I lipidi (dal greco λίπος, lìpos, «grasso»), o grassi, sono composti organici largamente diffusi in natura e rappresentano una delle quattro principali classi di biomolecole, insieme a carboidrati, proteine e acidi nucleici.
I lipidi vengono identificati sulla base delle loro proprietà comuni di solubilità: non sono solubili in acqua (definiti per questo idrofobi), mentre sono solubili in solventi organici come etere dietilico o acetone, alcoli e idrocarburi. L'insolubilità in acqua è la proprietà analitica che viene usata come base per la separazione dai carboidrati e dalle proteine.
Dal punto di vista strutturale, i lipidi sono costituiti prevalentemente da atomi di carbonio e di idrogeno uniti tra loro con legami covalenti apolari (caratteristica che conferisce il comportamento idrofobo) e disposti simmetricamente. Tuttavia, alcuni lipidi presentano, in una regione ristretta della loro molecola, gruppi polari (ad esempio i fosfolipidi). I lipidi polari presentano caratteristiche fisico-chimiche peculiari rispetto ai lipidi neutri (apolari). In particolare, i lipidi polari mostrano caratteristiche anfipatiche (solubilità sia in acqua che in solventi apolari) o addirittura risultano talora insolubili in solventi organici e solubili in acqua. Storia Nel 1815, Henri Braconnot classificò i lipidi (graisses) in due categorie, suif (grassi solidi o sego) e huiles (oli fluidi). Nel 1823, Michel Eugène Chevreul sviluppò una classificazione più dettagliata, inclusi oli, grassi, sego, cere, resine, balsami e olii volatili (od oli essenziali). Nel 1827, William Prout riconobbe il grasso (materia alimentare "oleosa"), insieme a proteine ("albuminose") e carboidrati ("saccarina"), come nutriente importante per uomini e animali.
Per un secolo, i chimici consideravano i "grassi" come semplici lipidi fatti di acidi grassi e glicerolo (gliceridi), ma nuove forme furono descritte in seguito. Theodore Gobley (1847) scoprì fosfolipidi nel cervello dei mammiferi e nell'uovo di gallina, chiamati da lui come "lecitine". Il Thudichum ha scoperto nel cervello umano alcuni fosfolipidi (cefalina), glicolipidi (cerebroside) e sfingolipidi (sphingomielina).
I termini lipoide, lipina, lipide e lipide sono stati usati con vari significati, dall'autore. Nel 1912, Rosenbloom e Gies proposero la sostituzione di "lipoide" con "lipin". Nel 1920, Bloor introdusse una nuova classificazione per "lipoidi": semplici lipidi (grassi e cere), lipidi composti (fosfolipoidi e glicolipoidi) e i lipidi derivati (acidi grassi, alcoli, steroli).
La parola "lipidi", che deriva etimologicamente dal greco lipos (grasso), fu introdotta nel 1923 da Gabriel Bertrand. Bertrand incluse nel concetto non solo i grassi tradizionali (gliceridi), ma anche i "lipoidi", con una costituzione complessa. Nel 1947, Thomas Percy Hilditch divideva i lipidi in "lipidi semplici", con grassi e cere (vere cere, steroli, alcoli) e "lipidi complessi", con fosfolipidi e glicolipidi.
Classificazione Nonostante la loro somiglianza in termini di solubilità, i lipidi sono molto diversi tra loro per quanto riguarda la struttura chimica, in quanto comprendono esteri e idrocarburi e possono essere aciclici, ciclici o policiclici. Il Lipid Bank database suddivide i lipidi, a seconda del grado di complessità, in 3 categorie: lipidi semplici, lipidi complessi e lipidi derivati.
Nel 2005, l'International Lipid Classification and Nomenclature Committee ha proposto una classificazione dei lipidi, basata sulla presenza di 2 unità costitutive fondamentali: unità chetoaciliche (-CH2-CO-) e unità isopreniche (-C5H8-). In base a questa classificazione i lipidi sono distinti in 8 classi: acidi grassi, glicerolipidi, fosfolipidi, sfingolipidi, saccarolipidi e polichetidi (tutte derivate dalla condensazione di unità chetoaciliche); steroli e prenoli (entrambe derivate dalla condensazione di unità isopreniche).
I polichetidi sono un'importante classe di lipidi naturali, che comprende antibiotici (eritromicina, tetracicline), ipocolesterolemizzanti (lovastatina), immunosoppressori (rapamicina) e pigmenti, prodotti ad opera delle poliuchetidi-sintetasi di piante e microrganismi. I lipidi possono anche essere distinti in saponificabili e non saponificabili, in base alla proprietà di formare saponi per idrolisi alcalina del legame estere.
I saponi propriamente detti sono sali di acidi grassi con metalli alcalini. La saponificabilità è legata alla presenza di almeno un radicale di acido grasso nella molecola lipidica (gli steroidi non sono saponificabili) ed è dovuta all'idrolisi del legame estere tra acido grasso e alcol (glicerolo). In presenza di idrossido di sodio (NaOH) o di potassio (KOH), i lipidi saponificabili vanno incontro a idrolisi e liberano l'alcol corrispondente e il sale sodico o potassico dell'acido grasso, cioè il sapone. Industrialmente vengono utilizzati trigliceridi formati da acidi grassi con numero di atomi di carbonio compreso tra 12 e 18, poiché quelli con numero di carbonio inferiore sono troppo irritanti, mentre quelli con numero superiore sono poco solubili in acqua. I saponi al sodio sono detti "duri" e sono utilizzati in forma solida (saponette), mentre quelli al potassio sono detti "molli" e sono impiegati in forma liquida o pastosa. Le acque "dure" (ricche di ioni bi- o trivalenti di calcio, magnesio o ferro) causano la precipitazione dei saponi naturali, che è responsabile della formazione degli aloni (es. intorno ai rubinetti).
Caratteristiche fisico-chimiche I lipidi hanno una densità significativamente minore di quella dell'acqua (dunque galleggiano). Sulla base delle interazioni con l'acqua, i lipidi sono stati distinti in lipidi non polari e lipidi polari, raggruppati in 3 classi. Per la loro natura idrofobica, i lipidi hanno la proprietà di ridurre la tensione superficiale delle soluzioni (tensioattività). Infatti, nelle soluzioni, tendono a portarsi nell'interfase aria-liquido, disponendosi in uno strato mono- o paucimolecolare alla superficie della soluzione acquosa. Poiché le molecole lipidiche tendono a legarsi tra loro, piuttosto che con le molecole di acqua, i lipidi dispersi in acqua danno luogo alla formazione di gocce superficiali di varie dimensioni.
I lipidi non polari (idrocarburi alifatici a lunga catena, idrocarburi aromatici voluminosi, esteri ed eteri, in cui entrambi i componenti sono lipidi idrofobi voluminosi) sono completamente insolubili in acqua e non si allineano in monostrati all'interfaccia aria/acqua. I lipidi polari di classe I (di- e trigliceridi, acidi grassi a catena lunga, colesterolo) sono molecole anfifiliche (anfipatiche), che presentano un'estremità debolmente polare, rispetto alla massa della molecola. Sono insolubili in acqua, ma formano monostrati all'interfaccia aria/acqua. Se sottoposte ad agitazione meccanica o termica, queste dispersioni formano emulsioni, nelle quali i lipidi sono dispersi in forma di piccolissime gocce all'interno della fase acquosa. L'emulsione (cioè la dispersione non omogenea di un liquido in un altro liquido) così formata assume un aspetto torbido ed è instabile, poiché, con il tempo, le goccioline di lipidi tendono a riunirsi tra di loro, tornando in superficie.
I lipidi polari di II classe (fosfolipidi, glicolipidi e monogliceridi) sono molecole fortemente anfifiliche, che presentano un'estremità idrofobica e una idrofila. La prevalenza del carattere idrofobico è testimoniata dalla tendenza di tali lipidi a disporsi in uno strato monomolecolare all'interfaccia di un sistema aria/acqua, con le teste polari immerse nella soluzione acquosa e le code idrofobe immerse nella fase gassosa soprastante. Grazie alla loro proprietà di interagire parzialmente con l'acqua, i lipidi polari di II classe presentano mesomorfismo liotropico, caratterizzato dalla comparsa, con il variare della concentrazione del lipide, di fasi intermedie tra lo stato solido cristallino e lo stato liquido (vedi fosfolipidi).
I lipidi polari di III classe hanno una molecola fortemente polare, rispetto alla regione idrofobica, e sono insolubili in olio.
Ruolo fisiologico I lipidi rappresentano un'importante riserva energetica per animali e piante (semi), in quanto sono in grado di liberare una grande quantità di calorie per unità di massa, il valore calorico di un grammo di lipidi è circa il doppio rispetto a zuccheri e proteine, circa 9,46 kcal/g contro 4,15 kcal/g. Proprio per questo sono il substrato energetico ideale per le cellule. In un uomo sano di 70 kg, vi sono circa 15 kg di trigliceridi. Durante l'attività fisica i lipidi vengono utilizzati insieme ai carboidrati, fornendo in ugual misura l'energia necessaria per attività di medio basso livello, se l'attività fisica si protrae per almeno un'ora si va incontro a un esaurimento delle scorte di carboidrati (glicogeno) e a un corrispondente aumento dell'utilizzo di lipidi. Inoltre i lipidi alimentari apportano gli acidi grassi essenziali (cioè non sintetizzati dall'organismo), come gli acidi linoleico (da cui deriva l’acido arachidonico) e linolenico.
Lipidi semplici Sono costituiti da carbonio, idrogeno e ossigeno, e comprendono trigliceridi, cere e terpeni. I lipidi di origine animale sono contenuti abbondantemente nel burro, strutto e sego.
Trigliceridi
I trigliceridi o triacilgliceroli sono triesteri di acidi grassi a catena lunga con il glicerolo (chiamato anche glicerina); sono i lipidi più semplici, ma anche più abbondanti di origine naturale, e costituiscono i grassi animali (solidi) e gli oli vegetali (liquidi). Servono soprattutto come deposito per l'energia prodotta e immagazzinata negli animali a livello del tessuto adiposo (grasso sottocutaneo e viscerale).
Un trigliceride è un lipide costituito da una molecola di glicerolo a cui sono legati 3 acidi grassi. Il glicerolo (1,2,3-propantriolo) è un alcol con tre atomi di carbonio, ciascuno con un gruppo ossidrilico, mentre l'acido grasso è formato da un gruppo carbossilico e da una catena idrocarburica. I 3 acidi grassi sono uniti a una molecola di glicerolo per esterificazione, ovvero per il legame tra il gruppo carbossilico degli acidi grassi e i gruppi ossidrilici del glicerolo. Spesso i 3 acidi grassi sono differenti.
Gli acidi grassi sono i lipidi più semplici e comuni, e differiscono per la lunghezza della catena carboniosa e/o il tipo di legame tra gli atomi di carbonio, legami che possono essere tutti singoli, e allora si parla di acidi grassi saturi, oppure doppi, e in questo caso si parla di acidi grassi insaturi (monoinsaturi se c'è un solo doppio legame, polinsaturi altrimenti). Sono stati isolati, da varie cellule e tessuti, più di 500 tipi di acidi grassi, e si può notare che quasi sempre questi hanno un numero pari di atomi di carbonio, solitamente compreso tra 12 e 20. Gli acidi grassi essenziali sono acidi grassi polinsaturi, che non possono essere sintetizzati nell'organismo. Appartengono a due principali categorie, in base alla posizione del primo doppio legame: ω3 (αlinolenico 18:3) e ω6 (acido linoleico 18:2). L'acido arachidonico (20:4), sintetizzato a partire dall'acido linoleico, è il precursore di prostaglandine, trombossani e leucotrieni, importantissimi mediatori chimici coinvolti nell'infiammazione e nell'aggregazione piastrinica. Le diete ricche di grassi saturi portano alla aterosclerosi.
Gli acidi grassi insaturi, quando in configurazione cis, creano un'angolatura della molecola (kinking). Lo stato solido o liquido dei grassi, a temperatura ambiente, dipende dal grado di insaturazione (numero dei doppi legami) degli acidi grassi, che compongono i trigliceridi. Le angolature dei grassi insaturi impediscono alle molecole di compattarsi saldamente e di solidificare a temperatura ambiente. Poiché gli oli presentano un maggior numero di acidi grassi insaturi, la loro temperatura di fusione è bassa e si presentano allo stato liquido.