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Fisiologia
CAPITOLO
B
Le biomolecole:
struttura e funzione
1 Dai polimeri alle biomolecole
Tra i composti organici rientrano molte molecole che svolgono un ruolo nei sistemi
biologici e che, per questo motivo, vengono indicate con il nome di biomolecole. Le
biomolecole hanno alcune caratteristiche chiave:
- nella maggior parte dei casi si tratta di macromolecole, ovvero molecole comples-
se che possono contenere anche migliaia di atomi (principalmente C, H e O);
- dal punto di vista chimico, le biomolecole sono composti polifunzionali, sono
cioè costituite da molecole che contengono due o più gruppi funzionali diversi;
- le biomolecole sono in molti casi polimeri formati dall’unione di composti orga-
nici più piccoli chiamati monomeri.
La biochimica comprende lo studio delle biomolecole , la loro organizzazione, le
interazioni e le trasformazioni che subiscono nelle cellule.
La biochimica si occupa anche dello studio degli scambi energetici e della produzione
di energia, degli scambi di informazioni all’interno degli organismi, del funziona-
mento di strutture complesse a livello molecolare. Ogni disciplina scientifica di area
biomedica trova nella biochimica e nello studio delle biomolecole gli elementi per
spiegare fenomeni e processi complessi.
Fisiopatologia
BIOCHIMICA
Microbiologia
Genetica
Immunologia
Fisiologia
Scienza
dell’alimentazione
e del movimento
Farmacologia
TI RICORDI?
I monomeri si
uniscono a formare
i polimeri grazie
a una reazione di
condensazione che
porta alla perdita di
una molecola d’acqua
per ciascun legame
che si forma. La
degradazione di un
polimero è invece
mediata da reazioni di
idrolisi , che portano
alla rottura dei
legami tra i singoli
monomeri.
B
Nonostante la loro eterogeneità chimica, le biomolecole possono essere suddivise in
quattro classi fondamentali: carboidrati, lipidi, proteine e acidi nucleici. Carboidrati
e lipidi costituiscono le principali fonti energetiche degli organismi e svolgono
un’importante funzione strutturale. Le proteine, oltre ad avere un ruolo struttura-
le, sono i principali regolatori degli organismi viventi e sono in grado di ricoprire
molteplici ruoli: in pratica consentono lo svolgimento di tutte le funzioni vitali di
una cellula. Gli acidi nucleici contengono le informazioni necessarie per la biosintesi
delle proteine e garantiscono la riproduzione degli organismi e il perpetuarsi della
vita ( Figura B1.1 ).
Figura B1.
Composizione
percentuale
dell’organismo umano.
proteine: 16%
lipidi: 13%
carboidrati: 1%
acqua: 65%
sali minerali: 5%
vitamine: tracce
2 I carboidrati
I carboidrati (o glicidi o saccaridi) sono un gruppo di sostanze organiche natu-
rali costituite generalmente da tre soli elementi: carbonio, idrogeno e ossigeno.
Da un punto di vista chimico i carboidrati sono un esempio di composti polifunzio-
nali, perché contengono un gruppo carbonile (aldeidico o chetonico) insieme a più
gruppi ossidrile: per questo motivo vengono definiti poliidrossialdeidi o poliidrossi-
chetoni. Sono considerati carboidrati anche tutte le sostanze che per idrolisi danno
composti di questo tipo.
I carboidrati svolgono due principali funzioni nel mondo vivente:
1. riserva energetica : l’amido nel mondo vegetale e il glicogeno in quello animale
sono carboidrati con funzione di riserva energetica.
2. ruolo strutturale : la cellulosa, la biomolecola più abbondante sulla Terra, è il
costituente principale della parete delle cellule vegetali, cui conferisce rigidità
e resistenza; la chitina forma l’esoscheletro di insetti e crostacei ( Figura B1.2 ).
TI RICORDI?
Il gruppo carbonile
(C
= O) caratterizza
aldeidi e chetoni; il
gruppo ossidrile
(
—
OH) è tipico degli
alcoli.
Video Che cosa sono i
carboidrati?
Figura B1.
I carboidrati svolgono
diverse funzioni.
I cereali hanno un elevato contenuto
di amido, il più importante fra i
carboidrati di riserva.
Il cotone è costituito da
cellulosa allo stato quasi
puro.
L’esoscheletro degli insetti è formato da
chitina, un polisaccaride che costituisce
fibre molto resistenti.
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e inquadrami
per guardare i video
B
▶
La gliceraldeide, lo zucchero più semplice
L’aldoso più semplice è la gliceraldeide C
3
H
6
O
3
, della quale esistono due possibili
isomeri, chiamati d-gliceraldeide e l-gliceraldeide.
Le molecole di d-gliceraldeide e l-gliceraldeide sono enantiomeri , cioè l’una è
l’immagine speculare e non sovrapponibile dell’altra. Si tratta di due isomeri ottici
per la presenza di un centro stereogenico.
H
— C
— OH
CH
2
OH
C
—
=
O H
d-gliceraldeide
HO
— C
— H
CH
2
OH
C
—
=
O H
l-gliceraldeide
Gruppo
aldeidico
Centro
stereogenico
Gruppi
alcolici
∗ ∗
▶
Le formule di proiezione di Fischer
Le lettere d (destro) e l (levo) che precedono il nome dello zucchero si riferiscono
alla posizione del gruppo
OH sul secondo atomo di carbonio della gliceraldeide
(C-2). L’assegnazione della lettera d oppure l dipende dalla convenzione proposta
dal chimico tedesco Emil Fischer (1852-1919), da cui derivano le formule di proie-
zione di Fischer. Esse si ottengono immaginando di proiettare l’atomo di carbonio
tetraedrico (C-2) su un piano; i suoi quattro legami diventano in questo modo due
segmenti perpendicolari e il punto della loro intersezione è l’atomo di carbonio stes-
so ( Figura B1.4 ).
TI RICORDI?
L’ isomeria ottica
caratterizza una
molecola che
contenga almeno un
atomo di carbonio
legato a quattro
sostituenti diversi
(detto centro
stereogenico ). Il
centro stereogenico
implica l’esistenza
di due isomeri ottici,
detti d e l.
Figura B1.
Le sfere colorate indicano
quattro sostituenti
generici diversi.
modello tetraedrico proiezione di Fischer
Quando si proietta un atomo di carbonio tetraedrico
su un piano, i legami diretti verso chi legge diventano
segmenti orizzontali; quelli diretti verso il retro della
pagina diventano segmenti verticali.
Per convenzione, nelle formule di proiezione di Fischer si pone in alto l’atomo di
carbonio più ossidato (C-1, ovvero quello del gruppo funzionale CHO) e in verticale
la catena di atomi di carbonio; si assegna poi la lettera d alla configurazione della
gliceraldeide con l’ossidrile a destra della catena e la lettera l al suo enantiomero con
l’ossidrile a sinistra.
La differente disposizione dei sostituenti non influenza la maggior parte delle
proprietà chimiche e fisiche delle due sostanze ma ha profonde conseguenze sulla
loro funzione biologica: infatti solo la d-gliceraldeide è utilizzata dagli organismi
viventi mentre la l-gliceraldeide è una molecola biologicamente inerte.
B
▶ Il glucosio e gli altri monosaccaridi
Con l’aumentare del numero di atomi di carbonio nella molecola, aumenta il nume-
ro dei centri stereogenici e quindi il numero di isomeri ottici possibili. Una molecola
di monosaccaride appartiene alle serie d oppure l a seconda della disposizione del
gruppo
OH legato all’atomo di carbonio stereogenico più lontano dal gruppo
aldeidico (o chetonico): se questo gruppo
OH è disposto a destra, la molecola
appartiene alla serie d, altrimenti appartiene alla serie l. Come nel caso della glice-
raldeide, solo i monosaccaridi della serie d hanno rilevanza biologica e si ritrovano
negli organismi viventi.
Le molecole dei monosaccaridi della serie d sono quelle biologicamente rile-
vanti: esse presentano il gruppo
OH del centro stereogenico più lontano dal
gruppo aldeidico (o chetonico) legato sulla destra.
La Figura B1.5 illustra le formule di struttura di alcuni d-aldosi importanti per gli
esseri viventi.
C
HO
— C
— H
H
— C
— OH
H
— C
— OH
CH
2
OH
H
— C
— OH
—
=
O H
CH
2
OH
C
HO
— C
— H
HO
— C
— H
H
— C
— OH
H
— C
— OH
—
=
O H
d-glucosio
(aldoesoso)
d-galattosio
(aldoesoso)
Gruppo
aldeidico
Nella serie D
il gruppo
— OH è
legato a destra.
Figura B1.
Esempi di aldosi di
rilevanza biologica:
d-glucosio e d-galattosio.
Il d-glucosio , un esoso di formula molecolare C 6
H
12
O
6
, è lo zucchero più usato da-
gli organismi viventi come fonte di energia; è anche il composto di partenza per la
costruzione di molecole più complesse. Il d-galattosio (C 6
H
12
O
6
) forma, combinan-
dosi con il glucosio, lo zucchero del latte.
Il d-ribosio , un pentoso di formula molecolare C
5
H
10
O
5
, entra nella costituzione
dell’RNA. Il 2-desossiribosio si ottiene dal ribosio per eliminazione dell’atomo di
ossigeno legato al carbonio C-2. Questo desossizucchero entra nella costituzione
delle molecole di DNA.
2-desossiribosio
H
— C
— OH
CH 2
OH
C
H
— C
— OH
H
— C
— OH
—
=
O H
H
— C
— H
CH 2
OH
C
H
— C
— OH
H
— C
— OH
—
=
O H
d-ribosio
(aldopentoso)
HAI CAPITO?
◾ Scrivi la formula di
Fischer dell’acido
d-gluconico, ottenuto
dal d-glucosio per ossi-
dazione del C-1.
B
▶ Le formule di proiezione di Haworth
La miglior rappresentazione dei monosaccaridi in forma ciclica si deve al chimico
britannico Norman Haworth (1883-1950). Nelle formule di proiezione di Haworth
si disegna l’anello come se fosse piano e leggermente inclinato.
4 1
3 2
5
O
CH 2
OH
H H
H
HO OH
OH
OH H
H
6
H—C—OH
CH
2
OH
C
HO
— C
— H
H
— C
— OH
H
— C
— OH
—
H O
=
OH
CH 2
OH
H H
H
C
HO
OH
OH H
H
6
5
C
1
O
=
3 2
C C
4
C
6
5
4
3
2
1
La tridimensionalità della molecola è messa in evidenza dal bordo spesso che unisce
i due atomi di carbonio più vicini all’osservatore (C-2 e C-3). In queste formule, gli
atomi di carbonio che costituiscono l’anello non sono espressamente indicati con la
lettera C. L’atomo di carbonio C-6 si trova fuori dell’anello.
▶ L’anomeria
La formazione dell’emiacetale e la chiusura dell’anello hanno importanti conse-
guenze sulle proprietà della molecola poiché l’atomo di carbonio C-1, inizialmente
aldeidico, diventa anch’esso un centro stereogenico (carbonio anomerico). Ciò dà
origine a due nuovi isomeri ottici, detti anomeri , in equilibrio fra loro. Nel caso del
d-glucosio, si hanno due anomeri, con diverse funzioni biochimiche:
- 𝛂 -d-glucosio , con il gruppo
OH disposto sotto il piano dell’anello (in trans
rispetto al gruppo CH
2
OH legato al C-5);
- 𝛃 -d-glucosio , con il gruppo
OH disposto sopra il piano dell’anello (in cis ri-
spetto al gruppo CH
2
OH legato al C-5).
α-d-glucosio β-d-glucosio
OH H
H H
H
H
H
H
H
H
H
CH
2
OH
OH
HO OH
4 1
5
3 2
6
OH
CH
2
OH
OH
HO
OH
O O
Le strutture cicliche dei monosaccaridi possono essere a cinque o sei atomi. Gli anelli
a cinque atomi sono detti furanosi e quelli a sei atomi sono detti piranosi perché ri-
cordano, rispettivamente, le strutture del furano e del pirano. In natura ( Figura B1.7 )
sono presenti miscele del β-d-glucosio (piranoso) e del β-d-fruttosio (furanoso):
β-d-glucosio pirano
(piranoso)
β-d-fruttosio
(furanoso)
furano
O
OH
OH H
H OH
H
H
HO
CH
2
OH
HOH 2
C
H
OH
CH
2
OH
HO
H
H
OH
O
O
O
H
Gli atomi di carbonio si
dispongono in senso
orario a partire dal C-1 che
è a destra nella formula;
l’ossigeno a ponte fra C-
e C-5 è in alto a destra e i
sostituenti stanno sopra o
sotto il piano dell’anello.
In acqua le
forme α e β si
interconvertono
l’una nell’altra.
HAI CAPITO?
◾ Se il carbonile del
glucosio reagisce con
il gruppo ossidrile in
C-4, quale struttura si
ottiene?
Figura B1.
Il miele è una miscela
composta principalmente
da glucosio e fruttosio.
B
4 Il legame O -glicosidico e i disaccaridi
Il legame fra alcune molecole di monosaccaridi (fino a non più di una decina) porta
alla formazione degli oligosaccaridi. Tra questi, i disaccaridi derivano dall’unione di
due monosaccaridi per reazione dell’ossidrile anomerico di un monosaccaride con
un ossidrile dell’altro attraverso una reazione di condensazione (acetalizzazione): la
reazione porta alla liberazione di una molecola di acqua e alla formazione di un lega-
me O-glicosidico , in cui un atomo di ossigeno si pone a ponte tra i due anelli.
Un disaccaride è un acetale in cui il gruppo
OH anomerico è sostituito da un
gruppo
OR.
Il legame glicosidico viene indicato sempre con la posizione degli atomi di carbonio
delle due molecole che si uniscono. Il maltosio, per esempio, presenta un legame
α1,4-glicosidico fra due molecole di α-d-glucosio, a indicare che il C-1 della prima
molecola (anomero α) è legato al C-4 della seconda ( Figura B1.8 ).
HAI CAPITO?
◾ Riassumi la reazione
di sintesi di un disac-
caride.
Figura B1.
Il legame glicosidico
può essere di tipo α o β
a seconda che il gruppo
ossidrile del carbonio
anomerico sia α o β.
α-d-glucosio
OH H H
CH
2
OH
H OH
H H
H H
H
HO
H
H
H H
H
H H
H H
H H
H
OH
1
α-d-glucosio
OH
CH
2
OH
OH
HO OH
+ 4
OH
CH
2
OH
OH
HO
Maltosio
OH
CH
2
OH
OH
OH
H
2
O
O
Legame α1,4-glicosidico
O O O O
Gli edulcoranti e l’intolleranza al lattosio
LA CHIMICA DI TUTTI I GIORNI
Il potere dolcificante degli edulcoranti
Gli edulcoranti o dolcificanti sono sostanze che confe-
riscono un sapore dolce agli alimenti. Il dolcificante più
diffuso è il saccarosio o zucchero da tavola, la cui as-
sunzione si accompagna all’introduzione di un numero
rilevante di calorie (4 kcal/g). I soggetti affetti da diabete
mellito - una malattia caratterizzata dall’incapacità di
utilizzare lo zucchero a causa di un deficit dell’ormone
insulina - devono limitare l’uso di questa sostanza.
Sono stati quindi introdotti sul mercato edulcoranti al-
ternativi, naturali o di sintesi, che sostituiscono il sacca-
rosio nei prodotti per diabetici o dietetici.
Il potere dolcificante di una sostanza è un valore nume-
rico che consente di esprimere la sua capacità addolcen-
te. Per convenzione, al saccarosio si attribuisce potere
dolcificante 1; il potere dolcificante di tutte le altre so-
stanze si esprime in riferimento a quello del saccarosio.
Il potere dolcificante di una sostanza è espresso come
rapporto fra la concentrazione di una soluzione di sac-
carosio e la concentrazione di una soluzione dell’edul-
corante che ha la stessa intensità di dolcezza. Per esem-
pio, una soluzione di saccarosio, a parità di solvente, ha
lo stesso grado di dolcezza di una soluzione di saccarina
la cui concentrazione è 300 volte inferiore; dunque la
saccarina ha un potere dolcificante pari a 300.
Fra gli edulcoranti naturali è da ricordare il fruttosio , il
monosaccaride della frutta e del miele. Il fruttosio ha lo
stesso contenuto calorico del saccarosio, ma il suo potere
dolcificante è più elevato rispetto al saccarosio (1,8): per
ottenere lo stesso effetto addolcente basta una quantità
inferiore, da cui un minor apporto calorico. Il metaboli-
smo del fruttosio è indipendente dall’insulina e lo zucche-
ro può essere usato anche dai diabetici.
Gli edulcoranti di sintesi (o artificiali) hanno in ge-
nere un potere dolcificante molto elevato e possono
essere assunti in piccolissime quantità. La saccarina , per
esempio, è stata utilizzata in passato anche se il retro-
B
▶
L’amido
L’ amido , un omopolisaccaride assai diffuso nelle piante, è dato dall’associazione di
numerose molecole di α-d-glucosio. È il più importante polisaccaride di riserva e
si trova nei cereali, nelle patate e nei legumi, assumendo così notevole importanza
alimentare per l’uomo ( Figura B1.11 ).
Patate e radici di
manioca sono fonti di
amido molto utilizzate
in cucina.
Figura B1.
Le piante accumulano
grandi quantità di amido
nei tuberi.
5 I polisaccaridi con funzione di riserva energetica
L’unione mediante legami glicosidici di numerose molecole di monosaccaridi porta
alla formazione dei polisaccaridi. Alcuni di questi sono formati dall’associazione di
qualche decina di unità monosaccaridiche, altri possono formare catene anche di
decine di migliaia di molecole.
Gli omopolisaccaridi sono costituiti dalla ripetizione di un solo tipo di monosac-
caride; gli eteropolisaccaridi contengono, invece, due o più tipi diversi di monosac-
caride. I polisaccaridi si classificano anche in base alla presenza di ramificazioni nel-
le loro molecole: esistono così polisaccaridi a catena lineare e polisaccaridi a catena
ramificata ( Figura B1.10 ).
Figura B1.
I polisaccaridi possono
essere composti da
uno, due o più tipi di
monosaccaridi, disposti
in catene lineari o
ramificate di varie
lunghezze.
Omopolisaccaridi
Lineare Ramificato
Eteropolisaccaridi
Due tipi di monomeri
lineari
Diversi tipi di monomeri
ramificati
B
I costituenti principali dell’amido sono l’amilosio (15-20%), formato da una catena
lineare che assume un andamento elicoidale nello spazio, e l’amilopectina (80-85%)
costituita da catene ramificate ( Figura B1.12 ). Le unità di α-d-glucosio nelle catene
di amilosio e amilopectina sono legate attraverso legami α1,4-glicosidici mentre nei
punti di ramificazione dell’amilopectina, ogni 25-30 unità di glucosio, sono presenti
legami α1,6-glicosidici.
L’ amido è un omopolisaccaride costituito da unità di α-d-glucosio legate fra loro
con legami α1,4-glicosidici in presenza di ramificazioni (legami α1,6-glicosidici)
ogni 25-30 unità.
Figura B1.
Amilosio e amilopectina
sono i componenti
dellÕamido.
Amilopectina
CH
2
OH
OH H H H H
H H H H H H H H
H OH H
H H
H H
H H
OH
OH
OH
OH
OH
OH
O
1
CH
2
OH
O
4 4
O
1
CH
2
O
4
O
1
CH
2
OH
O
4 1
O
CH
2 OH
O
O 4
1
CH
2 OH
O
O 4
1
6
O
legame 1,
Amilosio
legame
α1,4-glicosidico
O
1
O
4
4
O
1
O
4
O
1
O
4
1
O
OH
CH
2
OH
OH
OH
CH
2 OH
OH
OH
CH
2
OH
OH
OH
CH
2
OH
OH
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
La molecola di amilosio
forma una catena lineare
ad andamento elicolidale.
La molecola di
amilopectina contiene
diverse ramificazioni.
OH
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
OH
OH
OH
Ramificazione
(legame α1,6-glicosidico)
HAI CAPITO?
◾ Ispirandosi alla
Figura B1.10 disegna
in modo schematico la
struttura dell’amilosio
e dell’amilopectina.
B
6 I polisaccaridi con funzione strutturale
Numerosi polisaccaridi hanno una funzione strutturale. Alcuni formano robuste
strutture fibrose che conferiscono resistenza e protezione a cellule e organismi; altri
costituiscono la matrice extracellulare e, legandosi a proteine, formano l’impalcatu-
ra molecolare che sostiene i tessuti e permette alle cellule di interagire.
▶ La cellulosa
La cellulosa è il principale costituente della parete delle cellule vegetali ( Figura B1.15 ).
La cellulosa è un omopolisaccaride insolubile costituito da numerose unità di
β-d-glucosio unite fra loro con legami β1,4-glicosidici a formare catene lineari,
prive di ramificazioni.
1
CH 2
OH
O
4
O
1 4 1
O
O
OH
OH
OH
OH
CH 2
OH
O
4
O
1 4
O
OH
OH CH
2
OH
O
OH
OH
CH
2
OH
O
Legami β1,4-glicosidici
A differenza di ciò che accade nell’amido e nel glicogeno, la presenza dell’anomero β
del d-glucosio fa sì che le catene polisaccaridiche assumano un andamento lineare,
associandosi fra loro per mezzo di legami a idrogeno e fascicolandosi insieme: questa
struttura permette alla cellulosa di formare fibre molto resistenti alla trazione, in
grado di sostenere la pianta.
I legami β-glicosidici della cellulosa non possono essere idrolizzati dai succhi
digestivi del nostro organismo e il polisaccaride è pertanto indigeribile. Gli stessi
legami sono invece idrolizzati dagli enzimi prodotti da alcuni batteri che abitano
nell’apparato digerente degli erbivori: il risultato è che gli erbivori digeriscono la
cellulosa, ottenendo da questa la maggior parte dell’energia di cui hanno bisogno.
▶ La chitina
La chitina è un importante omopolisaccaride a funzione strutturale che forma l’eso-
scheletro di crostacei, insetti e anche la parete cellulare di alcuni funghi.
La chitina è un omopolimero di N-acetil-β-d-glucosammina, in cui le unità
monosaccaridiche sono unite fra loro da legami 1,4-glicosidici a formare catene
prive di ramificazioni.
CH 2
OH
O
O
O
O
OH
OH
O
O
O
OH
NH
C
CH 2
OH
O
OH
NH
CH 2
OH
O
O CH
3
—
=
—
NH
C
O CH
3
—
=
—
C
H
3
C O
—
=
—
NH
C
H
3
C O
—
=
—
Figura B1.
Il legno degli alberi è
costituito da fibre di
cellulosa ed emicellulosa
legate insieme dalla
lignina.
Come nel caso della
cellulosa, anche le catene
di chitina non sono
ramificate e formano
robusti fasci che
conferiscono resistenza
alla struttura che le
contiene.
Fisiologia
B
7 I lipidi
I lipidi sono un gruppo eterogeneo di sostanze che hanno in comune la carat-
teristica di essere insolubili in acqua e solubili in solventi organici apolari come
etere, cloroformio e cicloesano.
I lipidi svolgono importanti funzioni nel mondo vivente, prima fra tutte quella di
riserva energetica, ma hanno anche un ruolo strutturale: per esempio, partecipano
alla formazione delle membrane biologiche, costituiscono il rivestimento mielinico
degli assoni delle cellule nervose e agiscono come isolante termico, come nel caso
del grasso dei mammiferi marini e degli animali che vivono in climi freddi. Infine, i
lipidi sono precursori di numerose molecole dotate di attività biologica, quali vita-
mine e ormoni ( Figura B1.16 ).
LIPIDI
Funzione strutturale
Precursori
di vitamine
Trasmissione dello
stimolo nervoso
Precursori di ormoni
e molecole segnale
Funzione di
isolante termico
Funzione di riserva
Figura B1.
L’importanza dei lipidi in
natura.
Video Che cosa sono i
lipidi?
TI RICORDI?
I manicotti di mielina
che avvolgono gli
assoni accelerano la
trasmissione degli
impulsi nervosi. La
perdita di mielina è
alla base della sclerosi
multipla.
L’eterogeneità strutturale dei lipidi rende necessaria una loro classificazione in
lipidi semplici e lipidi complessi ; alcune molecole possono poi essere precursori o
derivati lipidici ( Tabella B1.3 ).
Un altro criterio consente di distinguere i lipidi a seconda che le loro molecole
siano o meno in grado di dare saponi a seguito di trattamento a caldo con basi forti,
quali NaOH o KOH:
- lipidi saponificabili (per esempio trigliceridi, fosfogliceridi, sfingolipidi);
- lipidi non saponificabili (per esempio steroidi, terpeni).
Tabella B1.
Classificazione dei lipidi in base alla loro complessità strutturale.
Classe Caratteristiche Esempi
Lipidi semplici Esteri di acidi grassi con alcoli. Grassi: esteri di acidi grassi con glicerolo.
Cere: esteri di acidi grassi con alcoli ad alto peso
molecolare.
Lipidi complessi Esteri di acidi grassi con alcoli
che contengono anche altri gruppi
atomici.
Fosfolipidi: contengono gruppi fosfato. Fra questi
si riconoscono i glicerofosfolipidi, in cui l’alcol è
il glicerolo, e gli sfingofosfolipidi, in cui l’alcol è la
sfingosina.
Glicosfingolipidi: contengono carboidrati, oltre ad un
acido grasso e all’alcol sfingosina.
Altri lipidi complessi: solfolipidi e amminolipidi;
lipoproteine.
Precursori e derivati lipidici Composti che non rientrano nelle
due categorie precedenti.
Precursori lipidici: acidi grassi, sfingosina, alcoli ad
alto peso molecolare.
Derivati lipidici: vitamine, ormoni, sali biliari,
eicosanoidi, steroidi, terpeni.
HAI CAPITO?
◾ Indica almeno una
proprietà che distingue
i lipidi dagli zuccheri.
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B
La lunga catena idrocarburica degli acidi grassi saturi ha un andamento pressoché
rettilineo: questa caratteristica consente alle molecole di compattarsi strettamente
l’una con l’altra e determina un punto di fusione relativamente elevato. Al contra-
rio, negli acidi grassi insaturi, in prossimità dei doppi legami in configurazione
cis la catena subisce un cambiamento di direzione che ostacola il compattamento
serrato delle molecole ( Figura B1.17 ). Gli acidi insaturi hanno perciò un punto di
fusione relativamente basso che diminuisce all’aumentare del numero di doppi
legami.
In chimica organica, la catena carboniosa degli acidi grassi si numera a partire
dall’atomo di carbonio del gruppo carbossile (carbonio C-1). In biochimica, si usa-
no invece le lettere greche, attribuendo la lettera α al carbonio adiacente al gruppo
carbossile (carbonio C-2) per terminare con la lettera ω, attribuita al carbonio meti-
lico posto all’altra estremità della catena.
Figura B1.
Rappresentazione
schematica dell’acido
palmitico e dell’acido
oleico. Si notino i due
diversi modi di numerare
la catena carboniosa.
C
16
α
ω
1
—
=
OH
O
Acido palmitico
C
—
=
OH
O
Acido oleico
18
10 9
L’acido oleico ha un doppio legame «cis»
sul C-9: è un acido insaturo.
L’acido palmitico non ha doppi legami:
è un acido saturo.
16 atomi
di carbonio
18 atomi
di carbonio
Gli eicosanoidi sono molecole regolatrici
SCIENZA E SALUTE
Gli eicosanoidi sono un gruppo di sostanze biologica-
mente molto attive che derivano da acidi grassi polinsa-
turi a venti atomi di carbonio, come l’acido arachidonico
(vedi Tabella B1.3 ). Tra i principali eicosanoidi ricordia-
mo le prostaglandine e i trombossani.
Le prostaglandine vengono suddivise in più classi
a seconda delle loro caratteristiche chimiche, ma tut-
te contengono un anello a cinque atomi di carbonio
( Figura A ). Nel corpo umano, le prostaglandine si ritro-
vano, oltre che nella prostata (da cui deriva il loro nome),
praticamente in tutti i tessuti dell’organismo.
Gli eicosanoidi sono presenti nell’organismo in quantità
piccolissime, ma possono innescare effetti fisiologici ri-
levanti. Essi prendono parte a numerosi processi tra cui
la risposta infiammatoria , l’ aggregazione delle piastrine del
sangue, le sensazioni di dolore e la febbre. La loro azione
viene bloccata dai farmaci antinfiammatori non steroi-
dei (FANS), come per esempio l’aspirina (acido acetil-
salicilico, Figura B ): l’effetto analgesico, antipiretico e
antiaggregante di questi farmaci è dovuto all’inibizione
dell’enzima cicloossigenasi che catalizza una tappa della
biosintesi di prostaglandine e trombossani.
O CH 3
HO O
O
Figura A Struttura della prostaglandina A Figura B Formula di struttura dell’acido acetilsalicilico. 2
.
COO
CH 3
OH
O
Prostaglandina A 2
(PGA 2
)
B
▶
La denominazione 𝛚 degli acidi grassi
Gli acidi grassi insaturi sono talvolta classificati in base ad un criterio che considera
la distanza in atomi di carbonio fra l’ultimo doppio legame della catena e l’estremità
metilica della molecola (carbonio ω). Questo tipo di suddivisione è nota con il nome
di denominazione ω ed è particolarmente utile dal punto di vista nutrizionale.
COOH
1
Acido linoleico ω 6
3
5
6
4
2
Gli acidi grassi delle serie ω6 (per esempio, l’acido linoleico) e ω3 (per esempio,
l’acido α-linolenico) non possono essere prodotti dalle cellule del corpo umano per-
ché mancano gli enzimi necessari alla loro sintesi e, pertanto, sono detti acidi grassi
essenziali ( Figura B1.18 ).
Gli acidi grassi essenziali non possono essere sintetizzati dal metabolismo cellu-
lare umano e devono essere assunti con la dieta.
Come tutte le sostanze definite in biochimica essenziali, ossia non biosintetizza-
bili da un organismo, questi acidi grassi devono essere necessariamente introdotti
mediante l’alimentazione. È importante ricordare che il concetto di «essenzialità»
dipende dalla specie: ciò che è essenziale per una specie può non esserlo per un’altra
e viceversa.
Figura B1.
Il salmone contiene
grandi quantità di acido
linoleico, un acido grasso
essenziale.
SCIENZA E SALUTE
Gli acidi grassi polinsaturi della serie ω 3 sono l’acido
α-linolenico, l’acido eicosapentaenoico (EPA) e l’acido
docosaesaenoico (DHA).
HO
Acido α-linolenico (ALA, C18:3, ω-3)
O
3
HO
Acido eicosapentaenoico (EPA, C20:5, ω-3)
O
3
HO
Acido docosaesenoico (DHA, C22:6, ω-3)
O
3
Gli acidi grassi polinsaturi sono particolarmente abbon-
danti in alimenti quali pesce azzurro, crostacei, noci e
certi oli vegetali. Per molti anni è stata attribuita un’a-
zione quasi miracolosa alle diete ricche in acidi grassi
polinsaturi della serie w3, ritenendo che queste avessero
un effetto benefico sul sistema cardiovascolare e nella
prevenzione di gravi malattie, come infarto del miocar-
dio e ictus, grazie alla loro capacità di abbassare i livelli
ematici di trigliceridi e ridurre la pressione arteriosa. Per
questo molti medici hanno prescritto negli anni inte-
gratori a base di olio di pesce a soggetti in cui il rischio
di contrarre malattie cardiovascolari era elevato. Due
recenti studi scientifici condotti su campioni di pazienti
molto vasti hanno, tuttavia, dimostrato l’infondatezza
di tali principi, indicando che la somministrazione di in-
tegratori a base di acidi polinsaturi w3 non influenza in
modo significativo il rischio cardiovascolare.
Negli ultimi tempi è salito all’attenzione dei media
il possibile ruolo dell’ olio di palma nel rischio cardio-
vascolare causato da un aumento della concentrazione
del colesterolo nel sangue. L’olio di palma è ricco di acidi
grassi saturi a lunga catena ma anche di acido oleico ed è
ampiamente utilizzato nell’industria alimentare. Gli studi
più recenti non dimostrano un effetto diverso dell’olio di
palma rispetto ad altri grassi di composizione simile. In
altre parole, l’olio di palma non ha un effetto negativo spe-
cifico: se l’assunzione di alimenti contenenti olio di palma
avviene in un quadro nutrizionale bilanciato (con assun-
zione di quantità adeguate di acidi grassi polinsaturi), il
rischio cardiovascolare non aumenta in modo rilevante in
individui sani e di peso normale.
Gli acidi grassi polinsaturi e il rischio cardiovascolare
B
▶ La reazione di saponificazione dei trigliceridi
Il trattamento a caldo di una miscela di grassi o oli con una soluzione concentrata di
NaOH o KOH dà luogo ad una reazione di saponificazione in cui si formano saponi
(sali di acidi grassi e glicerolo):
Trigliceride Idrossido di sodio
(o di potassio)
Glicerolo Saponi
CH
2
— O
— C
— R
CH
2
— OH
CH
2
— OH
CH
— OH + 3 R
— C
— CH ONa (o K)
— O
— C
— Rl + 3 NaOH (o KOH)
O
CH 2
— O
— C
— Rm
=
O = O = O =
a caldo
Le molecole di sapone sono anfipatiche: a questa loro caratteristica si deve il loro
potere detergente ( Figura B1.20 ).
▶ La reazione di idrogenazione degli oli vegetali
Gli oli vegetali possono essere trasformati in sostanze solide, dette margarine , at-
traverso una semplice addizione di atomi di idrogeno ai doppi legami (reazione di
idrogenazione), in presenza di un opportuno catalizzatore.
Nell’industria questo processo è alla base delle produzione di prodotti alimentari
che possono sostituire il burro animale. La saturazione dei doppi legami diminuisce
anche la possibilità di attacchi da parte di sostanze ossidanti e, di conseguenza, li-
mitano la formazione di sottoprodotti che hanno odori sgradevoli (come nel burro
irrancidito) e sono potenzialmente tossici.
10 I lipidi con funzione strutturale: i fosfogliceridi
Accanto al ruolo di riserva energetica, i lipidi svolgono all’interno dell’organismo
anche un importante ruolo strutturale e sono tra i principali componenti delle
membrane cellulari.
▶ I fosfogliceridi contengono gruppi polari
I fosfogliceridi contengono, al pari dei trigliceridi, uno scheletro di base costituito
dal glicerolo con due molecole di acido grasso esterificate sui primi due atomi di
carbonio. Tuttavia, nel caso dei fosfogliceridi, il glicerolo esterifica in terza posizione
anche un gruppo fosfato, legato a sua volta a un gruppo X, in genere un amminoal-
col, la cui natura è spesso ionica o polare ( Figura B1.21 ).
Figura B1.
Il sapone contiene sali di
acidi grassi e glicerolo.
TI RICORDI?
Un amminoalcol è un
composto organico
bifunzionale: contiene
un gruppo amminico
—
NH 2
e un gruppo
ossidrile
—
OH.
struttura generale
di un trigliceride
struttura generale
di un fosfogliceride
acido grasso
acido grasso
acido grasso
G l i c e r o l o
acido grasso
acido grasso
gruppo X
G l i c e r o l o
fosfato
Figura B1.
Schema della struttura
di trigliceridi e
fosfogliceridi.
B
L’acido fosfatidico è il fosfogliceride più semplice; il gruppo X è un atomo di idrogeno.
CH
2
— O
— C
— R
CH
— O
— C
— Rl
O
=
H
— O
— P
— O
— CH
2
O
O
=
O
=
Code idrofobiche
Testa idrofila
Acido fosfatidico
Dall’acido fosfatidico possono derivare altre molecole di fosfogliceridi più comples-
si come la fosfatidilcolina o lecitina e la fosfatidiletanolammina o cefalina.
▶
I fosfogliceridi formano le membrane cellulari
Le molecole dei fosfogliceridi hanno una doppia natura: in prossimità del gruppo
fosfato e del gruppo X (vedi Figura B1.21 ) la molecola è polare (testa idrofila), men-
tre nella regione dei due acidi grassi la molecola è apolare (code idrofobiche). Le mo-
lecole con questa caratteristica sono dette anfipatiche e tendono a formare doppi
strati quando si trovano a contatto con l’acqua ( Figura B1.22 ).
Figura B1.
I fosfogliceridi formano
doppi strati quando
vengono posti a contatto
con l’acqua.
Le teste idrofile
si orientano verso
il solvente
acquoso.
Le code idrofobiche
si giustappongono
l’una all’altra per
formare la porzione
interna del doppio
strato.
I fosfogliceridi sono molecole anfipatiche provviste di una porzione polare
(testa idrofila), in prossimità del gruppo fosfato e del gruppo X, e di una porzio-
ne apolare (code idrofobiche), in corrispondenza degli acidi grassi.
Queste proprietà fanno dei fosfogliceridi i principali costituenti delle membrane
biologiche, formate da un doppio strato fosfolipidico ( Figura B1.23 ).
Figura B1.
Rappresentazione
schematica della
membrana cellulare.
I carboidrati sono legati alla superficie esterna
delle proteine (e formano glicoproteine)
o dei lipidi (e formano glicolipidi).
Le proteine
periferiche
di membrana non
penetrano nel
doppio strato.
Le molecole di colesterolo
interposte tra le code
fosfolipidiche del doppio strato
influenzano la fluidità degli
acidi grassi nella membrana.
Alcune proteine
integrali attraversano
tutto lo spessore dello
strato fosfolipidico; altre
vi penetrano solo
parzialmente.
Doppio strato
fosfolipidico
Ambiente
extracellulare
Ambiente
intracellulare
