LIPIDI acidi grassi

Università di Roma Tor Vergata
Scienze della Nutrizione Umana
Biochimica della Nutrizione - Prof.ssa Luciana Avigliano
A.A. 2013-14 (1 parte 2014)
LIPIDI
acidi grassi
- saturi,
- monoinsaturi
- polinsaturi
- con doppi legami coniugati
- a catena ramificata
- trans-insaturi
struttura, fonte alimentare, funzione, metabolismo,
raccomandazioni nutrizionali
LIPIDI
a differenza di carboidrati, proteine, acidi nucleici
v  hanno strutture chimiche differenti fra loro; sebbene tutte
presentano una componente di natura idrocarburica
(idrocarburi: costituiti da carbonio e idrogeno)
v  sono pertanto composti apolari o anfipatici, scarsamente
solubili in acqua
v  non sono composti polimerici
v  alla diversa natura chimica corrisponde una diversa funzione
LIPIDI: classi in base alla struttura chimica
v  ACIDI GRASSI acidi carbossilici a lunga catena
v  TRIACILGLICEROLI (o TRIGLICERIDI
glicerolo (alcol trivalente) esterificato con tre molecole di
acido grasso
v  FOSFOLIPIDI contengono un gruppo fosforico polare
- GLICEROFOSFOLIPIDI (contengono glicerolo)
- SFINGOFOSFOLIPIDI (contengono sfingosina, amminoalcol di
C18)
v  STEROIDI - precursore degli steroidi: colesterolo
appartengono alla classe dei terpeni derivati dalla
polimerizzazione dell isoprene (molecola a 5 atomi di C)
VITAMINE LIPOSOLIBILI
LIPIDI DI INTERESSE ALIMENTARE
GRASSI
triacilgliceroli (o trigliceridi)
fosfolipidi
95%
3-6%
COLESTEROLO
libero o esterificato nei grassi di origine animale
VITAMINE LIPOSOLUBILI A, D, E, K
LIPIDI ESSENZIALI
da introdurre con la dieta
VITAMINE LIPOSOLUBILI (A ,E, K)
ACIDI GRASSI POLINSATURI: acido linoleico; acido alfa linolenico
LIPIDI E SALUTE
ECCESSO
v  Malattie cardiovascolari
v  Obesità
CARENZA
v  Carente apporto vitaminico
v  Carente apporto acidi grassi essenziali
v  Alterato sviluppo dell apparato nervoso nel neonato
Evolution of Occidental dietary content
in specific macronutrients and
prevalence of obesity and diabetes in
United States.
bevande
sovrappeso
bambini
obesità
adulti
grassi
fruttosio
diabete
Compiled from FAO, AGROSTAT.PC,;
Centers for Disease Control and Prevention,
National Center for Health Statistics
Gastroenterol Res Pract. 2011
Molendi-Coste O, Legry V & Leclercq IA
STRUTTURA
ACIDI GRASSI
Acidi carbossilici, per lo più a numero pari di atomi di C
Catena lineare idrocarburica CH3−CH2−CH2−CH2−
Gruppo carbossilico −COOH (pKa = 4,5 −COO−)
gruppo
carbossilico
polare
Formula generale
CH3−(CH2)n−COOH
CH3−(CH2)n−COO−
catena
Idrocarburica
lineare
apolare
CH2
HC
2
CH2
2HC
3HC
CH2
Sono sostanze ANFIPATICHE
In acqua formano monostrati, denominati MICELLA
Testa polare
Catena idrocarburica apolare
H2 O
SAPONE
sale di sodio o di potassio
R-COO-Na+ oppure R-COO-K+
Gli acidi grassi non si trovano liberi
ma in forma legata
nelle altre classi di lipidi
-  in genere tramite legame estere
GLI ACIDI GRASSI SONO CLASSIFICATI
DA UN PUTNO DI VISTA CHIMICO
IN BASE ALLA
STRUTTURA DELLA CATENA IDROCARBURICA
CLASSI 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
glicerolo
Legame estere
H-C-O-H
H-C-O-H
H-C-O-H
O
acile
O
II
CH2-O−C-R1
+ H-O−C-R1
O
O
II
II
+ H-O−C-R2 à CH-O−C-R2 + 3 H2O
O
O
II
II
CH2 -O−C-R3
+ H-O−C-R3
II
H
H
sono composti neutri, completamente apolari, insolubili in acqua
Ruolo:
- Fonte energetica (β-ossidazione mitocondriale)
- Riserva di energia
-  fonte energetica costituiscono la maggior parte dei lipidi
assunti con la dieta
-  riserva di energia (tessuto adiposo)
Sono composti ridotti e quindi liberano più energia quando
vengono ossidati
Sono idrofobi e quindi immagazzinati in forma anidra
Il glicogeno lega una quantità di acqua doppia del suo peso
In un individuo sedentario normopeso
circa 20 % maschi
circa 26 % donna
- produzione di calore (grasso bruno)
- isolamento termico (grasso sottocutaneo)
CERE
Acido grasso a lunga catena esterificato ad un alcool a lunga catena
totalmente idrofobiche: funzione idrorepellente di protezione
palmitato di miricile
In natura: buccia frutta, foglie, insetti, penne uccelli, pelliccia di
animali
Nell uomo: soltanto nel sebo
FOSFOLIPIDI
acido grasso
–X
parte polare
parte apolare
(X= serina, etanolammina, colina, inositolo)
RUOLO DEI FOSFOLIPIDI
I.  Strutturale nelle membrane
cellulari
II. Precursori di regolatori
metabolici
(eicosanoidi: prostaglandine,
leucotrieni)
III. Trasporto plasmatico di
lipidi: lipoproteine
fosfolipid
i
TG
apoB100
colesterolo libero
(non esterificato)
esteri del colesterolo
Numerazione degli atomi di Carbonio degli acidi grassi
- 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
5
4
3
2
1
CH3-(CH2)n-CH2-CH2-CH2-CH2-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 Δ9
c = cis; t = trans
10
9
CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COO-
C18:1cΔ9
NOMENCLATURA
nome comune
C4:0
C16:0
C18:0
C20:0
acido butirrico
acido palmitico
acido stearico
nome sistematico ( suffisso oico)
acido esadecanoico
acido ottadecanoico
acido eicosanoico
CH3(CH2)14COOH
CH3(CH2)16COOH
CH3(CH2)18COOH
C18:1cΔ9
acido oleico
C18:2cΔ9,12
C18:3cΔ9,12,15
C20:4cΔ5,8,11,14
C20:5cΔ5,8,11,14,17
acido linoleico
acido cis 9,12-ottadecadienoico
acido α-linolenico ac ido cis 9,12,15-ottadecatrienoico
acido arachidonico acido cis 5,8,11,14-eicosatetraenoico
acido cis 5,8,11,14,17-eicosapentenoico
in forma ionica, più corretta
palmitato invece di acido palmitico
stearato invece di acido stearico
oleato invece di acido oleico
etc.
acido cis9-ottadecenoico
ACIDI GRASSI MONOINSATURI (MUFA)
10
9
CH3-(CH2)7-CH2-CH2-(CH2)7-COOH
acido stearico (18:0)
10
ISOMERIA CIS
Il legame cis, a differenza del
legame trans, genera un angolo
rigido nella catena idrocarburica
9
CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH
acido oleico
acido cis-9-ottadecenoico (18:1cΔ9)
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
ACIDI GRASSI POLINSATURI
Acido linoleico e acido α-linolenico sono acidi grassi essenziali
acido linolenico: C18 n-6 (ω6)
acido α-linolenico: C18 n-3 (ω3)
Sono i precursori degli acidi polinsaturi a lunga catena
rispettivamente della serie n-6 e n-3
ACIDI GRASSI POLINSATURI (PUFA)
10… 9
CH3-(CH2)7-CH2-CH2-(CH2)7-COOH
10
acido stearico (18:0)
9
acido oleico (18:1cisΔ9) (serie n-9)
CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH
acido grasso essenziale: alimenti di origine vegetale, olio di mais, soia, girasole
13
12……
10… 9
CH3-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH
n-6 (ω 6)
acido linoleico (18:2cisΔ9,12)
acido grasso essenziale: alimenti di origine vegetale, olio di lino, soia, germe di grano, noci
16
15
13
12……
10… 9
CH3-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)-COOH
n-3 (ω 3)
acido α-linolenico (ALA) (18:3cisΔ9,12,15)
Numerazione classica: posizione del doppio legame a partire dal carbossile
più comune per i PUFA: posizione del primo doppio legame a partire dal metile terminale
(n- oppure ω)
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 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
Gli acidi grassi polinsaturi a lunga catena (in genere 20-24 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-6
13
12……
10
7
9
6
4
3
CH3-(CH2)3 -CH2 -CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-COOH
n-6
Precursore: ac. linoleico (18:2 cisΔ9,12)
15
14
12
11……
9
8
6
5
CH3-(CH2)3-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH2-COOH
n-6
Derivato più abbondante: acido arachidonico (20:4 cisΔ5,8,11,14)
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 -CH2-CH=CH- nell acido arachidonico è ripetuta 4 volte (i
diversi doppi legami sono separati da un gruppo -CH2- )
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
16
15
13
12……
10
9
7
6
4
3
CH3-CH2-CH=CH-CH2 -CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-COOH
n-3
Precursore: acido α-linolenico (C18:3cisΔ9,12,15)
18
17
15
14……
12
11
9
8
6
5
CH3-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH2-COOH
n-3
Derivato: acido eicosapentaenoico EPA (C20:5 cisΔ5,8,11,14,17)
usato per la sintesi degli eicosanoidi ( prostaglandine, leucotrieni,..)
20
19
17
16…… 14
13
11
10
8
7
5
4
CH3-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH2- COOH
n-3
Derivato: acido docosaesaenoico DHA (C22:6 cisΔ 4,7,10,13,16,19 )
nei fosfolipidi del sistema nervoso
PROPRIETA
CHIMICO-FISICHE
Il legame cis, a differenza
del legame trans, genera
un angolo rigido nella
catena idrocarburica
Le catene idrocarburiche sono molecole flessibili dato che il legame singolo C-C ha
grande libertà di rotazione; ma la conformazione a più bassa energia è quella
completamente estesa. Le catene possono raggrupparsi a dare strutture regolari.
Il doppio legame genera un angolo rigido (se il doppio legame è trans la molecola
risulta lineare come la forma satura).
Gli acidi grassi cis insaturi si possono impacchettare meno degli acidi grassi saturi
per diminuita possibilità di interazioni di van der Waals tra le catene idrocarburiche
CONSEGUENZA BIOLOGICA: LA FLUIDITA DI MEMBRANA DIPENDE DALLA
STRUTTURA E DAL GRADO DI INSATURAZIONE DEGLI ACIDI GRASSI
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
REATTIVITÀ CHIMICA DEGLI ACIDI GRASSI INSATURI
v  idrogenazione
A livello commerciale viene usata per
produrre grassi di maggiore consistenza
da grassi vegetali insaturi
v  (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
FONTI
ALIMENTARI
ACIDI GRASSI SATURI più comuni
Corta catena (C4:0-C6:0)
acido butirrico
acido esaenoico
Grassi del latte vaccino
e derivati
Media catena (C8:0-C14:0)
Oli tropicali (cocco, palma)
acido laurico (C12:0)
(termine industriale: oli vegetali)
acido miristico (C14:0)
Lunga catena ≥ C16
acido palmitico (C16:0)
acido stearico (C18:0)
nei grassi animali e
vegetali
burro di cacao
C12:0, C14:0
palma (frutto) C16:0: palmisti (semi)
burro di cacao
stearico 37%,
palmitico 25%
oleico 34%,
linoleico 3%
C12:0, C14:0
C18:0, C16:0
C4:0-C6:0
C18:0, C16:0
acido oleico (18:1 n- 9) olio di oliva, olio arachide
acido linoleico (18:2 n- 6) olio di soia, 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 αlinolenico (fino al 58%)
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 1700- 2100 (atlantico) mg EPA+ DHA/100 mg di parte edibile
(650 mg EPA; 1200 mg DHA)
Aringa 1800 mg / 100 g
Tonno 700-1500 mg / 100g
Trota
900- 1200 mg / 100g
Pesce azzurro 300 mg EPA- 500 mg DHA/ 100 g
Why and How Meet n-3 PUFA Dietary Recommendations?
Gastroenterol Res Pract. 2011
monoinsaturi
saturi
PUFA
ω6
ω6/ω3
ω3
Evolution of fatty acids
consumption in
European Union.
METABOLISMO
1.  Biosintesi
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 da precursore essenziale)
precursore: acido linoleico (LA 18:2 n-6)
→ acido arachidonico (C20:4 n-6)
CLASSE n-3 (sintetizzati a partire da 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)
BIOSINTESI DEGLI ACIDI GRASSI SATURI E MONOINSATURI
acido oleico C18:1 cΔ9
SINTESI EX NOVO: acetilCoA → ACIDO PALMITICO
Glucosioà piruvato à CH3-CO-SCoA à CH3-(CH2)14-COOH
Nel citosol (epatociti, adipociti) per azione della acido grassi sintasi
ALLUNGAMENTO E DESATURAZIONE DELL ACIDO PALMITICO
RETICOLO ENDOPLASMATICO:
1° tappa: allungamento: ac.palmitico + acetilCoA → ACIDO STEARICO C18:0
2° tappa: desaturazione:
acido stearico + NADH + steroilCoA (Δ-9) desaturasi → ACIDO OLEICO
Acido oleico: substrato preferito di
acilCoA colesterolo acil transferasi (ACAT) → esteri colesterolo → assemblaggio
VLDL
diacil glicerolo acil transferasi → biosintesi trigliceridi
Regolazione della biosintesi
steroilCoA (Δ-9) desaturasi (SCD) ubiquitaria,
alta espressione
nel fegato e nel cervello
Cocnvert
↑ dieta ricca in carboidrati (glucosio, fruttosio)
↑ insulina
↓ PUFA
(che abbassano i livelli nucleari di fattori trascrizionali (SREBP1c) responsabili della induzione degli enzimi glicolitici e
lipogenici da parte dell insulina
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
serie n-9
serie n-6
serie n-3
CH3-CO ∼ SCoA
↓
C18:1 Δ 9
acido oleico
↓
acido eicosatrienoico
C20:3 Δ 5, 8, 11
C18:2 Δ 9,12
acido linoleico (LA)
↓
C18:3 Δ 9,12,15
acido α-linolenico
acido arachidonico
ARA C20:4 Δ 5, 8, 11,14
↓
acido eicosapentaenoico
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
BIOSINTESI DEGLI ACIDI GRASSI POLINSATURI
fegato, astrociti, endotelio vascolare di retina e cervello
RETICOLO ENDOPLASMATICO
LA e ALA subiscono cicli alternati di
- desaturazione (Δ-6 desaturasi e Δ-5 desaturasi) ed
- allungamento + acetilCoA (elongasi)
PEROSSISOMA
sintesi DHA (beta ossidazione di C24)
MEMBRANA PLASMATICA
Fosfolipidi →
C20 → (ciclossigenasi, lipossigenasi) → eicosanoidi
(prostaglandine, trombossani, leucotrieni)
Δ 6 DESATURASI:
ENZIMA CHIAVE che catalizza la 1° tappa limitante
Produzione di PUFA (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
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
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
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 30-40 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
METABOLISMO
2. catabolismo
CATABOLISMO DEGLI ACIDI GRASSI
β-OSSIDAZIONE con produzione di CH3-CO-SCoA
coinvolti nella biosintesi e nella degradazione dei PUFA
Piccoli organelli circondati da una singola membrana
che contengono enzimi coinvolti in numerose
reazioni, tra cui reazioni coinvolte nel metabolismo
energetico (metabolismo lipidico, basi azotate,…)
2. MITOCONDRI
Degradazione di acidi grassi lunghezza C18-C16
β-OSSIDAZIONE PEROSSISOMIALE
A differenza della β-ossidazione mitocondriale
²  non richiede carnitina
²  acil CoA ossidasi: utilizza O2àH2O2 (catalasi 2 H2O2 à H2O + O2)
E utilizzata per la
- β-ossidazione di acidi grassi C>20
- sintesi DHA
- acidi grassi a catena ramificata
- sintesi degli acidi biliari dal colesterolo ( 27 à C24)
Livelli ematici di acidi grassi con un numero di atomi di C >22 usati
come diagnosi prenatale o neonatale di alterazione perossisomiale
Disordini perossisomiali sono gravi (sindrome di Zellweger con
incapacità di trasportare acidi grassi nei perossisomi è mortale nel 1°
anno di vita)