Lipidi
Aspetti generali
• I lipidi, anche detti grassi, sono composti ternari
→ C, H, O (possono contenere anche P, N)
• Caratteristiche:
•
hanno Ps < 1
•
sono untuosi al tatto
•
sono insolubili in acqua
•
sono solubili in solventi organici
•
lasciano una macchia traslucida sulla carta
Classificazione dei lipidi
Classificazione dei lipidi
• Nell’organismo umano costituiscono il 17% circa
del peso corporeo
• In base alla funzione che svolgono si
distinguono in:
– lipidi di deposito o di riserva: per lo più sono
trigliceridi e si accumulano negli adipociti
– lipidi strutturali: per lo più sono lipidi complessi,
formano le membrane cellulari
– lipidi regolatori: alcuni lipidi sono precursori di
vitamine e di ormoni
4. Vitamine o ormoni
lipidi polari
lipidi neutri
steroli
fosfolipidi
monogliceridi
digliceridi
glicerofosfolipidi
trigliceridi
acido grasso
acido grasso
fosfato
base
sfingosina
acido grasso
sfingolipidi
acido grasso
glicerolo
glicerolo
acido grasso
glicolipidi
acido
grasso
fosfato
base
sfingosina
gliceridi
acido
grasso
zucchero
Gli acidi grassi sono
costituenti essenziali
dei lipidi
Gli acidi grassi
Gli acidi grassi sono lunghe molecole di
idrocarburi contenenti un gruppo –COOH
The Length of the Carbon Chain
Short-chain Fatty Acid
(less than 6 carbons)
Medium-chain Fatty Acid
(6-10 carbons)
Long-chain Fatty Acid
(12 or more carbons)
Gli acidi grassi sono
acidi carbossilici a lunga catena
a numero pari di atomi di C
(14 - 24 C)
saturi o insaturi
(da 1 a 6 doppi legami C-C
acidi grassi saturi
O
CH3(CH2)nC
OH
ac. miristico
ac. palmitico
ac. stearico
ac. arachico
ac. beenico
ac. lignocerico
(n=12)
(n=14)
(n=16)
(n=18)
(n=20)
(n=22)
14:0
16:0
18:0
20:0
22:0
24:0
Fatty Acids are Key Building Blocks
• Saturated Fatty Acid
» All single bonds between
carbons
HO
1
C
O
acido palmitico (16:0)
16
HO
1
18
C
O
acido stearico (18:0)
acidi grassi insaturi
i doppi legami degli
acidi grassi insaturi
hanno tutti configurazione cis
Strutture degli acidi grassi saturi ed
insaturi
Monounsaturated Fatty Acid
(MUFA)
One carbon-carbon double bond
Polyunsaturated Fatty Acid
(PUFA)
More than one carbon-carbon double bond
acidi grassi mono-insaturi
CH3(CH2)6CH2
CH2(CH2)6COOH
C
acido oleico
C
H
H
cis-D9-octadecenoico
(cis)
H
CH3(CH2)6CH2
C
acido elaidico
(trans)
H
C
CH2(CH2)6COOH
trans-D9-octadecenoico
acido oleico (18:19 - 18:1, -9)
HO 1
C
O
9
10
9

18
Degree of Unsaturation
• Firmness
– saturated vs. unsaturated
• Stability
– oxidation, antioxidants
• Hydrogenation
– advantages, disadvantages
• Trans-Fatty Acids
– from hydrogenation
Location of Double Bonds
• PUFA are identified by position of the
double bond nearest the methyl end (CH3)
of the carbon chain; this is described as a
omega number;
• If PUFA has first double bond 3 carbons
away from the methyl end=omega 3 FA
• 6 carbons from methyl end=omega 6 FA
Omega-3
Omega-6
Essendo alcuni acidi grassi insaturi considerati essenziali,
questi si classificano anche in base alla loro appartenenza
a determinati processi metabolici:
Omega-3 quando l'ultimo doppio legame è presente sul
terzo carbonio a partire dalla fine. (ad es. acido linolenico
C 18:3)
Omega-6 quando l'ultimo doppio legame è presente sul
sesto carbonio a partire dalla fine. (ad es. acido linoleico
C 18:2)
Omega-9 quando l'ultimo doppio legame è presente sul
nono carbonio a partire dalla fine. (ad es. acido oleico C
18:1)
acidi grassi mono-insaturi
ac. palmitoleico
ac. oleico
16:19
18:19
16:1, 7
18:1, 9
acidi grassi poli-insaturi
Se in un acido grasso
sono presenti più doppi legami,
questi non sono mai coniugati,
ma sono sempre separati
da un gruppo metilenico CH2
Pag. 119
AG polinsaturi e AGE
• Gli AG polinsaturi, in base alla posizione del
doppio legame C-C all’interno della catena
carboniosa, si distinguono in:
– AG della serie omega-3 → acido linolenico
– AG della serie omega-6 → acido linoleico
• L’acido linolenico e l’acido linoleico sono acidi
grassi essenziali (l’organismo non è in grado di
sintetizzarli)
• Funzioni degli AGE:
– sono componenti dei fosfolipidi di membrana
– riducono il valore della colesterolemia
– sono precursori degli eicosanoidi
acido linoleico (18:29,12 - 18:2, -6)
acido tutto cis-D9,12-octadecadienoico

6
12
9
9
1
(CH2)7COOH
CH3(CH2)4 C
C
CH2 C
C
H
H
H
H
acido linolenico (18:39,12,15 - 18:3, -3)
acido tuttocis-D9,12,15-octadecatrienoico
acido arachidonico (20:4, -6)
acido tuttocis-D5,9,12,15-eicosatetraenoico
6
20

La composizione dei lipidi negli acidi grassi, è
ricca sia negli alimenti vegetali che in quelli
animali. Si nota una debole tendenza dei grassi
vegetali ad essere più ricchi negli acidi grassi a
catene medio-lunghe, mentre, in quelli animali, c'è
un tendenza alle catene medio-corte. Gli omega-9
sono ugualmente presenti nei grassi animali e
vegetali, mentre gli omega-3 sono maggiormente
presenti nei grassi animali (come i pesci) e gli
omega-6
nei
grassi
vegetali.
Tendenzialmente gli oli vegetali contengono più
acidi grassi insaturi rispetto ai grassi animali
acido grasso
serie nomenclatura fonte alimentare
prevalente
palmitico
saturo
16:0
grassi animali
oleico
-9
18:1 (-9)
oli vegetali
linoleico
-6
18:2 (-6)
oli vegetali
a-linolenico
-3
18:3 (-3)
oli vegetali
eicosapentaenoico
-3
20:5 (-3)
olio di pesce
Caratteristiche
fisiche e chimiche
degli acidi grassi
gli acidi grassi sono acidi deboli
R-COOH + H2O
R-COO- + H3O+
10-4 > Ka < 10-5
la presenza di doppi legami
influenza la temperatura di fusione
degli acidi grassi
Gli acidi grassi
• Le sostanze lipidiche ricche di acidi grassi saturi
sono solide a temperatura ambiente → “grassi”
• Le sostanze lipidiche ricche di acidi grassi
insaturi o polinsaturi sono liquide a temperatura
ambiente → “oli”
punti di fusione
acido stearico (18:0)
69.7°C
acido oleico (18:1)
16°C
acido linoleico (18:2)
-5°C
I grassi alimentari industriali, usati in grandi quantità in
pasti preconfezionati, alimenti a basso prezzo e margarina,
vengono "solidificati" a partire da oli vegetali a buon
mercato (indurimento). Gli oli vengono "idrogenati" per
rompere i doppi legami degli acidi grassi "insaturi".
Durante questo processo avvengono trasformazioni
stereochimiche e spostamenti di doppi legami che in natura
non esistono o sono molto raramente presenti. Il risultato è
industrialmente soddisfacente, poiché si produce un grasso
vegetale a buon mercato. Dal punto di vista medico è
invece discutibile: l'organismo umano non dispone delle
strutture enzimatiche necessarie a regolare la
trasformazione metabolica di queste molecole.
Hydrogenation
Essential Fatty Acids (EFA)
• Omega-3:
– Eicosopentaenoic acid (EPA)
– Docosahexaenoic acid (DHA)FISH
– Alpha-linolenic acid (ALA)
» flaxseed--most, canola (rapeseed), soybean, walnut, wheat
germ
» body can make some EPA and DHA from ALA
• Omega-6
– corn, safflower, cottonseed, sesame, sunflower
– Linoleic acid
Omega-3 Fatty Acids
• Associated with:
– anti-inflammatory, antithrombotic, antiarrhythmic, hypolipidemic,
vasodilatory properties
•
•
•
•
•
Inflammatory conditions
Ulcerative colitis, Crohn’s
Cardiovascular disease
Type 2 diabetes
* Mental function
Renal disease
* Growth and
development
Essential Fatty Acid Deficiency
• Classical symptoms include:
– growth retardation, reproductive failure, skin lesions, kidney and liver
disorders, subtle neurological and visual problems
• People with chronic intestinal diseases
• Depression--omega-3
– ?inadequate intake alters brain activity or depression alters fatty acid
metabolism?
• Attention Deficit Hyperactivity Disorder
– lower levels of omega-3--more behavioral problems
Perossidazione degli acidi poli-insaturi
H H
COOH
.OH
H 2O
formazione del radicale
H
.
COOH
isomerizzazione del radicale
.
H
COOH
.
COOH
H
O2
COOH
H
H 2O
O
O
.
radicale perossido
.OH
COOH
H
O
O
H
idroperossido
gli acidi eicosapolienoici della serie -6 e -3
sono i precursori di:
eicosanoidi
prostaglandine
leucotrieni
trombossani
prostacicline
H
O
H
O
COOH
COOH
leucotriene A
O
O
H
H
OH
H
PGG2
H
H
COOH
O
O
COOH
O
HO
O
HO
H
H
H
trombossano A2
PGH2
COOH
eicosanoidi
O
O
H
prostaciclina
COOH
HO
HO
H
PGE2
HO
HO H
Saponi
O
CH3(CH2)n- C
O
porzione idrofobica
porzione idrofilica
testa
testa
idrofilica
idrofilica
Saponi
Sistema ad
alta energia
Molecole di acqua
altamente ordinate
Molecole di acqua altamente ordinate
Molecole
acqua alla
altamente
dispostediintorno
catenaordinate
idrofobica
disposte
intorno
allapossono
catena idrofobica
con la quale
non
interagire
Il sistema tende
spontaneamente
ad organizzarsi
nella struttura
sopramolecolare
a minor energia
micella
Gliceridi
I gliceridi sono prodotti di esterificazione del
glicerolo con acidi grassi.
Pag. 120
I gliceridi
glicerolo + 1 acido grasso → monogliceride
glicerolo + 2 acidi grassi → digliceride
glicerolo + 3 acidi grassi → trigliceride
• Reazione di idrolisi in presenza di alcali =
•
saponificazione (prodotti = saponi)
Se gli acidi grassi sono tutti uguali → gliceride
puro
Gliceridi neutri
Gliceridi: esteri del glicerolo
Mono, di e trigliceridi
Triglycerides
• Structure
– Glycerol + 3 fatty acids
• Functions
– Energy source
» 9 kcals per gram
» Form of stored energy in
adipose tissue
– Insulation and protection
– Carrier of fat-soluble vitamins
– Sensory properties in food
Triglycerides
• Food sources
– fats and oils
» butter, margarine, meat, baked
goods, snack foods, salad
dressings, dairy products, nuts,
seeds
– Sources of omega-3 fatty acids
» Soybean, canola, walnut, flaxseed
oils
» Salmon, tuna, mackerel
– Sources of omega-6 fatty acids
» Vegetable oils
Glicerofosfolipidi
O
CH3(CH2)14 C O
1
CH2
2
CH3(CH2)16 C O C 3
H CH2
O
O
colina
H H
CH3
O P O C C N CH3
CH3
O
H H
1-palmitoil-2-stearoil-sn-glicero-3-fosfocolina
O
C O
CH2
C O C
H CH2
O
O
fosfatidiletanolammina
HO
P O C C NH2
O
H H
C O C
H CH2
O
O
H NH2
O
C O
fosfatidilserina
H H
CH2
HO P O C C COOH
O
H H
O
C O
fosfatidilinositolo
CH2
C O C
H CH2
O
O
OH
OH
OH
OH
HO P O
Glicerofosfolipidi
O
OH
CH2OH
H C NH2
H C OH
Sfingolipidi
C H
H C
(CH2)12
CH3
sfingosina
D-eritro sfinghenina
Sfingosina;
(4E)-sfinghenina;
trans-4-sfinghenina;
CH2OH
CH2OH
H
H
C NH
H
C OH
C
C
O
C
H
H C NH2
H C OH
C H
H C
(CH2)12
CH3
sfingosina
ceramide
Sfingofosfolipidi
O
O CH2 CH2 N(CH3)3
O P O
O P O
O
CH2
O
O
CH2
H C NH C
H
C
O
H C NH C
H C OH
C
colina
H C OH
H
ceramide-1-fosfato
H
C
C
H
sfingomielina
Sfingoglicolipidi
HO
HO
CH2OH
H
H
C NH
H
C OH
C
C
CH2OH
O
O
HO
CH2
O
H C NH
C
H
ceramide
legame
b-glicosidico
H C OH
glucocerebroside
H
C
C
H
O
C
Gangliosidi
Gal-Glc-Ceramide GM3
NANA
GalNAc- Gal-Glc-Ceramide G
M2
NANA
COOH
C O
Gal-GalNAc-Gal-Glc-Ceramide G
M1
NANA
CH2
O
H
H3C C NH
C OH
Gal-Glc-Ceramide
C H
NANA
HO C H
H
C OH
H
C OH
CH2OH
N-Acetyl-Neuraminic-Acid
GD3
NANA
Gal-GalNAc-Gal-Glc-Ceramide GD2
NANA
NANA
Acido fosfatidico
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7
CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7
C O
O
1
O
CH2
2
C O C H
3
CH2
O
O P OH
O
1-oleoil-2-linolenoil-sn-glicero-3-fosfato
Idrolisi dei glicerolipidi
Caratteristiche
fisiche e chimiche
dei fosfolipidi
Le membrane biologiche sono costituite quasi
interamente da fosfolipidi e proteine
Parti di un fosfolipide, la fosfatidilcolina
simbol
formula
modello
Membrane cellulari: La componente fosfolipidica
Fosfolipidi
FosfatidilFosfatidiletanolammina serina
Fosfatidilcolina
Sfingomielina
sfingosina
Distribuzione dei fosfolipidi nei due
foglietti della membrana eritrocitaria
Le Membrane cellulari: Ruolo dei glicolipidi
Glicolipidi
funzione di
legame con la
matrice
extracellulare
protezione della membrana
da condizioni estreme:
(basso pH; enzimi
degradativi)
alterazione del
campo elettrico e
della
concentrazione di
ioni (calcio)
Galattocerebroside
Ganglioside GM1
processi di riconoscimento
cellulare:
(ganglioside GM1 agisce come
recettore per la tossina colerica)
Acido sialico (NANA)
isolamento elettrico
nella membrana
mielinica
Strato sferico
(liposoma)
i fosfolipidi della membrana
cellulare si dispongono in doppio
strato con le terminazioni
idrocarburiche rivolte all’interno e
quelle polari verso le fasi acquose
(foglietto bimolecolare a doppio
strato lipidico)
O
C O
CH2
C O C
H CH2
O
fosfatidiletanolammina
porzione idrofobica
O
O-
H H
O
H H
+
P O C C NH3
testa polare
Strutture
sopramolecolari
dei lipidi polari
micella
doppio strato
liposoma
fosfatidilcolina
monomera
Struttura di un liposoma
35-50 nm
fase acquosa
catene idrofobiche
teste polari
Membrane cellulari: Modello spaziale del doppio strato lipidico
Teste polari
Interno idrofobico
Teste polari
Palmitato
Oleato
Le membrane biologiche contengono colesterolo
Colesterolo nel doppio strato lipidico;
il colesterolo aiuta a rendere la membrana
impermeabile alle piccole molecole solubili
in acqua e mantiene la membrana flessibile
in un ampio intervallo di temperature
Membrane cellulari:
Fattori che determinano la fluidità del doppio strato
Lunghezza delle catene aciliche
Temperatura
Minore T = Minore
Testefluidità
polari
Maggiore lunghezza = minore fluidità
Interno idrofobico
Teste polari
Proteine
Diminuiscono la fluidità
Colesterolo
Magg. Colesterolo =
Minore Fluidità
Testa
polare
Regione
Irrigidita dal
colesterolo
Regione
Più fluida
Insaturazione degli acidi g
Magg. insat = Magg. fluidità
Oleato
colesterolo
CH3
H3C
12 CH3
11
1
CH3
9
2
10
8
3
HO
7
5
4
6
17
13
14
16
15
CH3
Ormoni sessuali maschili e femminili.