3.7: Cosa sono i lipidi?

Panoramica

I lipidi sono un gruppo di composti organici strutturalmente e funzionalmente diversi che sono insolubili in acqua. Alcune classi di lipidi, come grassi, fosfolipidi, e steroidi sono cruciali per tutti gli organismi viventi. Funzionano come componenti strutturali delle membrane cellulari, da serbatoi di energia e da molecole di segnalazione.

I lipidi sono un gruppo diversificato di molecole idrofobiche

I lipidi sono gruppi strutturalmente e funzionalmente diversi di idrocarburi. Gli idrocarburi sono composti chimici costituiti da atomi di carbonio e idrogeno. I legami carbonio-carbonio e carbonio-idrogeno non sonopolari, il che significa che gli elettroni tra gli atomi sono equamente condivisi. I singoli legami non polari conferiscono una caratteristica complessiva non polare al composto di idrocarburi. Inoltre, i composti non polari sono idrofobici, o "repellono l'acqua". Ciò significa che non formano legami di idrogeno con molecole d'acqua, rendendoli quasi insolubili in acqua.

A seconda della composizione chimica, i lipidi possono essere divisi in diverse classi. Le classi biologicamente importanti di lipidi sono grassi, fosfolipidi, e steroidi.

Il grasso è un triestere di acidi grassi e glicerolo

La spina dorsale di base di idrocarburi dei grassi ha tre atomi di carbonio. Ogni carbonio trasporta un gruppo di idrossile (-OH), rendendolo glicerolo. Per formare un grasso, ciascuno dei gruppi di idrossili di glicerolo è collegato a un acido grasso. Un acido grasso è una lunga catena di idrocarburi con un gruppo carbossile (–COOH) ad una estremità. Il gruppo carbossile dell'acido grasso e il gruppo idrossile del glicerolo formano un legame stabile con il rilascio di una molecola d'acqua. La molecola risultante è chiamata estere (–COOR). Il grasso è un estere di glicerolo e tre acidi grassi; quindi è anche indicato come trigliceride. I tre acidi grassi costituenti possono essere identici o diversi e di solito sono lunghi 12-18 carboni.

Grassi saturi e insaturi

I grassi sono saturi o insaturi a seconda della presenza o dell'assenza di doppi legami nelle catene di idrocarburi dei loro acidi grassi. Se una catena di acidi grassi non ha doppi legami tra gli atomi di carbonio, i singoli atomi di carbonio legano un numero massimo di idrogeno. Tale acido grasso è completamente saturo di idrogeno, ed è chiamato un acido grasso saturo. D'altra parte, se l'acido grasso contiene uno o più atomi di carbonio a doppio legame, l'acido grasso è chiamato acido grasso insaturo.

I grassi che contengono tutti gli acidi grassi saturi sono chiamati grassi saturi. I grassi ottenuti da fonti animali, ad esempio burro, latte, formaggio e lardo, sono per lo più saturi. I grassi provenienti da fonti di pesce o vegetali sono spesso insaturi, come l'olio d'oliva, l'olio di arachidi e l'olio di fegato di merluzzo. L'assenza di doppi legami nelle catene di idrocarburi di acidi grassi saturi, rendendoli flessibili. Le catene flessibili di acidi grassi possono essere imballate strettamente l'una con l'altra; quindi i grassi saturi sono per lo più solidi a temperatura ambiente.

La maggior parte degli acidi grassi insaturi naturali sono in conformazione "cis", il che significa che gli atomi di idrogeno adiacenti al doppio legame carbonio-ossigeno sono sullo stesso lato. La presenza di legami cis-doubleprovoca una curvatura nella catena di idrocarburi che rende la catena di idrocarburi lunga meno flessibile e difficile da imballare. Di conseguenza, la maggior parte degli acidi grassi insaturi sono liquidi a temperatura ambiente.

I grassi sono un serbatoio di energia a lungo termine in molti organismi. Se il bisogno si presenta, l'organismo rompe i grassi per produrre energia. Negli animali, il grasso fornisce ammortizzazione intorno agli organi vitali, e uno strato sottocutaneo di grasso isola il corpo dalle temperature esterne.

I fosfolipidi sono parte integrante delle membrane cellulari

I fosfolipidi sono fondamentali per la cellula in quanto sono costituenti principali delle membrane cellulari. I fosfolipidi sono strutturalmente simili ai grassi, ma contengono solo due acidi grassi legati al glicerolo invece di tre. I residui di acidi grassi possono essere saturi o insaturi. Nei fosfolipidii, il terzo gruppo idrossile del glicerolo è collegato a un gruppo di fosfati caricati negativamente.

Un ulteriore gruppo funzionale collegato al gruppo fosfato può apportare diverse proprietà chimiche ai fosfolipidi. Gli additivi più comuni sono piccoli gruppi polari come colina o serina.

I fosfolipidi sono molecole anfipatiche, il che significa che hanno parti idrofobiche e altre che sono idrofile, o "amanti" dell'acqua. Quando i fosfolipidi vengono aggiunti all'acqua, formano spontaneamente un bistrato, una pellicola sottile che è spessa due molecole di fosfolipidi. Questa auto-organizzazione avviene perché le teste polari sono attratte dall'acqua, mentre gli acidi grassi idrofobici sono sepolti al centro dello strato per eludere il contatto con l'acqua. Tale bistrato fosfolipidico forma la membrana cellulare in tutti gli organismi viventi. Compartimenta i fluidi all'interno e all'esterno della cella. Incorporate nel bistrato ci sono proteine e steroidi, un'altra classe di lipidi. Ulteriori bistrati fosfolipidici possono compartimentare ulteriormente l'interno della cellula eucariotica, ad esempio il reticolo lisosomico e endoplasmico.

Gli steroidi consistono in una struttura a quattro anelli

Gli steroidi sono un'altra classe biologicamente importante di lipidi. Gli steroidi sono composti da quattro anelli di carbonio che sono fusi l'uno all'altro. Gli steroidi variano tra loro in base ai gruppi chimici attaccati agli anelli di carbonio. Anche se gli steroidi sono strutturalmente diversi, sono idrofobici e insolubili in acqua. Gli steroidi riducono la fluidità della membrana cellulare. Funzionano anche come molecole di segnalazione all'interno della cellula. Il colesterolo è lo steroide più comune ed è sintetizzato dal fegato. È presente nella membrana cellulare ed è un precursore degli ormoni sessuali negli animali.

I lipidi sono accomunati

da un fattore distintivo:

sono idrofobici, insolubili in acqua

a causa degli idrocarburi scarichi.

In base al numero e al tipo di idrocarburi,

i lipidi si distinguono in tre gruppi:

grassi, fosfolipidi e steroidi.

I grassi, anche detti trigliceridi,

sono composti da un glicerolo e tre acidi grassi.

Possono essere saturi o insaturi

in base alla presenza o assenza

di doppi legami negli acidi grassi

e quindi, la potenziale saturazione

con il maggior numero di idrogeno.

Gli stessi acidi saturi e insaturi

si trovano anche nei fosfolipidi,

ma in questo caso sono solo due gli acidi grassi

uniti al glicerolo, e, al posto del terzo acido grasso,

c'è un gruppo fosfato carico.

Questo causa la peculiarità dei fosfolipidi:

una testa idrofila a base di fosfato

e due code idrofobe di idrocarburi

che formano un bistrato, la membrana cellulare.

Le teste idrofile a base di fosfato sono in contatto

con la soluzione acquosa dentro e fuori la cellula,

mentre le code idrofobe sono rivolte verso l'interno,

protette e lontane dall'acqua.

Il terzo tipo, gli steroidi, come il colesterolo,

hanno un'unica struttura fusa con uno scheletro di carbonio

composto da quattro anelli idrocarburici,

quindi la loro struttura chimica è molto diversa

da quella dei grassi e dei fosfolipidi.