La colina [62-49-7], nota anche come idrossido di trimetil(2-idrossietil)ammonio, è un composto di ammonio quaternario con formula molecolare C5H15O2N. Fu isolata per la prima volta dalla bile di maiale nel 1849 da Stecker e successivamente si trova nel tessuto cerebrale.
La struttura chimica della colina può essere rappresentata come (CH3)3N+CH2CH2OH∙OH–. La colina libera è presente in piccole quantità nei materiali biologici. Le forme più frequenti includono fosforilcolina, fosfatidilcolina (lecitina) e acetilcolina.
Sommario
La colina svolge un ruolo nel metabolismo e nella sintesi di glicina, betaina, cisteina, serina, metionina e vari altri composti biologici contenenti metile. La colina ha quattro funzioni primarie nel corpo:
- Componente strutturale: come fosfatidilcolina (lecitina) e sfingomielina, la colina costituisce un componente importante delle membrane cellulari.
- Agente lipotropico: la colina previene la malattia del fegato grasso.
- Neurotrasmettitore: l’acetilcolina, un derivato della colina, agisce come neurotrasmettitore.
- Donatore di gruppi metilici: la colina funge da fonte di gruppi metilici labili.
Sebbene storicamente definita vitamina, la colina non soddisfa strettamente la definizione a causa della sua mancanza di funzione come cofattore enzimatico. Similmente alle vitamine, tuttavia, la colina svolge un ruolo fondamentale nella nutrizione. Le raccomandazioni di assunzione giornaliera sono significativamente più elevate per la colina rispetto alle vitamine (vedere Tabella 1).
| Popolazione | Categoria | Assunzione adeguata (mg/giorno) |
|---|---|---|
| Neonati | 0 – 5 mesi | 125 |
| Neonati | 6 – 11 mesi | 150 |
| Bambini e adolescenti | 1 – 3 anni | 200 |
| 4 – 8 anni | 250 | |
| 9 – 13 anni | 375 | |
| Maschi (14 – 18 anni) | 550 | |
| Femmine (14 – 18 anni) | 400 | |
| Adulti | Maschi (19 anni e oltre) | 550 |
| Femmine (19 anni e oltre) | 425 | |
| Gravidanza | Tutte le età | 450 |
| Allattamento | Tutte le età | 550 |
La Farmacopea degli Stati Uniti sta sviluppando monografie per il cloruro di colina e il bitartrato di colina da includere negli integratori USP 24.
Il fegato grasso e il tasso di crescita ridotto sono i principali segni di carenza di colina negli animali in via di sviluppo. Studi hanno dimostrato che varie specie, tra cui ratti, topi e pollame, necessitano di colina per una crescita ottimale e una sana funzionalità epatica.
I sali di colina (cloruro, diidrogeno citrato e bitartrato) vengono spesso aggiunti ai mangimi per animali come integratori alimentari.
1. Proprietà della colina
La colina è un composto basico con un pKa di 5,06 che può assorbire anidride carbonica e vapore acqueo dall’atmosfera. La colina disponibile in commercio si presenta solitamente come soluzioni in metanolo o acqua, con concentrazioni generalmente non superiori al 45% in volume.
Solubilità:
- Solubile in etanolo
- Leggermente solubile in acetone e cloroformio
- Insolubile in etere, benzene, toluene e tetracloruro di carbonio
La colina reagisce facilmente con gli acidi per formare sali stabili. Tuttavia, la cristallizzazione è difficile per la maggior parte dei sali di colina, ad eccezione delle forme cloruro, bitartrato e citrato di diidrogeno. Inoltre, la colina può reagire con gli acidi per formare esteri.
Come idrossido di ammonio quaternario, la colina subisce un’autodecomposizione tramite riscaldamento. Questa reazione, nota come eliminazione di Hofmann, procede come segue:
L’intermedio instabile dell’alcol vinilico può riorganizzarsi in acetaldeide o reagire con l’acqua per formare glicole etilenico. L’acetaldeide può subire un’ulteriore condensazione aldolica, che porta a prodotti colorati. La trimetilammina liberata conferisce un forte odore “di pesce” alla soluzione.
2. Sali di colina
La colina forma vari sali con diverse proprietà fisiche e chimiche. Ecco una descrizione di alcuni sali di colina comuni:
2.1. Cloruro di colina [67-48-1]
- Formula: C5H14ONCl
- Massa molare: 139,63 g/mol
- Aspetto: Un solido bianco cristallino con un leggero odore di ammina e un forte sapore salmastro.
- Solubilità:
- È molto solubile in acqua
- Facilmente solubile in alcol
- Leggermente solubile in acetone e cloroformio
- Quasi insolubile in etere e benzene
- Proprietà: Igroscopico; si decompone a circa 180 °C.
- pH: neutro alla cartina tornasole.
2.2. Tartrato di colina idrogeno [87-67-2]
- Formula: C9H19O7N
- Massa molare: 253,26 g/mol
- Punto di fusione: 149 – 153 °C
- Aspetto: polvere cristallina bianca con sapore acido e leggero odore di ammina.
- Solubilità:
- È molto solubile in acqua
- Leggermente solubile in alcol
- Quasi insolubile in etere, benzene e cloroformio
- pH: una soluzione acquosa al 25% ha un pH di circa 3,5.
2.3. Colina diidrogeno citrato [77-91-8]
- Formula: C11H21O8N
- Massa molare: 295,30 g/mol
- Punto di fusione: 105 – 107,5 °C
- Aspetto: polvere bianca granulare o finemente cristallina con un leggero odore di ammina e un sapore acido.
- Solubilità:
- Igroscopico e molto solubile in acqua
- Solubile in alcol
- Quasi insolubile in etere, benzene e cloroformio
- pH: una soluzione acquosa al 25% ha un pH di circa 4,3.
2.4. Bicarbonato di colina [78-73-9]
- Formula: C6H15NO4
- Massa molare: 165,2 g/mol
- Aspetto: liquido limpido, incolore o leggermente giallo, con un caratteristico odore simile all’ammina.
- Solubilità:
- È molto solubile in acqua
- Facilmente solubile in alcol
- Leggermente solubile in benzene
- pH: la soluzione acquosa (75% bicarbonato di colina) ha un pH compreso tra 9,0 e 11,5.
2.5. Gluconato di colina [608-59-3]
- Formula: C11H25O8N
- Massa molare: 299,33 g/mol
- Aspetto: massa gialla igroscopica.
- Solubilità:
- Solubile in acqua
- Leggermente solubile in etanolo
3. Produzione di colina
La colina viene prodotta principalmente a livello commerciale tramite la reazione di trimetilammina, ossido di etilene e acqua. Questo processo può essere adattato per produrre sali di colina incorporando un acido durante la reazione. La produzione avviene in genere in configurazioni di produzione in batch o continue.
Esistono metodi di sintesi alternativi per la colina, ma questa specifica reazione rimane il processo industriale dominante per la sua efficienza e scalabilità.
Il cloruro di colina può essere prodotto dalla reazione di trimetilammina con cloridrina.
4. Usi della colina
4.1. Nutrizione animale
La carenza di colina negli animali domestici è ben nota e può essere efficacemente prevenuta tramite l’integrazione alimentare con sali di colina.
4.2. Terapie umane
La ricerca sulla nutrizione umana esplora il potenziale della colina per alleviare varie malattie. Sebbene molte indagini siano nelle fasi iniziali, promettono una comprensione più approfondita del ruolo della colina nella salute umana.
I sali di colina come cloruro, idrogeno tartrato, diidrogeno citrato e gluconato sono usati terapeuticamente nei pazienti con cirrosi epatica (fase non fibrotica). La somministrazione orale di colina sembra efficace nell’invertire l’infiltrazione del fegato grasso e nell’arrestare la progressione della cirrosi.
Il trattamento in genere prevede una dieta povera di grassi, ricca di proteine e ipercalorica integrata con vitamine e colina. Inoltre, i sali di colina orale possono essere utilizzati per soddisfare l’assunzione giornaliera raccomandata per gli esseri umani.
4.3. Applicazioni farmacologiche
Diversi derivati della colina possiedono distinte proprietà farmacologiche:
- L’acetilcolina viene utilizzata come vasodilatatore.
- Il cloruro di metacolina funziona come stimolante parasimpatico e sostanza anti-epinefrina.
- Il cloruro di carbamoilcolina migliora la circolazione periferica in caso di vasospasmi causati da disturbi vascolari periferici.
4.4. Applicazioni industriali
La crescente domanda di agenti tensioattivi sicuri ed efficaci ha attirato l’attenzione sulla colina nell’industria alimentare e cosmetica. I composti di acilcolina, come il cloruro di stearoilcolina, sono stati proposti come ingredienti nei balsami per capelli.
4.5. Applicazioni agricole
Il derivato della colina cloruro di clorocolina è utilizzato in agricoltura come regolatore della crescita delle piante, favorendo la compattezza delle piante in contrasto agli effetti acceleratori della crescita dell’acido gibberellico. È utilizzato per piante ornamentali come stelle di Natale e azalee.
Viene inoltre utilizzato per prevenire l’allettamento e l’appiattimento dovuto al vento delle colture di grano e nelle serre per prevenire l’eziolamento (allungamento dovuto a luce insufficiente) nei pomodori, con conseguenti rese di frutta più precoci e maggiori.
5. Tossicologia della colina
La colina presenta una bassa tossicità intrinseca. Studi hanno dimostrato che la somministrazione orale di cloruro di colina nei ratti ha determinato un valore LD50 (dose letale, 50%) compreso tra 3 e 6 grammi per chilogrammo di peso corporeo. Tuttavia, a causa del suo forte carattere basico, la colina può essere corrosiva per i tessuti in caso di contatto diretto. Ciò richiede precauzioni di manipolazione per evitare irritazioni alla pelle e agli occhi.
Riferimenti
- Choline; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a07_039
- Choline; Present Knowledge in Nutrition, Tenth Edition. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9781119946045.ch26
- Choline; Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/0471238961.0308151207090404.a01
- Choline: an essential nutrient for public health. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1753-4887.2009.00246.x
