I Lipidi: struttura, funzioni e proprietà in Biologia per l'Università

I LIPIDI

Costituiscono un gruppo di sostanze di origine animale (il lardo, il burro, lo strutto) e vegetale (gli oli vegetali e la margarina) non solubili in acqua. I LIPIDI li troviamo un po' in tutti gli alimenti, ma questo termine racchiude in realtà una numerosa lista di molecole anche molto diverse tra loro, sebbene tutte accomunate dal fatto di non sciogliersi in acqua I LIPIDI hanno dimensioni molecolari relativamente modeste rispetto alle altre macromolecoleI lipidi sono molecole idrofobiche composte da carbonio e idrogeno. Sono i costituenti delle membrane e hanno funzioni isolanti, di regolazione o di riserva. Gli steroldl e gli acidi grassi svolgono ruoli di regolazione, come nel caso degli ormoni e delle vitamine. I carotenoldi, che costituiscono i cristalli di questa foto al microscopio elettronico, servono alle piante per catturare l'energia luminosa.

Funzioni principali dei lipidi

1. Riserva di energia
2. Strutture nelle cellule
3. Isolante termico
4. Messaggero chimico (ormone)

I fosfolipidi formano le membrane cellulari. Il grasso corporeo degli animali è costituito da trigliceridi, accumulati in cellule chiamate adipociti, in blu. Gli oll o le cere sulla superficie delle foglie hanno funzione idrorepellente e impediscono la disidratazione.

CLASSIFICAZIONE DEI LIPIDI

non idrolizzabili in ambiente basico non contengono acidi grassi

LIPIDI NON SAPONIFICABILI

• VITAMINE
• STEROIDI
• TERPENI

idrolizzabili in ambiente basico contengono almeno un acido grasso

LIPIDI SAPONIFICABILI

• ACIDI GRASSI
• FOSFOLIPIDI
• GLICOLIPIDI
• CERE
• ACILGLICEROLI

NB: I lipidi saponificabili contengono al loro interno una funzione esterea e possono subire il processo di saponificazione. - reazione di un estere con una base forte :0: :O: :0: lento RCOH + R'O: = RCO: : + R'-ÖH Ione idrossido Estere Acido carbossilico Anione alcossido veloce HO: + RC-OR' : Anione carbossilato Alcol

GLI ACIDI GRASSI

Gli acidi grassi sono acidi organici monocarbossilici alifatici. Possono essere decritti in base ad almeno 3 caratteristiche fondamentali:

1. La lunghezza della catena: presentano un numero pari di C, da 4 a 24.
2. La presenza o meno di uno o più doppi legami: normalmente variano da 0 a 6. I primi due grassi in figura, palmitico e stearinico, non hanno doppi legami (ACIDI GRASSI SATURI) e per questo sono catene libere di assumere la forma che serve. La presenza di un doppio legame tra due C, come nel caso di dell'acido oleico conferisce necessariamente una precisa curvatura alla molecola (ACIDI GRASSI INSATURI o POLINSATURI).
3. Il numero di doppi legami eventualmente presenti. Osservando l'acido linolenico, possiamo vedere che sono presenti non uno, ma ben tre doppi legami, che riducono ancora di più la libertà di movimento della molecola.

Acido palmitico C 16:0 acido grasso saturo n-Esadecan-acido CH3(CH2)14COOH C 16:0 (ionizzato) Modello a calotta Acido stearinico C 18:0 (n-Octodecan-acido) acido grasso saturo O 17 15 13 11 9 7 5 3 C1 - OH 18 16 14 12 10 8 6 4 2 Acido oleico C 18:1, 49 monoinsaturo: appartiene al gruppo metabolico omega-9 (18-9) 0 10 9 C, -OH cis-9-Octodecen-acido CH3(CH2),CH=CH(CH2),COO" C 18:1, 49 (ionizzato) Modello a calotta Acido linolenico C 18:3, 49, 12, 15 triplice insaturo: appartiene al gruppo metabolico omega-3 (18-15) 15 12 9 C1 - OH Z,Z,Z-9,12,15- Octadecatrien-acido C 18:3, 49, 12, 15 Modello a calotta

Solubilità degli acidi grassi

I primi termini degli acidi grassi sono solubili in acqua. Però, man mano che la catena idrocarburica cresce in numero di atomi di carbonio, la solubilità diminuisce rapidamente. Ciò è dovuto al prevalere della parte idrocarburica apolare e quindi idrofoba (coda) sulla parte polare costituita dal gruppo carbossilico che è idrofilo (testa). testa idrofilica coda idrofobica HO H HH HH HH HH HH HH HH H Gruppo acilico O H Н НН НН НН НН НН НН НН Н A PH fisiologico il gruppo carbossilico degli A.G. è deprotonato. Ciò conferisce a queste molecole una carica negativa

NOMENCLATURA degli ACIDI GRASSI

1. quantificare la lunghezza della catena alifatica, esprimendola con la lettera C seguita dal numero di carboni presenti nell'acido grasso: C14, C16, C18, C20
2. indicare il numero di insaturazioni, facendo seguire alla sigla Cn il simbolo ":" seguito dal numero di doppi o tripli legami: ad esempio, l'acido oleico ha 18 atomi di carbonio e una sola insaturazione: C18:1.
3. precisare dove si trova l'eventuale insaturazione. A tal proposito esistono due differenti nomenclature:
   • la prima fa riferimento alla posizione del primo carbonio insaturo che si incontra iniziando a numerare la catena carboniosa dal gruppo carbossilico iniziale; tale posizione è indicata dalla sigla An, dove n è il numero dell'atomo di C che porta il doppio legame.
   • nel secondo caso la numerazione degli atomi di carbonio inizia partire dal gruppo metilico terminale (CH3); tale posizione è indicata dalla sigla w-n, dove n è il numero dell'atomo di carbonio che, partendo dall'estremità metilica finale, porta il doppio legame.

Nel caso dell'acido oleico la nomenclatura completa è C18:1 49 oppure C18:1 w9. La prima numerazione è preferita dai chimici degli alimenti, mentre in campo medico si preferisce utilizzare la seconda. O 4 1 C 2 18 3 9 10 -O (a) 18:1(49) Acido cis-9-ottadecanoico O 2 3 4 5 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 - 7 5 4 2 -0 II 1 (b) 20:5(45,8,11,14,17) Acido eicosapentaenoico (EPA), un acido grasso omega-3

Importanza della stereo-isomeria del doppio legame

ACIDO GRASSO SATURO catena alifatica (coda lipofila) perfettamente lineare. (contenuto energetico minore) I legami singoli della catena satura permettono un impaccamento compatto tra le molecole. Insaturo Saturo testa polare coda lipofila Doppio legame Doppio legame 2 doppi legami "trans" "cis" "cis" ACIDO GRASSO INSATURO con un legame di tipo trans. La catena subisce una piccola flessione. Rimane comunque una struttura lineare. ACIDO GRASSO INSATURO con un legame di tipo cis. La catena presenta un ripiegamento; il ripiegamento è più marcato in presenza di due doppi legami insaturi cis.

Impacchettamento degli acidi grassi

Saturated fatty acids l'impacchettamento degli acidi grassi in aggregati stabili dipende dal loro grado di insaturazione un doppio legame cis genera una flessione della catena insatura creando zone a bassa densità e rigidità, per esempio nel caso della costruzione della membrana cellulare. In natura i doppi legami sono sempre in configurazione cis o Z per una questione sterica: l'angolo di legame dell'isomero cis è di soli 30°, permettendo così l'eventuale impaccamento di più acidi grassi che vengano a trovarsi vicini. Mixture of saturated and unsaturated fatty acids la presenza di uno o più doppi legami cis produce aggregati meno stabili i saturi si impacchettano con una disposizione quasi cristallina stabilizzata da molte interazioni di Van der Waals. 30° 30° 30°

NOMENCLATURA degli ACIDI GRASSI

Numero di carboni Nome comune Nome sistematico Simbolo Struttura

Acidi grassi saturi

• 12 Acido laurico Acido dodecanoico 12:0 CH,(CH,) „COOH
• 14 Acido miristico Acido tetradecanoico 14:0 CH,(CH,)12COOH
• 16 Acido palmitico Acido esadecanoico 16:0 CH,(CH),COOH
• 18 Acido stearico Acido octadecanoico 18:0 CH,(CH2)„COOH
• 20 Acido arachidico Acido eicosanoico 20:0 CH,(CH),COOH
• 22 Acido beenico Acido docosanoico 22:0 CH,(CH2)_COOH
• 24 Acido lignocerico Acido tetracosanoico 24:0 CH,(CH)„COOH

Acidi grassi insaturi (tutti i doppi legami sono cis)

• 16 Acido palmitoleico Acido 9-esadecenoico 16:1* CH,(CH,),CH=CH(CH,),COOH
• 18 Acido oleico Acido 9-octadecenoico 18:1 CH,(CH,),CH=CH(CH2),COOH
• 18 Acido linoleico Acido 9,12-octadecadienoico 18:2 CH,(CH),(CH=CHCH),(CH) COOH
• 18 Acido a-linoleico Acido 9,12,15-octadecatrienoico 18:3 CH,CH,(CH=CHCH2),(CH,),COOH
• 18 Acido y-linoleico Acido 6,9,12-octadecatrienoico 18:3 CH,(CH2),(CH=CHCH_),(CH2),COOH
• 20 Acido arachidonico Acido 5,8,11,14-eicosatetraenoico 20:4 CH,(CH2),(CH=CHCH,),(CH),COOH
• 24 Acido nervonico Acido 15-tetracosenoico 24:1 CH,(CH ),CH=CH(CH), ,COOH

O OH O Acido stearico O OH O OH Acido linoleico O OH C Acido a-linoleico O OH C Acido arachidonico Acido palmitico OH Acido oleico

Disposizione degli acidi grassi in acqua

In acqua, gli acidi grassi si dispongono in modo da esporre la testa polare al solvente e avvicinare le code idrofobiche tra loro in modo da favorire le interazioni di London. Questa si chiama disposizione a MICELLA. FATTY ACID HYDROPHILIC (POLAR) HEAD HYDROPHOBIC (NONPOLAR) FATTY ACID TAIL FATTY ACID MOLECULE bình MICELLE shuttersto Micelle Fancy Tapis shutterstock ncy Tapis . shutterste C shutterstock 80 H2O shutterstock

Gliceridi neutri

ACILGLICEROLI

MONO- DI- e TRI-GLICERIDI Quelli che noi chiamiamo comunemente grassi e oli sono noti in biochimica come gliceridi e il loro nome IUPAC è acilgliceroli per la presenza del gruppo acile (R-C=O). Grassi e oli sono esteri del glicerolo (alcol trivalente). 1CH2-OH L'esterificazione può riguardare: - una funzioni alcolica MONOGLICERIDE - due funzioni alcoliche DIGLIGERIDE - tre le funzioni alcoliche TRIGLIGERIDE Glicerol proprietà fisiche: · Sono insolubili in acqua ma solubili in solventi organici. · Hanno la caratteristica di ungere la carta e il cotone. · Hanno una densità minore dell'acqua stessa (galleggiano formando una pellicola superficiale). · Punti di fusione ed ebollizione relativamente bassi. CH2-O-C-RI ACIDO GRASSO CH2OH O CHOH CH-O-C-R1 ACIDO GRASSO CH2OH CH2OH 1-monoacilglicerolo o a-monogliceride 2-monoacilglicerolo o ₿-monogliceride CH2-O-C-RI ACIDO GRASSO CH2-O-C-R1 ACIDO GRASSO O ACIDO GRASSO CHOH CH-O-C-R2 Ō CH2OH CH2-O-C-R2 1, 2-diacilglicerolo o a, B-digliceride 1, 3-diacilglicerolo o a, a'-digliceride CH2-O-C-RI ACIDO GRASSO 0 CH-O-C-R2 ACIDO GRASSO CHỈOH 2 O CHOH 13 CH2OH CH2-O-C-R3 ACIDO GRASSO glicerolo triacilglicerolo o trigliceride R1, R¿ Rs residui di acidi grassi 2CH-OH SCH, OH

TRIGLICERIDI

I trigliceridi sono i grassi più diffusi, costituiscono il 90% dei grassi presenti negli alimenti e sono i principali componenti del tessuto adiposo. derivano dal glicerolo per esterificazione dei 3 gruppi ossidrilici con acidi grassi SEMPLICI: i tre acidi grassi sono uguali MISTI: i tre acidi grassi sono diversi H2C-CH-CH2 1 I 1 O I 0 0 1 O=C I C=O C=0 H2C-CH-CH2 1 1 O O 0 1 1 1 O=C C=0 C=0 Miristico Palmitoleico Stearico Tristearina (un triacilglicerolo semplice) Un triacilglicerolo misto Possono avere consistenza di tipo liquido (oli), semisolido (burri) o solido (grassi).