere al primo e al secondo atomo di carbonio del glicerolo, mentre un gruppo molto polare, o carico, è legato tramite un legame fosfo-diestereo al terzo atomo di carbonio.

Struttura generale di un fosfogliceride

Nomenclatura

La nomenclatura di questi lipidi è data dal composto precursore, ossia l’acido fosfatidico, e dal composto alcolico, ad esempio la fosfatidilcolina e la fosfatidiletanolammina, che contengono rispettivamente colina ed etanolammina.

Gli acidi grassi dei glicerofosfolipidi possono variare, in modo che un determinato fosfolipide può essere costituito da più specie molecolari, ciascuna delle quali ha una specifica composizione.

La distribuzione di queste specie molecolari è specifica per diversi organismi e per i diversi tessuti di uno stesso organismo. In generale, i glicerofosfolipidi contengono un acido grasso saturo a 16 o a 18 atomi di carbonio in posizione C-1 e un acido ed uno insaturo a 18 o a 20 atomi di carbonio in posizione C-2.


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Fonti:
  • David L. Nelson, Michael M. Cox – I principi di biochimica di Lehninger (VI Edizione – Zanichelli – 2014);
  • Christopher K. Mathews, Kensal E. van Holde, Dean – Biochimica IV edizione.
Francesco Nicchio

Francesco Nicchio

Dottore in Biotecnologie per la Salute, ama la Scienza in ogni suo campo. Adora la narrativa divulgativa, ed ancora di più maltrattare la sua chitarra.