Biosintesi dell‘acido linoleico coniugato (CLA)

Il CLA è un prodotto intermedio del processo della bioidrogenazione degli acidi grassi polinsaturi che avviene in condizioni fisiologiche nel rumine ad opera di batteri anaerobi, in particolare del Butyrivibrio fibrisolvens (Kepler et al., 1966).

La bioidrogenazione dell‘acido linoleico coinvolge almeno due stadi ed almeno due distinte popolazioni di batteri ruminali.

A tal proposito la microflora batterica è suddivisibile in due gruppi in funzione del tipo di reazione che catalizzano e dei relativi prodotti finali: (Bauman et al., 1999):

4. I LIPIDI 66

o Batteri del gruppo A, capaci di idrogenare gli acidi linoleico e α-linolenico, producendo principalmente C18:1 11t;

o Batteri del gruppo B, capaci di utilizzare il C18:1 11t come principale substrato per la produzione di acido stearico (C18:0).

La sequenza di bioidrogenazione dell‘acido linoleico (C18:2 9c, 12c) inizia con l‘isomerizzazione del doppio legame dalla posizione 12 a quella 11, formando così il CLA 9c, 11t. L‘enzima responsabile della formazione di doppi legami coniugati a partire dai doppi legami 9c, 12c dell‘acido linoleico e degli acidi α- e γ-linolenico è la linoleate isomerasi (EC 5.2.1.5), enzima parzialmente purificato e le cui proprietà cinetiche sono state caratterizzate in diverse specie batteriche (Kepler e Tove, 1967; Kepler et al., 1970; Yokoyama e Davis, 1971; Kemp et al., 1984). Normalmente quest‘isomerasi è legata alla membrana cellulare batterica (Griinari e Bauman, 1999) e può utilizzare, come substrato, sia l‘acido linoleico sia il linolenico, in quanto entrambi posseggono una struttura a dieni 9c, 12c ed un gruppo carbossilico libero (Kepler et al., 1970).

L‘isomerizzazione è seguita da una rapida idrogenazione del legame 9c, ad opera di una reduttasi (Hughes et al., 1982), che porta alla conversione del CLA 9c, 11t in C18:1 11t (acido vaccenico, VA), il più abbondante trans-isomero nei tessuti dei ruminanti. L‘idrogenazione di quest‘ultimo avviene con minore rapidità, determinando un suo accumulo a livello ruminale (Keeny, 1970) (Figura 4.14).

L‘acido vaccenico (C18:1 11t) può a sua volta essere ridotto, mediante una riduttasi microbica, ad acido stearico (C18:0) (Harfoot and Hazlewood, 1988).

Figura 4.14 - Processo di bioidrogenazione degli acidi linoleico e linolenico nel rumine (adattato da Harfoot & Hazlewood, 1988).

Anche la bioidrogenazione dell‘acido α-linolenico (C18:3 9c, 12c, 15c) inizia con un‘isomerizzazione, seguita da una sequenza di riduzioni per terminare con la formazione di acido stearico (C18:0). La bioidrogenazione ruminale dell‘acido α-linolenico porta alla formazione di 9c, 11t, 15c, acido coniugato octadecatrienoico, come predominante prodotto iniziale dell‘isomerizzazione, seguita dalla riduzione dei doppi legami cis. Di conseguenza, l‘acido trans vaccenico rappresenta il prodotto intermedio comune della bioidrogenazione degli acidi linoleico ed α-linolenico. Analogamente, anche la bioidrogenazione dell‘acido γ-linolenico (C18:3 6c, 9c, 12c, acido octadecatrienoico) porta alla formazione di acido trans vaccenico (Harfoot e Hazelwood, 1988; Griinari e Barman, 1999).

Griinari et al. (1998) hanno evidenziato come le modificazioni dell‘ambiente ruminale, indotte dalla somministrazione di diete caratterizzate da un basso rapporto foraggi:concentrati, si associno a variazioni del contenuto in acido trans vaccenico nel latte. In questa situazione, l‘acido

4. I LIPIDI 68

octadecenoico 10t sostituisce il C18:1 11t, diventando l‘isomero trans del C18:1 più abbondante nel grasso del latte.

Sono state avanzate diverse ipotesi sui meccanismi che portano alla produzione dell‘acido octadecenoico 10t (Griinari e Bauman, 1999, Figura 4.15). La più plausibile di queste prevede l‘azione di una specifica 9c, 10t isomerasi di origine batterica che porterebbe alla formazione dei doppi legami coniugati 10t, 12c. Quest‘ipotesi è avvalorata dal fatto che la somministrazione di diete a basso contenuto di fibra induce un aumento della concentrazione di CLA 10t, 12c nel latte (Griinari eBauman, 1999). Infatti la 12c, 11t isomerasi prodotta dal B. fibrisolvens può idrogenare il CLA 10t, 12c (Kepler et al. 1966), producendo acido octadecenoico 10t. E‘ stato dimostrato che più del 50% di acido linoleico è stato convertito a CLA 10t, 12c e solo il 10% viene convertito a C18:1 10t dal batterio anaerobio Propionibacterium isolato da topo cieco (Verhulst et al., 1987).

Figura 4.15 - Processo di bioidrogenazione degli acidi linoleico e linolenico nel rumine proposta da Griinari e Bauman (1999).

Numerose osservazioni effettuate sia in vivo sia in vitro hanno portato ad ipotizzare che non tutti i CLA presenti nel latte e nella carne dei ruminanti potessero originare dalla bio idrogenazione dell‘acido linoleico nel rumine. In particolare, Banni et al. (1996) riscontrarono alte concentrazioni di CLA 9c, 11t nel latte di pecore alimentate esclusivamente con il pascolo, ricco in acido linolenico, ma non in linoleico. Inoltre, anche l‘arricchimento alla razione con oli di pesce, che sono ricchi di PUFA con 20 o più atomi di carbonio e non producono né CLA né acido vaccenico come prodotti intermedi della bioidrogenazione, porta ad un aumento del contenuto di CLA 9c, 11t nel latte (Franklin et al., 1999; Donovan et al., 2000). Alla luce di tali osservazioni, si iniziò ad ipotizzare che la sintesi ruminale di CLA non fosse né l‘unica né la principale fonte dei CLA del latte e della carne. In seguito fu proposto che i CLA potessero essere sintetizzati per via endogena a partire dall‘acido vaccenico ad opera di una Δ9-desaturasi (Parodi, 1994). Ricerche successive, effettuate utilizzando diversi tipi di diete (Jiang et al., 1996; Griinari e Bauman, 1999), dimostrarono che era il contenuto dell‘isomero C18:1 11t ad essere direttamente proporzionale a quello del CLA 9c, 11t nel grasso del latte. Secondo Griinari et al. (2000) il contributo della sintesi endogena al contenuto totale di CLA nel latte sarebbe pari al 64%, mentre Lock e Garnsworthy (2002) stimarono un‘incidenza superiore all‘80%. Secondo Piperova et al.(2002) il contributo della sintesi ruminale di CLA sarebbe pari solo al 4-7%. Per Kay et al. (2002), infine, la sintesi endogena sarebbe del 100% e tale ipotesi è supportata dall‘osservazione che la concentrazione ematica di CLA è nulla o minima (Khanal et al., 2002; Loor et al., 2002). Secondo Gillis et al. (2003) circa l‘86% del CLA 9c, 11t del grasso della carne bovina viene prodotto dalla desaturazione dell‘acido vaccenico. La desaturazione endogena dell‘acido vaccenico a CLA 9c, 11t, inoltre, aumenterebbe con l‘aumentare della quantità di foraggio nella dieta del ruminante (Sackman et al., 2003). Sebbene il meccanismo di sintesi endogena sia stato trovato sia per i ruminanti che per i non ruminanti (Glaser et al., 2000; Loor et al., 2002; Turpeinen et al., 2002) la disponibilità di acido vaccenico è più elevata nei ruminanti a causa della bioidrogenazione ruminale (Bessa et al., 2000) (Figura 4.16). E‘ stato ipotizzato che anche l‘organismo umano sia in grado di convertire l‘acido vaccenico introdotto con la dieta in CLA, mediante meccanismo di sintesi endogena a cui partecipa la Δ-9 desaturasi (Bauman et al., 1999). Turpeinen et al. (2002), hanno stimato che mediamente l‘uomo può convertire per via endogena il 19% di acido vaccenico in acido rumenico. Banni et al. (2001) hanno dimostrato che una dieta contenente il 2% di acido vaccenico nei ratti non solo aumentava la concentrazione di acido rumenico nei tessuti, ma aveva anche un effetto protettivo contro lo sviluppo di tumori alla mammella, un effetto simile è stato successivamente riportato da Lock et al. (2004).

4. I LIPIDI 70

La fonte principale di CLA nella dieta umana sembra essere la carne dei ruminanti e prodotti a base di carne così come il latte ed i prodotti caseari (Adlof et al., 2000; Kraft & Jahreis, 2001, Turpeinen et al., 2002).