I lipidi sono biomolecole formate da carbonio, idrogeno e ossigeno, esattamente come i carboidrati. La differenza tra loro sta nelle proporzioni tra gli atomi di idrogeno ed ossigeno. Più specificatamente, il rapporto tra atomi di idrogeno e ossigeno eccede quello dei carboidrati. Per esempio, il rapporto H+:O2 dell’acido stearico è 18:1.
Il termine generico di lipidi definisce un gruppo eterogeneo di sostanze che comprendono oli, grassi, cere e composti correlati. Gli oli sono liquidi a temperatura ambiente, mentre i grassi sono solidi.
Sia i grassi che gli oli sono composti derivati degli acidi grassi, che a loro volta sono derivati degli idrocarburi.
Tipi di lipidi
Piante e animali contengono lipidi formati da lunghe catene idrocarburiche. I lipidi sono insolubili in acqua ma solubili in solventi organici non polari come acetone, etere, cloroformio e benzene. I lipidi possono appartenere a uno dei seguenti gruppi:
- lipidi semplici;
- lipidi composti;
- lipidi derivati.
Lipidi semplici
I lipidi semplici o grassi neutri sono costituiti principalmente dai triacilgliceroli (glicerolo legato a tre acidi grassi). I grassi neutri sono definiti tali in quanto al pH cellulare non presentano gruppi elettricamente carichi. Queste molecole, completamente non polari, non presentano alcuna affinità per l’acqua costituendo la principale forma di deposito di grasso nelle cellule adipose.
Strutturalmente queste molecole si possono considerare composte da due differenti raggruppamenti di atomi. Uno di questi, il glicerolo, formato da 3 atomi di carbonio che non può essere considerato un lipide in quanto altamente solubile in acqua. A questo si trovano legate tre lunghe catene carboniose non ramificate chiamate acidi grassi, che costituiscono il secondo raggruppamento.
II gruppo carbossilico (-COOH) presente alla fine della catena degli acidi grassi conferisce alla molecola le caratteristiche di acidità. La lunghezza delle catene degli acidi grassi può andare da 4 fino a 36 atomi di carbonio. Da un punto di vista chimico, all’aumentare della lunghezza della catena degli acidi grassi la solubilità in acqua della molecola tende a diminuire.
I triacilgliceroli (trigliceridi) si formano attraverso il legame tra il glicerolo e gli acidi grassi per mezzo di una reazione che porta alla liberazione di tre molecole di acqua (reazione di condensazione). Al contrario, durante l’idrolisi, l’enzima lipasi scinde la molecola nei suoi costituenti legando le tre molecole di acqua nei punti di rottura della reazione enzimatica.
In tutti i cibi contenenti lipidi essi sono presenti come miscela in differenti proporzioni tra quelli saturi e insaturi. Il motivo per il quale si parla di acidi grassi è legato alla presenza nella molecola del gruppo acido (COOH) nella loro struttura chimica. Il grasso corporeo contiene entrambi i tipi di acidi grassi.
Acidi grassi saturi
Un acido grasso saturo contiene solo legami covalenti singoli tra gli atomi di carbonio; le valenze rimanenti del carbonio sono utilizzate per legare atomi di idrogeno. La molecola di acido grasso viene definita satura quando gli atomi di carbonio che la compongono sono saturati dal massimo numero possibile di atomi di idrogeno.
Gli acidi grassi saturi si trovano principalmente nei grassi animali come nel manzo, maiale, pollo, tuorlo d’uovo e in prodotti caseari come la panna, latte, burro e formaggi. Acidi grassi saturi provenienti dal regno vegetale sono presenti nell’olio di cocco e di palma, oli vegetali e nella margarina; sono inoltre presenti in abbondanza in prodotti commerciali come torte e biscotti.
Acidi grassi insaturi
Gli acidi grassi insaturi contengono uno o più doppi legami lungo la loro catena carboniosa. La presenza di doppi legami riduce il numero di atomi di idrogeno che possono legarsi al carbonio. Il termine di insaturo si riferisce quindi all’incompleta saturazione del carbonio con l’idrogeno.
Un acido grasso monoinsaturo contiene un solo doppio legame lungo la catena carboniosa; esempi di questi acidi grassi si trovano nell’olio d’oliva, olio di arachidi, olio di mandorle e avocado. Un acido grasso poliinsaturo contiene due o più doppi legami lungo la catena carboniosa; in questo caso esempi si ritrovano tra l’olio di semi di girasole e di semi di soia.
Molti acidi grassi poliinsaturi, e in particolare l’acido linoleico (un acido grasso formato da 18 atomi di carbonio con due doppi legami, presente nell’olio d’oliva), devono essere introdotti con gli alimenti in quanto sono utilizzati come precursori per la sintesi di altri acidi grassi. Questi vengono definiti acidi grassi essenziali poiché l’organismo non è in grado di sintetizzarli. L’acido linoleico è importante nel mantenimento dell’integrità della membrana plasmatica, nella crescita, nella riproduzione, nel mantenimento della pelle e in diverse funzioni generali del corpo.
Gli acidi grassi di origine vegetale sono in genere insaturi e tendono a rimanere liquidi a temperatura ambiente. Al contrario, lipidi contenenti lunghe catene carboniose e gli acidi grassi saturi sono solidi a temperatura ambiente; quelli invece con corte catene carboniose e che presentano molte insaturazioni tendono a rimanere semisolidi.
Gli oli sono liquidi a temperatura ambiente e contengono in prevalenza acidi grassi insaturi. Attraverso il processo chimico della idrogenazione, gli oli possono essere resi semisolidi. Il processo consiste nel far reagire gli oli vegetali con idrogeno gassoso ad alta pressione (in presenza di nichel che funge da catalizzatore per la reazione che si svolge a temperature comprese tra 120 e 210 °C).
Mediante questo processo vengono ridotte le insaturazioni degli acidi grassi attraverso il legame di atomi di idrogeno lungo la catena. Questo processo conferisce solidità al grasso in quanto l’aggiunta di atomi di idrogeno innalza il punto di fusione. Questo processo aumenta il tempo di conservazione e la stabilità alle alte temperature di cottura.
In questo modo gli oli idrogenati si comportano come un grasso saturo; tra i più comuni grassi idrogenati ci sono i sostituti del lardo e la margarina.
Purtroppo il processo di idrogenazione trasforma alcuni doppi legami cis in doppi legami trans. È stato dimostrato come l’assunzione di acidi grassi trans aumenti il rischio di malattie coronariche.
Formazione dei triacilgliceroli
La sequenza delle reazioni biochimiche che portano alla sintesi di triacilgliceroli attraverso il processo chiamato esterificazione. Inizialmente l’acido grasso viene legalo al coenzima A formando l’acil-CoA, che attraverso una serie di reazioni a cascata viene trasferito al glicerolo (come glicerolo 3-fosfato). La stessa reazione su una singola molecola di glicerolo forma la molecola del triacilglicerolo.
Le reazioni di sintesi dei triacilgliceroli aumentano in seguito a un pasto per due ragioni:
- aumento dei livelli ematici di acidi grassi e glucosio a seguito dell’assorbimento del cibo introdotto;
- alti livelli di insulina circolante che ne facilita la sintesi.
Degradazione dei triacilgliceroli
Il termine idrolisi (più propriamente lipolisi) descrive il catabolismo che porta alla formazione di glicerolo e di molecole di acidi grassi ricche di energia. La reazione della lipolisi aggiunge molecole di acqua attraverso tre distinte reazioni di idrolisi, ognuna catalizzata dalla lipasi ormone-sensibile. La mobilizzazrine degli acidi grassi attraverso la lipolisi predomina nelle condizioni di esercizio a bassa o moderata intensità, nelle diete povere di calorie o digiuno, negli stress da freddo e nell’esercizio fisico prolungato che esaurisce le scorte di glicogeno.
Sia l’esterificazione del triacilglicerolo che la lipolisi avvengono nel citosol degli adipociti. Gli acidi grassi liberati dalla lipolisi possono essere riesterificati a formare nuovi triacilgliceroli in seguito alla loro conversione per mezzo dell’acil- CoA, oppure fuoriuscire dagli adipociti, entrare nel sangue e combinarsi con l’albumina per essere trasportati verso tutti i distretti tissutali del corpo. Il termine acidi grassi liberi descrive appunto la combinazione tra albumina e acidi grassi.
Il glicerolo rilasciato durante il processo della lipolisi non viene riutilizzato dagli adipociti; diversamente dagli acidi grassi, abbandona le cellule per entrare nel circolo sanguigno. Per questo motivo la concentrazione plasmatica di glicerolo fornisce un indice del grado di lipolisi.
La lipolisi non è un processo esclusivo degli adipociti, potendosi realizzare anche in altri tessuti. L’idrolisi dei triacilgliceroli assunti con la dieta avviene nell’intestino tenue, catalizzata dalla lipasi pancreatica; la lipoproteina lipasi, un enzima presente sulla parete dei capillari, catalizza l’idrolisi dei triacilgliceroli trasportati dalle lipoproteine del sangue.
Le cellule muscolari e il tessuto adiposo adiacente possono prelevare gli acidi grassi rilasciati per mezzo della lipoproteina lipasi; questi acidi grassi possono essere convertiti in triacilgliceroli a riformare depositi di energia.
Lipidi composti
I lipidi composti, triacilgliceroli legati chimicamente ad altri composti, rappresentano il 10% circa dei grassi totali del corpo. Un gruppo di triacilgliceroli modificati, i fosfolipidi, contengono una o più molecole di acidi grassi coniugati con un gruppo fosforico e una base azotata.
I fosfolipidi si formano in tutte le cellule, in particolare il fegato sintetizza la maggior parte di essi.
Altri lipidi composti sono rappresentati dai glicolipidi (acidi grassi legati con carboidrati e azoto) e dalle lipoproteine idrosolubili (proteine sintetizzate principalmente nel fegato dall’unione tra proteine e triacilgliceroli o fosfolipidi).
Le lipoproteine sono importanti perché forniscono la principale forma di trasporto dei lipidi nel sangue. Se i lipidi non fossero legati alle proteine galleggerebbero nel sangue, invece di circolare attraverso il sistema vascolare.
Lipidi derivati
Lipidi semplici e lipidi composti formano i lipidi derivati. Il lipide derivato più noto è il colesterolo, uno sterolo che si trova esclusivamente nei tessuti animali. Il colesterolo non contiene acidi grassi, mentre possiede caratteristiche chimiche e fisiche dei grassi. È ampiamente diffuso nella membrana plasmatica di tutte le cellule, la sua provenienza può essere sia alimentare (esogeno) sia di sintesi cellulare (endogeno).
La sintesi endogena di colesterolo aumenta se aumenta l’apporto con la dieta di acidi grassi saturi e acidi grassi di tipo trans, che facilitano la sintesi di colesterolo LDL a livello epatico. Il fegato sintetizza circa il 70% di tutto il colesterolo del corpo, ma anche altri tessuti, incluse le cellule delle pareti arteriose e l’intestino, sono capaci di sintetizzarlo.
L’entità della sintesi endogena normalmente soddisfa il fabbisogno giornaliero; per questa ragione una drastica riduzione dell’assunzione di colesterolo, ad eccezione delle donne in gravidanza e durante l’età pediatrica, probabilmente non comporta nessun effetto negativo sulla salute.
Funzioni dei lipidi
Le funzioni principali che i lipidi svolgono nel corpo sono:
- sorgente e riserva energetica;
- protezione degli organi vitali;
- isolamento termico;
- trasporto di vitamine e controllo dell’appetito;
- ruolo nel traffico dei metabolico sotto forma di messaggeri.
Sorgente e riserva energetica
I lipidi rappresentano dal punto di vista energetico un substrato ideale in quanto ogni molecola veicola una grande quantità di energia per unità di peso. A riposo, in individui ben nutriti, i lipidi possono coprire dall’80 al 90% delle richieste energetiche dell’organismo. Un grammo di lipidi puri contiene circa 9 kCal (38 kJ) di energia, più del doppio dell’energia ottenibile dalla stessa quantità di carboidrati e proteine.
Occorre ricordare che nella sintesi di un triacilglicerolo, a partire da glicerolo e acidi grassi, si formano tre molecole di acqua. Viceversa, quando si forma il glicogeno a partire dal glucosio, circa 2,7 g di acqua si legano a ogni g di glicogeno formato. I grassi si possono quindi considerare alla stregua di una fonte energetica concentrata priva di acqua, mentre il glicogeno a parità di massa contiene una elevata quantità di acqua.
Nei maschi, il contenuto di lipidi è circa il 15% della massa corporea totale contro il 25% delle femmine. L’energia potenziale immagazzinata nelle molecole di grasso del tessuto adiposo genera circa 108000 kCal contro le 2000 kCal contenute nelle riserve di carboidrati.
Osservando il tutto da una differente prospettiva, si può considerare che le riserve di energia provenienti dai carboidrati potrebbero fornire una riserva energetica per una corsa intensa della durata di 1,6 ore ( 1 ora e 36 minuti), mentre lo stesso esercizio potrebbe continuare per circa 120 ore usando le riserve di grassi.
I grassi utilizzati come fonte energetica, inoltre, risparmiano le proteine riservandole alle loro importanti funzioni di sintesi tissutale e riparo.
Protezione di organi vitali e isolamento termico
Circa il 4% del grasso corporeo è disposto a protezione meccanica (traumi) di organi vitali (cuore, fegato, reni, milza, cervello, midollo spinale). I depositi di grasso sottocutanei forniscono un’importante funzione di isolamento termico, particolarmente utile quando il soggetto è esposto a temperature molto basse.
Un eccesso di grasso corporeo può tuttavia ostacolare la termoregolazione in condizioni di stress termico, come ad esempio durante un esercizio all’aperto quando la temperatura corporea può incrementare di 20 volte rispetto alla condizione basale. In una situazione come questa, lo scudo isolante fornito dai depositi sottocutanei di grasso rallenta la perdita di calore dal corpo.
Nel caso di atleti di grossa taglia, come ad esempio i difensori di linea del football americano, un certo eccesso di pannicolo adiposo può fornire protezione nei confronti dei traumi.
Trasportatori di vitamine e inibitori dell’appetito
Il consumo giornaliero di 20 g di lipidi costituisce una quantità sufficiente a veicolare le vitamine liposolubili A, D, E e K. Occorre pertanto ricordare che una drastica riduzione di lipidi nella dieta comporta una corrispondente diminuzione dei livelli di queste vitamine che può sfociare, se protratta nel tempo, in una ipovitaminosi.
I lipidi della dieta sono anche importanti in quanto facilitano l’assorbimento di precursori della vitamina A contenuti in vegetali privi di lipidi, come ad esempio le carote e le albicocche. Dato che i lipidi permangono nello stomaco fino a 3,5 ore dopo la loro assunzione, la loro presenza contribuisce a smorzare la fame.
Ruolo di messaggeri
Alcuni lipidi svolgono il ruolo di messaggeri intracellulari, di cofattori enzimatici e di segnali trasportati nel sangue (ormoni).
Ad esempio gli eicosanoidi sono ormoni paracrini implicati nel processo infiammatorio, nella formazione del coagulo sanguigno e in altri processi.
Gli sfingolipidi di membrana sono messaggeri intracellulari che regolano alcune proteine chinasi, che a loro volta regolano la divisione cellulare e la morte cellulare programmata (apoptosi).
Dose raccomandata di lipidi
Ad oggi, non ci sono quantità di riferimento per rapporto ottimale di lipidi. La raccomandazione dell’American Heart Association è quella di incoraggiare la sostituzione di cibi ricchi di grassi con frutta, verdure, farine integrali, derivati del latte scremati o privi di grassi, pesce, pollame e carne magra. Nuove indicazioni della AHA comprendono un costante controllo del peso corporeo e il consumo, almeno due volte alla settimana, di pesce ricco in acidi grassi omega-3.
Volendo comunque dare dei suggerimenti per capire come muoverci, possiamo dire che una dieta equilibrata comprende dal 20% al 35% delle calorie totali derivate dai lipidi. Di questi valori 2/3 dovrebbero essere acidi grassi insaturi e 1/3 saturi.
L’American Cancer Society promuove una dieta con un contenuto in lipidi che non superi il 20% delle calorie totali al fine di ridurre il rischio di cancro al colon e retto, alla prostata, all’endometrio e perfino al seno. Una diminuzione di grassi fino al 10% produce un effetto più pronunciato sulla diminuzione del colesterolo accompagnato da un miglioramento del quadro clinico in pazienti affetti da patologia coronarica.
L’AHA consiglia di limitare il consumo di colesterolo a non più di 300 mg al giorno, contenendo l’assunzione a 100 mg per 1000 calorie di cibo consumato. Le principali fonti di colesterolo nella dieta sono rappresentate dagli stessi alimenti animali ricchi in acidi grassi saturi. Limitando il consumo di questi cibi si riduce il livello di colesterolo esogeno e diminuisce il consumo di acidi grassi che ne stimolano la sintesi endogena.