Il metabolismo lipidico comprende sia il catabolismo (lipolisi) che l'anabolismo (lipogenesi), processi complementari tra loro. In questo articolo, esploreremo in dettaglio la lipogenesi e il metabolismo dei grassi alimentari.
Lipogenesi: Sintesi degli Acidi Grassi
Con il termine lipogenesi si intende la parte del metabolismo lipidico che prevede la sintesi di acidi grassi. La lipogenesi avviene nel citoplasma, ma l’acetil-CoA si trova all’interno del mitocondrio: l’acetil-CoA deve, quindi, essere trasferito nel citosol. Questo passaggio non può avvenire direttamente, ma avviene una reazione di condensazione (unione) tra acetil-CoA e ossalacetato per dare citrato. Per fare questo l’acetil-CoA deve uscire dal mitocondrio (in realtà è il citrato a fuoriuscire) attraverso un processo ATP dipendente. Cosa vuol dire? Che per poter manovrare e creare molecole energetiche, il corpo deve spendere energie: non è un processo che avviene gratuitamente.
De Novo Lipogenesi
Per de novo lipogenesi si intende la sintesi di acidi grassi a partire da uno specifico substrato: il glucosio (o suoi derivati metabolici). Quante volte hai sentito che i carboidrati in eccesso si trasformano in grassi? Allo stesso modo, si stima che soltanto il 10% dei carboidrati in eccesso realmente diventino acidi grassi; il restante si converte in calore, perché per il corpo è molto più semplice e meno dispendioso.
La β-ossidazione (processo catabolico) porta gli acidi grassi a convertirsi in acetil-CoA, che è il substrato essenziale per creare nuovi acidi grassi.
L'analisi della lipogenesi suggerisce come mai anche gli alimenti poveri di grassi ma ricchi di carboidrati - come pasta, pane e soprattutto dolciumi - facciano ingrassare se assunti in elevate quantità. Sono in particolare i cibi ricchi di zuccheri, quindi di glucidi ad elevato indice glicemico, a stimolare al massimo la lipogenesi; questa, infatti, è particolarmente attiva quando i livelli di insulina sono elevati e le cellule utilizzano i grandi quantitativi di glucosio a disposizione per produrre energia e sintetizzare acidi grassi.
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In conclusione, la sintesi di grassi avviene quando le cellule sono sature di energia: questo è il motivo principale per cui ingrassi. Abbiamo ad inizio articolo parlato di acetil-CoA e non di carboidrati, proteine, grassi, alcol: tutto l’eccesso si trasforma in acetil-CoA, tutto fa ingrassare. È inutile pensare che conviene mangiare più di questo o quest’altro nutriente, quando poi se c’è un eccesso calorico ingrassi a prescindere. Forse solo le proteine hanno un maggior costo metabolico, ma per il resto non sono ne i carboidrati ne i grassi a farti prendere peso.
Metabolismo dei Grassi Alimentari
Il metabolismo dei grassi alimentari è un processo complesso, che si svolge in organi diversi del nostro corpo. Dal momento che stiamo parlando di sostanze insolubili, i lipidi ingeriti attraverso l’alimentazione andranno diluiti, e trasformati in composti assimilabili. Una volta digeriti, i lipidi si riversano prima nei vasi linfatici, e da questi nel sangue, dove vengono diretti verso le loro principali destinazioni coniugati alle lipoproteine. Le lipoproteine, quindi, sono indispensabili per il trasporto dei lipidi.
Lipoproteine: Trasporto dei Lipidi
Tornando alle lipoproteine, esse cambiano a seconda del lipide che trasportano, e se questo sia esogeno o endogeno.
- VLDL (Very low density lipoprotein/lipoproteine a bassissima densità): trasportano i trigliceridi endogeni, ovvero quelli sintetizzati dal fegato verso i tessuti di destinazione.
- IDL (Intermediate low lipoprotein/lipoproteina a media densità): particelle di VLDL che hanno parzialmente esaurito la loro quota di trigliceridi.
- HDL: particelle proteiche che vengono prodotte dal fegato. In origine, quindi, esse sono “vuote”, ma ricevono l’eventuale colesterolo in eccesso dalle LDL e dalle cellule del corpo, per poi ricondurlo al fegato, o alle cellule steroidogeniche, che lo usano per produrre ormoni steroidei (ad esempio estrogeni e testosterone), o sali biliari.
Assorbimento e Beta-Ossidazione degli Acidi Grassi
Gli acidi grassi, che come abbiamo visto sono la parte non solubile dei trigliceridi e sono composti da catene di atomi di carbonio più o meno lunghe e con legami, o senza legami. Una volta immessi nel sangue e trasportati dalle lipoproteine, gli acidi grassi devono essere assorbiti dalle cellule ed entrare nei mitocondri superando le loro membrane attraverso una reazione chiamata shuttle della carnitina, in cui entrano in gioco COA (acetil-coezima, molecola sintetizzata proprio dai mitocondri a partire dal piruvato, a sua volta derivato del glucosio alimentare), e carnitina (un aminoacido).
Una volta entrati nei mitocondri, gli acidi grassi vengono sottoposti a beta-ossidazione, un processo catabolico che serve per liberare energia rompendo i legami di carbonio, e che si attua in quattro reazioni enzimatiche. Sempre durante la beta-ossidazione, avviene il rilascio delle molecole NADH e NADH2 che vengono ugualmente usate per produrre energia durante la catena di trasporto degli elettroni. Questa complessa sequenza di reazioni biochimiche avviene in tutte le cellule del corpo che contengano mitocondri (e quindi non nelle cellule del sangue, che non hanno nucleo), ad eccezione delle cellule cerebrali, dove gli acidi grassi non possono arrivare.
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Quando si verificano disfunzioni a livello di beta-ossidazione, come accade in caso di specifiche patologie genetiche o di malattie metaboliche tra cui il diabete, ciò accade perché mancano gli enzimi necessari alla scissione dei lipidi, o il corpo non ha sufficienti riserve di carnitina, e allora si va in deficit di energia. Sempre in caso di alterazioni del processo di beta-ossidazione degli acidi grassi, si può verificare - come accade in caso di digiuno o in patologie come il diabete - una produzione di corpi chetonici abnorme.
Chetogenesi e Corpi Chetonici
La chetogenesi, infatti, che si attua nelle cellule epatiche, è un processo che dipende dalla beta-ossidazione degli acidi grassi perché sfrutta l’acetil-CoA prodotta da questo percorso. I corpi chetonici una volta prodotti dal fegato si spostano da quest’organo per essere trasportati altrove, via ematica, e di nuovo riconvertiti in energia (chetolisi). Quando si parla di grassi che il corpo usa al posto del glucosio per l’energia, si parla di corpi chetonici o chetoni. Ma in alcuni casi: diete dimagranti low carb (a basso consumo di carboidrati, dette anche, non a caso, diete chetogeniche), importanti sforzi fisici, diabete, questa produzione aumenta. Ad occuparsi della sintesi dei corpi chetonici - che sono molecole idrosolubili - è sempre il fegato.
Glicerolo e Glicolisi
Il glicerolo è, come abbiamo visto, la componente idrosolubile dei trigliceridi, e quindi facilmente assimilabile. Trattandosi di uno zucchero, esso, una volta giunto nei mitocondri, viene usato nel processo di glicolisi, esattamente come il glucosio dei carboidrati, per la produzione di energia, ovvero di ATP (la “centralina energetica” delle cellule) durante la catena di trasporto degli elettroni.
Regolazione della Lipogenesi
La sintesi degli acidi grassi è completamente citoplasmatica (cioè gli enzimi che catalizzano tale sintesi, si trovano nel citoplasma). L'acetil coenzima A utilizzato nel citoplasma per la sintesi degli acidi grassi, è di provenienza mitocondriale: una piccola parte viene trasportata tramite carnitina, per azione di due enzimi acil transferasi (uno citoplasmatico e uno mitocondriale) e di un enzima traslocasi.
L'acetil coenzima A presente nei mitocondri, deriva dalla glicolisi dopo l'azione della piruvato deidrogenasi; l'acetil coenzima A va sotto l'azione dell'enzima citrato sintasi: tale enzima catalizza la formazione di citrato per reazione dell'acetil coenzima A con l'ossalacetato. Se il ciclo di Krebs è in grado di soddisfare il fabbisogno energetico, parte del citrato (la quantità non necessaria al ciclo di Krebs) può uscire dai mitocondri e raggiungere il citoplasma, dove l'enzima citrato liasi, spendendo energia, lo riconverte in acetil coenzima A e ossalacetato.
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L'ossalacetato, viene allora trasformato in malato per azione dell'enzima malato deidrogenasi citoplasmatica (viene speso un NADH citoplasmatico): il malato è un metabolita permeabile e può rientrare nei mitocondri dove, sotto l'azione dell'enzima malato deidrogenasi mitocondriale, viene riconvertito in ossalacetato (si ottiene anche un NADH); il malato citoplasmatico, può, in alternativa, andare sotto l'azione dell'enzima malico, che svolge una decarbossilazione ed una deidrogenazione, per essere convertito in piruvato.
L'enzima malico lavora a NADP+ (è simile alla nicotinammideadenindinucleotide ma, a differenza di questa, presenta un gruppo fosforico sul secondo gruppo ossidrilico su una della due unità di ribosio) perciò nel passaggio da malato a piruvato, si produce NADPH (che viene utilizzato nella biosintesi).
Solitamente si sintetizzano acidi grassi con sedici atomi di carbonio ma, possono essere prodotti anche acidi grassi con diciotto, venti o ventidue atomi di carbonio; gli acidi grassi vengono, poi, esterificati, per formare i trigliceridi, con glicerolo attivato (ossia glicerolo 3-fosfato).
Gli acidi grassi sintetizzati devono essere inviati al tessuto adiposo; essi vengono trasportati nel torrente circolatorio sotto forma di trigliceridi oppure, in parte come tali con l'utilizzo di una proteina trasportatrice che è l'albumina.
Dal momento che la lipogenesi avviene all'interno del citoplasma, è necessario un sistema specifico in grado di trasportare l'aceti-CoA prodotto nel mitocondrio al suo esterno; in questo sistema, ATP dipendente, il citrato è deputato al trasferimento dei gruppi acetili nel citosol. A questo livello subisce l'azione dell'enzima citrato liasi, rilasciando l'ossalacetato e l'aceti-CoA che lo costituiscono; quest'ultimo, una volta libero subisce l'azione dell'acetil-CoA carbossilasi, deputato alla sintesi di malonil-CoA a partire da anidride carbonica ed acetil-CoA. Tale reazione, ATP e biotina dipendente, è favorita dall'insulina e dal citrato, ed ostacolata dal glucagone, dalle catecolamine e dagli acil-SCoA (forma attiva degli acidi grassi destinati ad essere ossidati a scopo energetico).
Sempre nel citoplasma troviamo un complesso multi enzimatico, denominato acido grasso sintetasi, che grazie ad una serie di reazioni porta alla formazione di acidi grassi a non più di 16 atomi di carbonio; quelli a catena più lunga ed alcuni acidi grassi insaturi sono invece sintetizzati a partire dal palmitato per azione degli enzimi elongasi e desaturasi. L'attività dell'acido grasso sintetasi è favorita dall'abbondante presenza di malonil-CoA, che se da un lato favorisce la lipogenesi, dall'altro espleta un'azione inibente sulla lipolisi.
Una volta prodotti, gli acidi grassi vengono esterificati, per formare i trigliceridi, con glicerolo attivato (ossia glicerolo 3-fosfato). Quest'ultimo si può ottenere dal diidrossi acetone fosfato (intermedio della glicolisi) per azione dell'enzima glicerolo fosfato deidrogenasi o dal glicerolo tramite l'enzima glicerolo chinasi, particolarmente attivo a livello epatico.
Ruolo dei Carboidrati e Altri Nutrienti
La lipogenesi avviene a partire dall'acetil-Coenzima A, precorritrice di lipidi ed acidi grassi. Tra queste, i carboidrati ricoprono un ruolo di primissimo piano; anche alcuni amminoacidi e l'alcol - se assunti in eccesso - possono fornire l'acetil-CoA necessario alla lipogenesi.
La conversione dei glucidi in lipidi (il processo inverso non è percorribile) avviene con particolare intensità quando le riserve tissutali di glicogeno sono sature. L'organismo tende ad immagazzinare glucosio sotto forma di un polimero, il glicogeno, accumulato soprattutto a livello di muscoli e fegato; la capacità di immagazzinarlo è tuttavia limitata a non più di 350-500 grammi (in un organismo adulto). Ogni grammo di glicogeno, infatti, lega a sé circa tre grammi di acqua, mentre la massa adiposa - pressoché anidra - fornisce più del doppio di energia per unità di peso ed è nettamente superiore dal punto di vista quantitativo. Per questo motivo, l'organismo preferisce convertire i glucidi che eccedono le richieste energetiche in lipidi anziché in glicogeno.
La sintesi di acidi grassi avviene soprattutto a livello dell'intestino, del tessuto adiposo, del fegato e della ghiandola mammaria. Una volta formatisi, questi acidi grassi si associano al glicerolo 3-fosfato per formare i trigliceridi, che vanno a depositarsi nel tessuto adiposo, e fosfogliceridi, che vanno a costituire le membrane cellulari.
È importante comprendere che i grassi alimentari che mangi si depositano negli adipociti e la maggior parte dei chili in eccesso arrivano dagli acidi grassi introdotti con la dieta.
Tabella: Lipoproteine e loro Funzioni
| Lipoproteina | Funzione Principale |
|---|---|
| VLDL | Trasporto di trigliceridi endogeni dal fegato ai tessuti |
| IDL | Intermedio nel metabolismo delle VLDL |
| HDL | Trasporto del colesterolo in eccesso dai tessuti al fegato |
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