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Metabolismo lipidico

Il metabolismo lipidico è la sintesi e il degrado dei lipidi nelle cellule, che comporta la scomposizione o lo stoccaggio di grassi per l'energia e la sintesi di lipidi strutturali e funzionali, come quelli coinvolti nella costruzione delle membrane cellulari. Negli animali, questi grassi sono ottenuti dal cibo o sono sintetizzati dal fegato. La lipogenesi è il processo di sintesi di questi grassi. La maggior parte dei lipidi trovati nel corpo umano dall'ingestione di alimenti sono trigliceridi e colesterolo. Altri tipi di lipidi presenti nel corpo sono acidi grassi e lipidi di membrana. Il metabolismo lipidico è spesso considerato come il processo di digestione e assorbimento dei grassi alimentari; tuttavia, ci sono due fonti di grassi che gli organismi possono utilizzare per ottenere energia: dai grassi alimentari consumati e dai grassi immagazzinati. I soggetti sportivi (compresi gli esseri umani) usano entrambe le fonti di grasso per produrre energia per il funzionamento di organi come il cuore. Poiché i lipidi sono molecole idrofobiche, devono essere solubilizzati prima che il loro metabolismo possa iniziare. Il metabolismo lipidico spesso inizia con l'idrolisi, che si verifica con l'aiuto di vari enzimi nel sistema digestivo. Il metabolismo lipidico si verifica anche nelle piante, sebbene i processi differiscano in alcuni modi rispetto agli animali. Il secondo passo dopo l'idrolisi è l'assorbimento degli acidi grassi nelle cellule epiteliali della parete intestinale. Nelle cellule epiteliali, gli acidi grassi vengono impacchettati e trasportati nel resto del corpo.

Digestione lipidica

La digestione è il primo passo verso il metabolismo lipidico ed è il processo di scomposizione dei trigliceridi in unità monogliceride più piccole con l'aiuto degli enzimi lipasi. La digestione dei grassi inizia in bocca attraverso la digestione chimica da parte della lipasi linguale. Il colesterolo ingerito non viene scomposto dalle lipasi e rimane intatto fino a quando non entra nelle cellule epiteliali dell'intestino tenue. I lipidi continuano quindi allo stomaco dove la digestione chimica continua con la lipasi gastrica e inizia la digestione meccanica (peristalsi). La maggior parte della digestione e dell'assorbimento dei lipidi, tuttavia, si verifica quando i grassi raggiungono l'intestino tenue. I prodotti chimici del pancreas (famiglia della lipasi pancreatica e lipasi dipendente dal sale biliare) vengono secreti nell'intestino tenue per aiutare a scomporre i trigliceridi, insieme a un'ulteriore digestione meccanica, fino a quando non sono singole unità di acidi grassi in grado di essere assorbite nelle cellule epiteliali dell'intestino tenue . È la lipasi pancreatica che è responsabile della segnalazione dell'idrolisi dei trigliceridi in acidi grassi liberi separati e unità di glicerolo.

Assorbimento lipidico

Il secondo passo nel metabolismo lipidico è l'assorbimento dei grassi. L'assorbimento dei grassi avviene solo nell'intestino tenue. Una volta che i trigliceridi vengono scomposti in singoli acidi grassi e gliceroli, insieme al colesterolo, si aggregano in strutture chiamate micelle. Acidi grassi e monogliceridi lasciano le micelle e si diffondono attraverso la membrana per entrare nelle cellule epiteliali intestinali. Nel citosol delle cellule epiteliali, gli acidi grassi e i monogliceridi vengono ricombinati in trigliceridi. Nel citosol delle cellule epiteliali, i trigliceridi e il colesterolo sono impacchettati in particelle più grandi chiamate chilomicroni che sono strutture anfipatiche che trasportano i lipidi digeriti. I chilomicroni viaggeranno attraverso il flusso sanguigno per entrare adiposi e altri tessuti nel corpo.

Trasporto di lipidi

A causa della natura idrofobica dei lipidi di membrana, dei trigliceridi e del colesterolo, richiedono proteine ​​di trasporto speciali note come lipoproteine. La struttura anfipatica delle lipoproteine ​​consente di trasportare i trigliceroli e il colesterolo attraverso il sangue. I chilomicroni sono un sottogruppo di lipoproteine ​​che trasportano i lipidi digeriti dall'intestino tenue al resto del corpo. Le diverse densità tra i tipi di lipoproteine ​​sono caratteristiche del tipo di grassi che trasportano. Ad esempio, le lipoproteine ​​a bassissima densità (VLDL) trasportano i trigliceridi sintetizzati dal nostro corpo e le lipoproteine ​​a bassa densità (LDL) trasportano il colesterolo nei nostri tessuti periferici. Alcune di queste lipoproteine ​​sono sintetizzate nel fegato, ma non tutte provengono da questo organo.

Catabolismo lipidico

Una volta che i chilomicroni (o altre lipoproteine) viaggiano attraverso i tessuti, queste particelle vengono scomposte dalla lipoproteina lipasi nella superficie luminale delle cellule endoteliali nei capillari per rilasciare i trigliceridi. I trigliceridi verranno scomposti in acidi grassi e glicerolo prima di entrare nelle cellule e il rimanente colesterolo viaggerà di nuovo attraverso il sangue fino al fegato.

Nel citosol della cellula (ad esempio una cellula muscolare), il glicerolo verrà convertito in gliceraldeide 3-fosfato, che è un intermedio della glicolisi, per ottenere ulteriore ossidazione e produrre energia. Tuttavia, le fasi principali del catabolismo degli acidi grassi si verificano nei mitocondri. Gli acidi grassi a catena lunga (più di 14 carbonio) devono essere convertiti in acil-CoA grasso per passare attraverso la membrana dei mitocondri.Il catabolismo degli acidi grassi inizia nel citoplasma delle cellule poiché l'acil-CoA sintetasi utilizza l'energia della scissione di un ATP catalizzare l'aggiunta del coenzima A all'acido grasso. L'acil-CoA risultante attraversa la membrana dei mitocondri ed entra nel processo di ossidazione beta. I principali prodotti della via della beta ossidazione sono l'acetil-CoA (che viene utilizzato nel ciclo dell'acido citrico per produrre energia), NADH e FADH. Il processo di ossidazione beta richiede i seguenti enzimi: acil-CoA deidrogenasi, enoil-CoA idratasi, 3-idrossiacil-CoA deidrogenasi e 3-chetoacil-CoA tiolasi. Il diagramma a sinistra mostra come gli acidi grassi vengono convertiti in acetil-CoA. La reazione netta complessiva, usando palmitoil-CoA (16: 0) come substrato modello è:

7 FAD + 7 NAD + + 7 CoASH + 7 H2O + H (CH2CH2) 7CH2CO-SCoA → 8 CH3CO-SCoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H +

Biosintesi lipidica

Oltre ai grassi alimentari, i lipidi di conservazione immagazzinati nei tessuti adiposi sono una delle principali fonti di energia per gli organismi viventi, che possono essere sintetizzati dagli organismi attraverso i vari percorsi attraverso i follicoli glicerici, la membrana lipidica e il colesterolo.

Biosintesi lipidica a membrana

Esistono due classi principali di lipidi di membrana: glicerofosfolipidi e sfingolipidi. Sebbene molti lipidi di membrana diversi siano sintetizzati nel nostro corpo, i percorsi condividono lo stesso schema. Il primo passo è la sintesi della spina dorsale (sfingosina o glicerolo), il secondo passo è l'aggiunta di acidi grassi alla spina dorsale per produrre acido fosfatidico. L'acido fosfatidico viene ulteriormente modificato con l'attacco di diversi gruppi della testa idrofila alla spina dorsale. La biosintesi lipidica di membrana si verifica nella membrana del reticolo endoplasmatico.

Biosintesi dei trigliceridi

L'acido fosfatidico è anche un precursore della biosintesi dei trigliceridi. La fosfotasi dell'acido fosfatidico catalizza la conversione dell'acido fosfatidico in diacilgliceride, che verrà convertito in triacilgliceride dall'aciltransferasi. La biosintesi del tryglyceride si verifica nel citosol.

Biosintesi degli acidi grassi

Il precursore degli acidi grassi è l'acetil-CoA e si verifica nel citosol della cellula. La reazione netta complessiva, usando il palmitato (16: 0) come substrato modello è:

8 acetil-coA + 7 ATP + 14 NADPH + 6H + → palmitato + 14 NADP + + 6H2O + 7ADP + 7P¡

Biosintesi del colesterolo

Il colesterolo può essere prodotto dall'acetil-CoA attraverso una via a più fasi nota come via isoprenoide. I colesteroli sono essenziali perché possono essere modificati per formare diversi ormoni nel corpo come il progesterone. Il 70% della biosintesi del colesterolo si verifica nel citosol delle cellule del fegato.

Disturbi del metabolismo lipidico

I disturbi del metabolismo lipidico (inclusi errori congeniti del metabolismo lipidico) sono malattie in cui si verificano problemi nella scomposizione o nella sintesi di grassi (o sostanze simili ai grassi). I disturbi del metabolismo lipidico sono associati ad un aumento delle concentrazioni di lipidi plasmatici nel sangue come colesterolo LDL, VLDL e trigliceridi che portano più comunemente a malattie cardiovascolari. Gran parte del tempo questi disturbi sono ereditari, il che significa che è una condizione che viene trasmessa da genitore a figlio attraverso i loro geni: la malattia di Gaucher (tipi I, II e III), la malattia di Niemann – Pick, la malattia di Tay – Sachs e La malattia di Fabry è una malattia in cui le persone colpite possono avere un disturbo del metabolismo lipidico del loro corpo. Le malattie più rare riguardanti un disturbo del metabolismo lipidico sono la sitosterolemia, la malattia di Wolman, la malattia di Refsum e la xantomatosi cerebrotendinea.

Tipi di lipidi

I tipi di lipidi coinvolti nel metabolismo lipidico includono:

  • Lipidi a membrana:
    • Fosfolipidi: i fosfolipidi sono un componente importante del doppio strato lipidico della membrana cellulare e si trovano in molte parti del corpo.
    • Sfingolipidi: gli sfingolipidi si trovano principalmente nella membrana cellulare del tessuto neurale.
    • Glicolipidi: il ruolo principale dei glicolipidi è mantenere la stabilità dei doppi strati lipidici e facilitare il riconoscimento cellulare.
    • Glicerofosfolipidi: il tessuto neurale (incluso il cervello) contiene elevate quantità di glicerofosfolipidi.
  • Altri tipi di lipidi:
    • Colesteroli: i colesteroli sono i principali precursori di diversi ormoni nel nostro corpo come progesterone e testosterone. La principale funzione del colesterolo è il controllo della fluidità della membrana cellulare.
    • Steroidi - vedi anche steroidogenesi: gli steroidi sono una delle molecole di segnalazione cellulare importanti.
    • Triacilgliceroli (grassi) - vedi anche lipolisi e lipogenesi: i triacilgliceridi sono la principale forma di accumulo di energia nel corpo umano.
    • Acidi grassi - vedi anche metabolismo degli acidi grassi: gli acidi grassi sono uno dei precursori utilizzati per la biosintesi della membrana lipidica e del colesterolo. Sono anche usati per l'energia.
    • Sali biliari: i sali biliari vengono secreti dal fegato e facilitano la digestione dei lipidi nell'intestino tenue.
    • Eicosanoidi: gli eicosanoidi sono costituiti da acidi grassi nel corpo e vengono utilizzati per la segnalazione cellulare.
    • Corpi chetonici: i corpi chetonici sono costituiti da acidi grassi nel fegato. La loro funzione è quella di produrre energia durante i periodi di fame o di scarsa assunzione di cibo.