Lipidi: definizione, struttura, funzione ed esempi

I lipidi comprendono un gruppo di composti come grassi, oli, steroidi e cere presenti negli organismi viventi. Sia i procarioti che gli eucarioti possiedono lipidi, che svolgono molti ruoli importanti dal punto di vista biologico, come la formazione della membrana, la protezione, l'isolamento, l'accumulo di energia, la divisione cellulare e altro ancora. In medicina, i lipidi si riferiscono ai grassi nel sangue.

TL; DR (troppo lungo; non ho letto)

I lipidi designano grassi, oli, steroidi e cere presenti negli organismi viventi. I lipidi svolgono molteplici funzioni tra le specie, per l'immagazzinamento di energia, la protezione, l'isolamento, la divisione cellulare e altri importanti ruoli biologici.

I lipidi sono costituiti da un trigliceride costituito dal glicerolo alcolico e dagli acidi grassi. Le aggiunte a questa struttura di base producono una grande diversità nei lipidi. Finora sono stati scoperti oltre 10.000 tipi di lipidi e molti lavorano con un'enorme varietà di proteine ​​per il metabolismo cellulare e il trasporto di materiale. I lipidi sono considerevolmente più piccoli delle proteine.

Gli acidi grassi sono un tipo di lipidi e servono anche come elementi costitutivi per altri lipidi. Gli acidi grassi contengono gruppi carbossilici (-COOH) legati a una catena di carbonio con idrogeni attaccati. Questa catena è insolubile in acqua. Gli acidi grassi possono essere saturi o insaturi. Gli acidi grassi saturi hanno legami di carbonio singoli, mentre gli acidi grassi insaturi hanno doppi legami di carbonio. Quando gli acidi grassi saturi si combinano con i trigliceridi, si ottengono grassi solidi a temperatura ambiente. Questo perché la loro struttura li fa impacchettare insieme strettamente. Al contrario, gli acidi grassi insaturi combinati con i trigliceridi tendono a produrre oli liquidi. La struttura attorcigliata dei grassi insaturi produce una sostanza più sciolta e più fluida a temperatura ambiente.

I fosfolipidi sono costituiti da un trigliceride con un gruppo fosfato sostituito da un acido grasso. Possono essere descritti come aventi una testa carica e una coda di idrocarburi. Le loro teste sono idrofile, o amanti dell'acqua, mentre le loro code sono idrofobe o repellenti all'acqua.

Un altro esempio di lipide è il colesterolo. I colesterolo si dispongono in strutture ad anello rigide di cinque o sei atomi di carbonio, con idrogeni attaccati e una coda flessibile di idrocarburi. Il primo anello contiene un gruppo ossidrile che si estende negli ambienti acquatici delle membrane delle cellule animali. Il resto della molecola, tuttavia, è insolubile in acqua.

Gli acidi grassi polinsaturi (PUFA) sono lipidi che aiutano la fluidità della membrana. I PUFA partecipano alla segnalazione cellulare correlata all'infiammazione neurale e al metabolismo energetico. Possono fornire effetti neuroprotettivi come acidi grassi omega-3 e, in questa formulazione, sono antinfiammatori. Per gli acidi grassi omega-6, i PUFA possono causare infiammazione.

Gli steroli sono lipidi presenti nelle membrane delle piante. I glicolipidi sono lipidi legati ai carboidrati e fanno parte dei pool lipidici cellulari.

I lipidi svolgono diversi ruoli negli organismi. I lipidi costituiscono barriere protettive. Comprendono le membrane cellulari e parte della struttura delle pareti cellulari nelle piante. I lipidi forniscono accumulo di energia a piante e animali. Molto spesso, i lipidi funzionano insieme alle proteine. Le funzioni lipidiche possono essere influenzate dai cambiamenti nei loro gruppi di capi polari così come dalle loro catene laterali.

I fosfolipidi costituiscono la base dei doppi strati lipidici, con la loro natura anfipatica, che costituiscono le membrane cellulari. Lo strato esterno interagisce con l'acqua mentre lo strato interno esiste come una sostanza oleosa flessibile. La natura liquida delle membrane cellulari aiuta nella loro funzione. I lipidi costituiscono non solo le membrane plasmatiche, ma anche i compartimenti cellulari come l'involucro nucleare, il reticolo endoplasmatico (ER), l'apparato di Golgi e le vescicole.

Anche i lipidi partecipano alla divisione cellulare. Le cellule in divisione regolano il contenuto lipidico a seconda del ciclo cellulare. Almeno 11 lipidi sono coinvolti nell'attività del ciclo cellulare. Gli sfingolipidi svolgono un ruolo nella citochinesi durante l'interfase. Poiché la divisione cellulare provoca la tensione della membrana plasmatica, i lipidi sembrano aiutare con gli aspetti meccanici della divisione come la rigidità della membrana.

I lipidi forniscono barriere protettive per tessuti specializzati come i nervi. La guaina mielinica protettiva che circonda i nervi contiene lipidi.

I lipidi forniscono la maggior quantità di energia dal consumo, avendo più del doppio di energia rispetto a proteine ​​e carboidrati. Il corpo scompone i grassi durante la digestione, alcuni per il fabbisogno energetico immediato e altri per l'immagazzinamento. Il corpo attinge all'accumulo di lipidi per l'esercizio utilizzando le lipasi per abbattere quei lipidi e, infine, per produrre più adenosina trifosfato (ATP) per alimentare le cellule.

Nelle piante, gli oli di semi come i triacilgliceroli (TAG) forniscono la conservazione del cibo per la germinazione e la crescita dei semi sia nelle angiosperme che nelle gimnosperme. Questi oli sono immagazzinati in corpi oleosi (OB) e protetti da fosfolipidi e proteine ​​chiamate oleosine. Tutte queste sostanze sono prodotte dal reticolo endoplasmatico (RE). Il corpo dell'olio germoglia dal pronto soccorso.

I lipidi forniscono alle piante l'energia necessaria per i loro processi metabolici e segnali tra le cellule. Il floema, una delle principali porzioni di trasporto delle piante (insieme allo xilema), contiene lipidi come come colesterolo, sitosterolo, camposterolo, stigmasterolo e diversi ormoni lipofili variabili e molecole. I vari lipidi possono svolgere un ruolo nella segnalazione quando una pianta è danneggiata. I fosfolipidi nelle piante funzionano anche in risposta a fattori di stress ambientale sulle piante e in risposta alle infezioni da agenti patogeni.

Negli animali, i lipidi servono anche come isolante dall'ambiente e come protezione per gli organi vitali. I lipidi forniscono anche galleggiabilità e impermeabilità.

I lipidi chiamati ceramidi, a base di sfingoidi, svolgono importanti funzioni per la salute della pelle. Aiutano a formare l'epidermide, che funge da strato più esterno della pelle che protegge dall'ambiente e previene la perdita di acqua. Le ceramidi agiscono come precursori del metabolismo degli sfingolipidi; il metabolismo lipidico attivo avviene all'interno della pelle. Gli sfingolipidi costituiscono i lipidi strutturali e di segnalazione presenti nella pelle. Le sfingomieline, prodotte dalle ceramidi, sono prevalenti nel sistema nervoso e aiutano i motoneuroni a sopravvivere.

I lipidi svolgono anche un ruolo nella segnalazione cellulare. Nel sistema nervoso centrale e periferico, i lipidi controllano la fluidità delle membrane e aiutano nella trasmissione dei segnali elettrici. I lipidi aiutano a stabilizzare le sinapsi.

I lipidi sono essenziali per la crescita, un sistema immunitario sano e la riproduzione. I lipidi consentono al corpo di immagazzinare vitamine nel fegato come le vitamine liposolubili A, D, E e K. Il colesterolo funge da precursore di ormoni come estrogeni e testosterone. Produce anche acidi biliari, che dissolvono il grasso. Il fegato e l'intestino producono circa l'80% del colesterolo, mentre il resto si ottiene dal cibo.

Generalmente i grassi animali sono saturi e quindi solidi, mentre gli oli vegetali tendono ad essere insaturi e quindi liquidi. Gli animali non possono produrre grassi insaturi, quindi quei grassi devono essere consumati da produttori come piante e alghe. A loro volta, gli animali che mangiano quei consumatori di piante (come i pesci d'acqua fredda) ottengono quei grassi benefici. I grassi insaturi sono i grassi più salutari da mangiare in quanto riducono il rischio di malattie. Esempi di questi grassi includono oli come oli di oliva e di girasole, oltre a semi, noci e pesce. Le verdure a foglia verde sono anche buone fonti di grassi insaturi nella dieta. Gli acidi grassi nelle foglie sono usati nei cloroplasti.

I grassi trans sono oli vegetali parzialmente idrogenati che assomigliano ai grassi saturi. Precedentemente utilizzati in cucina, i grassi trans sono ora considerati non salutari per il consumo.

I grassi saturi dovrebbero essere consumati meno dei grassi insaturi poiché i grassi saturi possono aumentare il rischio di malattie. Esempi di grassi saturi includono carne di animali rossi e latticini grassi, nonché olio di cocco e olio di palma.

Quando i professionisti medici si riferiscono ai lipidi come grassi nel sangue, questo descrive il tipo di grassi spesso discussi sulla salute cardiovascolare, in particolare il colesterolo. Le lipoproteine ​​aiutano nel trasporto del colesterolo attraverso il corpo. La lipoproteina ad alta densità (HDL) si riferisce al colesterolo che è un grasso "buono". Serve per aiutare a rimuovere il colesterolo cattivo attraverso il fegato. I colesteroli “cattivi” includono LDL, IDL, VLDL e alcuni trigliceridi. I grassi cattivi aumentano il rischio di infarto e ictus a causa del loro accumulo sotto forma di placca, che può portare all'ostruzione delle arterie. Pertanto un equilibrio dei lipidi è fondamentale per la salute.

Le condizioni infiammatorie della pelle possono trarre beneficio dal consumo di alcuni lipidi come l'acido eicosapentaenoico (EPA) e l'acido docsaesaenoico (DHA). È stato dimostrato che l'EPA altera il profilo delle ceramide della pelle.

Un certo numero di malattie sono legate ai lipidi nel corpo umano. L'ipertrigliceridemia, una condizione di alti trigliceridi nel sangue, può portare a pancreatite. Numerosi farmaci agiscono per ridurre i trigliceridi, ad esempio mediante enzimi che degradano i grassi nel sangue. In alcuni individui è stata riscontrata anche un'elevata riduzione dei trigliceridi mediante integrazione medica tramite olio di pesce.

L'ipercolesterolemia (colesterolo alto nel sangue) può essere acquisita o genetica. Gli individui con ipercolesterolemia familiare possiedono valori di colesterolo straordinariamente alti che non possono essere controllati tramite farmaci. Ciò aumenta notevolmente il rischio di infarto e ictus, con molti individui che muoiono prima di raggiungere i 50 anni.

Le malattie genetiche che provocano un elevato accumulo di lipidi sui vasi sanguigni sono indicate come malattie da accumulo di lipidi. Questo accumulo eccessivo di grasso produce effetti deleteri per il cervello e altre parti del corpo. Alcuni esempi di malattie da accumulo di lipidi includono la malattia di Fabry, la malattia di Gaucher, la malattia di Niemann-Pick, la malattia di Sandhoff e la malattia di Tay-Sachs. Sfortunatamente, molte di queste malattie da accumulo di lipidi provocano malattie e morte in giovane età.

I lipidi svolgono anche un ruolo nelle malattie dei motoneuroni (MND), poiché queste condizioni sono caratterizzate non solo da degenerazione e morte dei motoneuroni, ma anche da problemi con il metabolismo dei lipidi. Nelle MND, i lipidi strutturali del sistema nervoso centrale cambiano e questo influenza sia le membrane che la segnalazione cellulare. Ad esempio, l'ipermetabolismo si verifica con la sclerosi laterale amiotrofica (SLA). Sembra esserci un legame tra l'alimentazione (in questo caso, non si consumano abbastanza calorie lipidiche) e il rischio di sviluppare la SLA. I lipidi più alti corrispondono a risultati migliori per i pazienti con SLA. I farmaci che colpiscono gli sfingolipidi vengono considerati come trattamenti per i pazienti con SLA. Sono necessarie ulteriori ricerche per comprendere meglio i meccanismi coinvolti e fornire opzioni di trattamento adeguate.

Nell'atrofia muscolare spinale (SMA), una malattia genetica autosomica recessiva, i lipidi non vengono utilizzati correttamente per produrre energia. Gli individui SMA possiedono un'elevata massa grassa in un ambiente a basso apporto calorico. Pertanto, ancora una volta, la disfunzione del metabolismo lipidico gioca un ruolo importante in una malattia del motoneurone.

Esistono prove del fatto che gli acidi grassi omega-3 svolgono un ruolo benefico in malattie degenerative come l'Alzheimer e il Parkinson. Questo non è stato dimostrato nel caso della SLA, e infatti è stato riscontrato l'effetto opposto della tossicità nei modelli murini.

Gli scienziati continuano a scoprire nuovi lipidi. Attualmente i lipidi non sono studiati a livello delle proteine ​​e quindi sono meno compresi. Gran parte dell'attuale classificazione dei lipidi si basava su chimici e biofisici, con un'enfasi sulla struttura piuttosto che sulla funzione. Inoltre, è stato difficile eliminare le funzioni lipidiche a causa della loro tendenza a combinarsi con le proteine. È anche difficile chiarire la funzione lipidica nelle cellule vive. La risonanza magnetica nucleare (NMR) e la spettrometria di massa (MS) consentono di identificare i lipidi con l'ausilio di software di calcolo. Tuttavia, è necessaria una migliore risoluzione in microscopia per ottenere informazioni sui meccanismi e sulle funzioni dei lipidi. Piuttosto che analizzare un gruppo di estratti lipidici, sarà necessaria una MS più specifica per isolare i lipidi dai loro complessi proteici. L'etichettatura degli isotopi può servire a migliorare la visualizzazione e quindi l'identificazione.

È chiaro che i lipidi, oltre alle loro note caratteristiche strutturali ed energetiche, svolgono un ruolo in importanti funzioni motorie e di segnalazione. Poiché la tecnologia migliora per identificare e visualizzare i lipidi, saranno necessarie ulteriori ricerche per accertare la funzione dei lipidi. Alla fine, la speranza è che possano essere progettati marcatori che non interrompano eccessivamente la funzione lipidica. Essere in grado di manipolare la funzione lipidica a livelli subcellulari potrebbe fornire una svolta nella ricerca. Questo potrebbe rivoluzionare la scienza più o meno allo stesso modo della ricerca sulle proteine. A loro volta, potrebbero essere realizzati nuovi farmaci che potrebbero potenzialmente aiutare coloro che soffrono di disturbi lipidici.