Il tessuto adiposo è la più grande riserva energetica dell’organismo e i grassi presenti vengono sintetizzati o utilizzati tramite diversi processi che sono compresi sotto il nome di metabolismo dei lipidi.
Cos'è e come funziona il metabolismo lipidico?
Il metabolismo dei grassi alimentari è un processo complesso, che si svolge in organi diversi del nostro corpo. Il metabolismo, come abbiamo visto, è un processo attraverso il quale il corpo genera energia partendo dalle sostanze che vengono ingerite. Se tutto viene svolto in maniera corretta, l’energia prodotta può essere utilizzata immediatamente o essere immagazzinata per i momenti di bisogno.
Innanzi tutto, dal momento che stiamo parlando di sostanze insolubili, i lipidi ingeriti attraverso l’alimentazione andranno diluiti, e trasformati in composti assimilabili. La digestione dei lipidi inizia già a livello della bocca, dove ci sono degli enzimi (lipasi linguale) che iniziano a scindere la molecola lipidica.
I grassi ingeriti con i cibi vengono digeriti nell’intestino tenue, mentre i trigliceridi vengono scomposti in monogliceridi e acidi grassi liberi, per poi essere trasportati attraverso la mucosa intestinale. Una volta compiuto questo passaggio, i trigliceridi sono sintetizzati nuovamente e trasportati al fegato e ai tessuti adiposi.
Per permettere il trasporto dei lipidi, quindi, ci sono i chilomicroni: strutture costituite da proteine e da trigliceridi con una superficie idrofila (con apolipoproteine) e un core idrofobico ricco di lipidi. La presenza di apolipoproteine permette l’attivazione delle lipasi lipoproteiche, che scindono nuovamente i trigliceridi in glicerolo + acidi grassi che verranno utilizzati.
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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. Dal fegato hanno origine altre lipoproteine: quelle a bassissima densità (VLDL) e a bassa densità (LDL), che derivano dalle precedenti.
Lipoproteine:
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.
Come anticipato, le HDL sono 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.
Acidi Grassi e Beta-Ossidazione
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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La beta-ossidazione è la via metabolica tramite la quale la cellula ricava energia (ATP) dai grassi. Questo processo comincia nel citoplasma cellulare, dove l’acido grasso viene attivato dal legame con il coenzima A (CoA) formando l’acil-SCoA. L’acil-SCoA viene trasportato tramite la carnitina all’interno del mitocondrio, organulo cellulare in cui i grassi vengono ossidati (“bruciati”).
Una volta entrato nel mitocondrio, all’acido grasso vengono tolti due atomi di carbonio alla volta a partire dall’estremità che presenta il gruppo carbossilico (COOH), il cui carbonio è chiamato carbonio beta (da cui beta-ossidazione). Dall’acido grasso di partenza si ottengono, così, numerosi acetil-CoA che vengono utilizzati nel ciclo di Krebs per essere ossidati fino ad ottenere anidride carbonica e acqua.
Gli enzimi del metabolismo degli acidi grassi sono tutti mitocondriali, mentre la loro attivazione avviene nel citoplasma: è quindi necessario trasportare gli acidi grassi attivati nel mitocondrio. L'attivazione citoplasmatica richiede l'utilizzo di enzimi tiochinasi (o acil coenzima A sintetasi); tali enzimi sono raggruppati in diverse sottofamiglie perché specializzati ad attivare acidi grassi di lunghezza diversa. L'attivazione citoplasmatica richiede il consumo di due legami ad alto contenuto energetico (ATP) che porta alla formazione di acil coenzima A (detto acido grasso attivato): il carbossile dell'acido grasso, attacca il fosforile α dell'ATP e si ottengono (come intermedio di reazione) acil adenilato (o acil AMP) e pirofosfato; il pirofosfato viene trasformato in ortofosfato (così facendo, sposta l'equilibrio della reazione, verso destra). L'acil adenilato, reagisce successivamente, con il coenzima A per dare l'acido grasso attivato cioè l'acil coenzima A, rilasciando AMP. Nell'attivazione citoplasmatica, vengono, quindi, idrolizzati due legami ad alta energia mentre nei mitocondri la reazione evolve solo se si mantiene bassa la concentrazione di GDP (la reazione prevede l'uso di GTP e non di ATP); il meccanismo prevede che l'acido grasso attacchi il fosforile γ del GTP e si formino acil fosfato e GDP. L'acil fosfato, reagisce, poi, con il coenzima A e si ottiene l'acil coenzima A; con questo meccanismo si consuma il GTP proveniente dal ciclo di krebs.
L'acil coenzima A è compartimentato, cioè l'acil coenzima A citoplasmatico non si mescola con quello mitocondriale e non è in grado di attraversare la membrana mitocondriale interna. Per portare gli acidi grassi attivati nel mitocondrio, si sfrutta un sistema costituito da un enzima traslocasi situato sulla membrana mitocondrile interna e due enzimi transferasi (hanno azione acil transferasica), uno mitocondriale ed uno citoplasmatico che utilizzano la carnitina per svolgere la loro azione. L'enzima acil transferasi citoplasmatica (il nome completo dell'acil transferasi è acil coenzima A-carnitina transferasi) catalizza la reazione tra carnitina e acido grasso attivato: si forma acil carnitina. L'acil carnitina, si lega all'enzima acil traslocasi che lo trasporta all'interno del mitocondrio dove l'enzima acil transferasi mitocondriale, libera la carnitina e rigenera l'acido grasso attivato.
Osservazioni: più alta è la concentrazione di carnitina e maggiore è la quantità di acil carnitina che si forma, quindi, più veloce è l'azione della traslocasi. L'acil traslocasi, lavora in base al gradiente di concentrazione perciò è un grado di far entrare nel mitocondrio l'acil carnitina e di far uscire la carnitina. L'acil transferasi citoplasmatica è modulata positivamente dall'acil coenzima A citoplasmatico e negativamente dal malonil-coenzima A (è un metabolita dell'anabolismo degli acidi grassi).
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Chetogenesi
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. 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.
Nel caso in cui l’Acetil-coenzima A viene prodotto in eccesso dall’ossidazione degli acidi grassi e il ciclo di Krebs non è in grado di gestirlo, esso viene utilizzato per la creazione di corpi chetonici. Questi svolgono una funzione di alimentazione energetica quando i livelli di glucosio sono troppo bassi; i casi in cui entrano in azione sono legati a lunghi periodi di digiuno o a patologie (come ad esempio il diabete non controllabile) che non permettono di utilizzare la maggior parte del glucosio in circolazione.
Gli organi come il cervello, che solitamente fanno affidamento sul solo glucosio come fonte energetica, possono utilizzare come alternativa i chetoni. In questo modo il cervello si tiene attivo anche quando le scorte di glucosio sono ridotte o esaurite.
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.
Il glicerolo rilasciato dai trigliceridi dopo la lipolisi entra direttamente nel percorso della glicolisi come diidrossiacetone fosfato (DHAP).
Lipogenesi
Quando i livelli di glucosio hanno raggiunto il limite, l’Acetil-coenzima A in eccesso, generato dalla glicolisi, può essere convertito in acidi grassi, in trigliceridi, in colesterolo, in sali biliari e in steroidi. Questo processo, chiamato lipogenesi, ha luogo nel citoplasma degli adipociti (cellule dei grassi) e degli epatociti (cellule epatiche) e crea grassi dall’Acetil CoA. L’ingestione di glucosio o carboidrati oltre il fabbisogno dell’organismo, porta l’Acetil CoA a trasformare la quantità in eccesso in grassi.
Tramite l’acido grasso sintasi, un enzima in grado di catalizzare più reazioni, vengono a formarsi gli acidi grassi per aggiunta di atomi di carbonio all’acetil-CoA.
La disponibilità di Acetil CoA è fondamentale per la litogenesi, che inizia proprio con l’Acetil CoA per poi proseguire con l’aggiunta di due atomi di carbonio da un’altra molecola di Acetil CoA. Anche se la litogenesi si verifica nel citoplasma, l’Acetil CoA necessario viene creata nei mitocondri e non può essere trasportato attraverso la membrana mitocondriale. L’Acetil CoA e l’acido ossalacetico si combinano per formare il carrier del citrato, che è in grado di attraversare la membrana mitocondriale ed entrare nel citoplasma.
Colesterolo
Alcune precisazioni sul colesterolo: questo grasso non viene depositato nell’organismo, perciò se in eccesso deve essere eliminato. E’ sempre difficile eliminare un composto idrofobo e serve una sostanza idrofila, come la bile. Il colesterolo si assembla con i sali biliari (prodotti dal fegato) per formare la bile, che verrà utilizzata per emulsionare i grassi assunti tramite la dieta e contribuire alla digestione.
Lipolisi
Per ottenere energia dai grassi, è necessario che prima i trigliceridi vengano scomposti per idrolisi nei loro due principali componenti, acidi grassi e glicerolo. Questo processo, chiamato lipolisi, ha luogo nel citoplasma.
Importanza energetica dei lipidi
Poiché una molecola di trigliceride fornisce tre molecole di acidi grassi, le molecole di grasso sviluppano più energia rispetto ai carboidrati e alle proteine: in ambito energetico, i trigliceridi hanno una resa più che doppia, per massa unitaria.
Il metabolismo dei lipidi permette di ottenere la quasi totalità del fabbisogno energetico perché, contrariamente a quanto si potrebbe pensare, il metabolismo degli zuccheri contribuisce solo per l’1%. Gli zuccheri rivestono quindi un’importanza marginale per la fornitura di energia al corpo.
In un organismo sano presenti circa 10Kg di riserve di lipidi, immagazzinate per lo più nel tessuto adiposo e in parte nelle cellule, come gocce. I trigliceridi presenti nell’organismo vengono introdotti attraverso il cibo oppure sintetizzati da adipociti o epatociti a partire dai carboidrati.
Considerazioni su dieta e attività fisica
Per qualcuno sono i carboidrati che fanno ingrassare, per altri i grassi. In realtà, quello che fa prendere peso (stimolo alla liposintesi) è l’eccesso di acetil-CoA. Inoltre, non bisogna considerare l’eccesso energetico/lipidico in acuto: è chiaro che durante il pasto assumi energia/grassi in più rispetto a quella/i che stai utilizzando mentre sei seduto a mangiare. Ingrassare, come dimagrire, è un processo che non avviene da un giorno all’altro proprio perchè è il graduale eccesso cronico a determinare una prevalenza dei processi di sintesi (anabolici) rispetto a quelli catabolici.
Per dimagrire devi quindi mangiare tantissimi grassi? Ovviamente no. Più l’attività è poco intensa, poco faticosa e che non fa aumentare molto il battito cardiaco più vengono utilizzati i grassi. I carboidrati sono il macronutriente considerato più efficiente dall’organismo come fonte di energia, motivo per il quale la beta-ossidazione e i grassi sono di secondaria importanza per chi si allena intensamente e/o cerca di migliorare la prestazione. Nel caso di coinvolgimento del metabolismo aerobico, l’unico in cui vengono utilizzati anche i grassi, i primi lipidi ad essere utilizzati sono quelli già presenti nel muscolo: i trigliceridi intramuscolari, i quali sono presenti solo in piccola e minore quantità rispetto al glicogeno muscolare. Consumare i trigliceridi intramuscolari con l’esercizio fisico fa dimagrire? La risposta è sempre no, a meno che di dieta ipocalorica.
Patologie legate al metabolismo dei lipidi
Per quanto riguarda il metabolismo dei lipidi, le malattie ad esso associate, come quella di Gaucher e di Tay-Sachs, sono di origine ereditaria. I lipidi sono grassi o sostanze a base di grassi e includono oli, acidi grassi, cere e colesterolo. Le due patologie sopra elencate sono dovute ad una carenze di enzimi preposti alla scomposizione dei lipidi; oppure, gli enzimi lavorano in maniera corretta e il corpo non riesce a convertire i grassi in energia.
Dal punto di vista quantitativo, il metabolismo degli zuccheri ha un'importanza modesta, difatti, solo l'1% del fabbisogno energetico di un individuo si ottiene dagli zuccheri.
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.
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