Cosa imparerai a fare: Illustra diversi tipi di lipidi e relaziona la loro struttura al loro ruolo nei sistemi biologici
I grassi e gli oli sono probabilmente il tipo di lipidi con cui hai più familiarità nella tua vita quotidiana. La parola grasso in genere porta in primo piano un quadro negativo nella nostra mente. Nelle diete, si consiglia di stare lontano da cibi grassi. Tuttavia, i nostri corpi richiedono un po ‘ di grasso per sopravvivere. Ci sono anche altri lipidi essenziali per la vita umana, tra cui fosfolipidi, steroidi e cere.
Mentre un eccesso di qualsiasi sostanza può essere un problema, tutti questi lipidi svolgono ruoli essenziali negli esseri viventi.
In questo risultato, discuteremo i lipidi e il ruolo che pianificano nei nostri corpi.
Risultati di apprendimento
- Distinguere tra i diversi tipi di lipidi
- Identificare diverse funzioni principali dei lipidi
Figura 1. I lipidi idrofobi nella pelliccia dei mammiferi acquatici, come questa lontra di fiume, li proteggono dagli elementi. (credito: Ken Bosma)
I lipidi includono un gruppo eterogeneo di composti che sono in gran parte non polari in natura. Questo perché sono idrocarburi che includono per lo più legami carbonio–carbonio o carbonio–idrogeno non polari. Le molecole non polari sono idrofobiche (”acqua che teme”) o insolubili in acqua. I lipidi svolgono molte funzioni diverse in una cellula. Le cellule immagazzinano energia per un uso a lungo termine sotto forma di grassi. I lipidi forniscono anche isolamento dall’ambiente per piante e animali (Figura 1). Ad esempio, aiutano a mantenere asciutti uccelli acquatici e mammiferi quando formano uno strato protettivo sulla pelliccia o sulle piume a causa della loro natura idrorepellente e idrorepellente. I lipidi sono anche i mattoni di molti ormoni e sono un costituente importante di tutte le membrane cellulari. I lipidi includono grassi, oli, cere, fosfolipidi e steroidi.
Grassi e oli
Una molecola di grasso, come un trigliceride, è costituita da due componenti principali: glicerolo e acidi grassi. Il glicerolo è un composto organico con tre atomi di carbonio, cinque atomi di idrogeno e tre gruppi di idrossile (–OH). Gli acidi grassi hanno una lunga catena di idrocarburi a cui è collegato un gruppo carbossilico acido, da cui il nome “acido grasso.” Il numero di carboni nell’acido grasso può variare da 4 a 36; i più comuni sono quelli contenenti 12-18 carboni. In una molecola di grasso, un acido grasso è attaccato a ciascuno dei tre atomi di ossigeno nei gruppi-OH della molecola di glicerolo con un legame covalente (Figura 2).
Figura 2. I lipidi includono grassi, come i trigliceridi, che sono costituiti da acidi grassi e glicerolo, fosfolipidi e steroidi.
Durante questa formazione di legami covalenti, vengono rilasciate tre molecole d’acqua. I tre acidi grassi nel grasso possono essere simili o dissimili. Questi grassi sono anche chiamati trigliceridi perché hanno tre acidi grassi. Alcuni acidi grassi hanno nomi comuni che specificano la loro origine. Ad esempio, l’acido palmitico, un acido grasso saturo, è derivato dalla palma. L’acido arachidico è derivato da Arachis hypogaea, il nome scientifico per le arachidi.
Gli acidi grassi possono essere saturi o insaturi. In una catena di acidi grassi, se ci sono solo singoli legami tra i carboni vicini nella catena idrocarburica, l’acido grasso è saturo. Gli acidi grassi saturi sono saturi di idrogeno; in altre parole, il numero di atomi di idrogeno attaccati allo scheletro di carbonio è massimizzato.
Quando la catena idrocarburica contiene un doppio legame, l’acido grasso è un acido grasso insaturo.
La maggior parte dei grassi insaturi sono liquidi a temperatura ambiente e sono chiamati oli. Se c’è un doppio legame nella molecola, allora è noto come un grasso monoinsaturo (ad esempio, olio d’oliva), e se c’è più di un doppio legame, allora è noto come un grasso polinsaturo (ad esempio, olio di colza).
I grassi saturi tendono ad essere imballati strettamente e sono solidi a temperatura ambiente. I grassi animali con acido stearico e acido palmitico contenuti nella carne e il grasso con acido butirrico contenuto nel burro sono esempi di grassi saturi. I mammiferi immagazzinano i grassi in cellule specializzate chiamate adipociti, dove i globuli di grasso occupano la maggior parte della cellula. Nelle piante, il grasso o l’olio sono immagazzinati nei semi e vengono utilizzati come fonte di energia durante lo sviluppo embrionale.
I grassi o gli oli insaturi sono solitamente di origine vegetale e contengono acidi grassi insaturi. Il doppio legame provoca una curva o un “nodo” che impedisce agli acidi grassi di imballarsi strettamente, mantenendoli liquidi a temperatura ambiente. Olio d’oliva, olio di mais, olio di colza e olio di fegato di merluzzo sono esempi di grassi insaturi. I grassi insaturi aiutano a migliorare i livelli di colesterolo nel sangue, mentre i grassi saturi contribuiscono alla formazione della placca nelle arterie, che aumenta il rischio di infarto.
La margarina, alcuni tipi di burro di arachidi e l’accorciamento sono esempi di grassi trans idrogenati artificialmente. Recenti studi hanno dimostrato che un aumento dei grassi trans nella dieta umana può portare ad un aumento dei livelli di lipoproteine a bassa densità (LDL) o colesterolo “cattivo”, che a sua volta può portare alla deposizione di placca nelle arterie, con conseguente malattia cardiaca. Molti ristoranti fast food hanno recentemente eliminato l’uso di grassi trans, e le etichette alimentari degli Stati Uniti sono ora tenuti a elencare il loro contenuto di grassi trans.Nell’industria alimentare, gli oli vengono idrogenati artificialmente per renderli semi-solidi, portando a meno deterioramento e maggiore durata. Semplicemente parlando, l’idrogeno gassoso viene gorgogliato attraverso gli oli per solidificarli. Durante questo processo di idrogenazione, i doppi legami della conformazione cis nella catena idrocarburica possono essere convertiti in doppi legami nella trans-conformazione. Questo forma un grasso trans da un grasso cis. L’orientamento dei doppi legami influisce sulle proprietà chimiche del grasso (Figura 3).
Figura 3. Durante il processo di idrogenazione, l’orientamento attorno ai doppi legami viene modificato, creando un grasso trans da un grasso cis. Questo cambia le proprietà chimiche della molecola.
Gli acidi grassi essenziali sono acidi grassi necessari ma non sintetizzati dal corpo umano. Di conseguenza, devono essere integrati attraverso la dieta. Gli acidi grassi Omega-3 rientrano in questa categoria e sono uno dei soli due acidi grassi essenziali noti per l’uomo (l’altro è acidi grassi omega-6). Sono un tipo di grassi polinsaturi e sono chiamati acidi grassi omega-3 perché il terzo carbonio dalla fine dell’acido grasso partecipa a un doppio legame.
Salmone, trota e tonno sono buone fonti di acidi grassi omega-3. Gli acidi grassi Omega-3 sono importanti nella funzione cerebrale e nella normale crescita e sviluppo. Possono anche prevenire le malattie cardiache e ridurre il rischio di cancro.
Come i carboidrati, i grassi hanno ricevuto molta cattiva pubblicità. È vero che mangiare un eccesso di cibi fritti e altri cibi “grassi” porta ad un aumento di peso. Tuttavia, i grassi hanno funzioni importanti. I grassi servono come accumulo di energia a lungo termine. Forniscono anche isolamento per il corpo. Pertanto, i grassi insaturi “sani” in quantità moderate dovrebbero essere consumati regolarmente.
Fosfolipidi
I fosfolipidi sono il principale costituente della membrana plasmatica. Come i grassi, sono composti da catene di acidi grassi attaccate a un glicerolo o una spina dorsale simile. Invece di tre acidi grassi attaccati, tuttavia, ci sono due acidi grassi e il terzo carbonio della spina dorsale del glicerolo è legato a un gruppo fosfato. Il gruppo fosfato viene modificato con l’aggiunta di un alcool.
Un fosfolipide ha sia regioni idrofobiche che idrofile. Le catene di acidi grassi sono idrofobiche e si escludono dall’acqua, mentre il fosfato è idrofilo e interagisce con l’acqua.
Le cellule sono circondate da una membrana, che ha un doppio strato di fosfolipidi. Gli acidi grassi dei fosfolipidi affrontano all’interno, lontano dall’acqua, mentre il gruppo fosfato può affrontare l’ambiente esterno o l’interno della cellula, che sono entrambi acquosi.
Figura 4. (a) Un fosfolipide è una molecola con due acidi grassi e un gruppo fosfato modificato attaccato a una spina dorsale di glicerolo. Il fosfato può essere modificato con l’aggiunta di gruppi chimici carichi o polari. Due gruppi chimici che possono modificare il fosfato, colina e serina, sono mostrati qui. Sia la colina che la serina si attaccano al gruppo fosfato nella posizione etichettata R. (b) Il doppio strato fosfolipidico è il componente principale di tutte le membrane cellulari. I gruppi di testa idrofili dei fosfolipidi affrontano la soluzione acquosa. Le code idrofobiche sono sequestrate nel mezzo del doppio strato.
Steroidi e cere
A differenza dei fosfolipidi e dei grassi discussi in precedenza, gli steroidi hanno una struttura ad anello. Sebbene non assomiglino ad altri lipidi, sono raggruppati con loro perché sono anche idrofobi. Tutti gli steroidi hanno quattro anelli di carbonio collegati e molti di loro, come il colesterolo, hanno una coda corta.
Il colesterolo è uno steroide. Il colesterolo è sintetizzato principalmente nel fegato ed è il precursore di molti ormoni steroidei, come il testosterone e l’estradiolo. È anche il precursore delle vitamine E e K. Il colesterolo è il precursore dei sali biliari, che aiutano nella disgregazione dei grassi e nel loro successivo assorbimento da parte delle cellule. Sebbene il colesterolo sia spesso parlato in termini negativi, è necessario per il corretto funzionamento del corpo. È un componente chiave delle membrane plasmatiche delle cellule animali.
Le cere sono costituite da una catena idrocarburica con un gruppo alcolico (–OH) e un acido grasso. Esempi di cere animali includono cera d’api e lanolina. Le piante hanno anche cere, come il rivestimento sulle loro foglie, che aiuta a prevenire l’essiccazione.
Figura 5. Gli steroidi come il colesterolo e il cortisolo sono composti da quattro anelli di idrocarburi fusi
In sintesi: Lipidi
I lipidi sono una classe di macromolecole di natura non polare e idrofobica. I tipi principali includono grassi e oli, cere, fosfolipidi e steroidi. I grassi sono una forma immagazzinata di energia e sono anche noti come triacilgliceroli o trigliceridi. I grassi sono costituiti da acidi grassi e glicerolo o sfingosina. Gli acidi grassi possono essere insaturi o saturi, a seconda della presenza o dell’assenza di doppi legami nella catena idrocarburica. Se sono presenti solo singoli legami, sono noti come acidi grassi saturi. Gli acidi grassi insaturi possono avere uno o più doppi legami nella catena idrocarburica. I fosfolipidi costituiscono la matrice delle membrane. Hanno una spina dorsale di glicerolo o sfingosina a cui sono attaccate due catene di acidi grassi e un gruppo contenente fosfato. Gli steroidi sono un’altra classe di lipidi. La loro struttura di base ha quattro anelli di carbonio fusi. Il colesterolo è un tipo di steroide ed è un costituente importante della membrana plasmatica, dove aiuta a mantenere la natura fluida della membrana. È anche il precursore degli ormoni steroidei come il testosterone.
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