Il metabolismo dei lipidi rappresenta un processo fondamentale per l'ottenimento di energia, contribuendo in misura preponderante al fabbisogno energetico dell'organismo. Contrariamente a quanto si potrebbe pensare, il metabolismo degli zuccheri contribuisce solo per l’1%.
In un organismo sano, si trovano circa 10 kg di riserve di lipidi, immagazzinate principalmente nel tessuto adiposo e, in parte, nelle cellule sotto forma di gocce. I trigliceridi presenti nell'organismo sono introdotti attraverso l'alimentazione oppure sintetizzati da adipociti o epatociti a partire dai carboidrati.
Lipolisi: Scomposizione dei Trigliceridi
Per ottenere energia dai grassi, è necessario che i trigliceridi vengano scomposti per idrolisi nei loro due principali componenti: acidi grassi e glicerolo. Questo processo, chiamato lipolisi, ha luogo nel citoplasma.
Il glicerolo rilasciato dai trigliceridi dopo la lipolisi entra direttamente nel percorso della glicolisi come diidrossiacetone fosfato (DHAP). 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.
Beta Ossidazione: Degradazione degli Acidi Grassi
Gli acidi grassi che derivano dalla lipolisi vengono degradati, tramite la beta ossidazione, in Acetil-coenzima A, utilizzato dal ciclo di Krebs. Gli acidi grassi vengono degradati, per mezzo della beta ossidazione, in molecole di Acetil-coenzima A con due atomi di carbonio, utilizzate nel ciclo di Krebs per generare ATP.
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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.
Corpi Chetonici: Una Fonte Energetica Alternativa
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.
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.
Lipogenesi: Sintesi dei Grassi
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.
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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.
Digestione e Trasporto dei Lipidi
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.
Dal fegato hanno origine altre lipoproteine: quelle a bassissima densità (VLDL) e a bassa densità (LDL), che derivano dalle precedenti.
Colesterolo e Sali Biliari
Il colesterolo 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.
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Metabolismo degli Acidi Grassi e Trasporto Mitocondriale
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).
Malattie Associate 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. Le due patologie sopra elencate sono dovute ad una carenza 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.
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.
Liposintesi e Bilancio Energetico
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.
Utilizzo dei Grassi Durante l'Attività Fisica
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.
Importanza Relativa del Metabolismo degli Zuccheri
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.
In sintesi, il metabolismo dei lipidi è un processo complesso e vitale che permette all'organismo di utilizzare i grassi come fonte di energia, sintetizzarli e trasportarli, mantenendo un equilibrio essenziale per la salute e il benessere.
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