Appunti Biochimica e fondamenti di Biochimica umana, secondo semestre

RUOLI E FUNZIONI

- strutturale

- lipidi di signaling cellulare.

- Ceramide è un lipide oncosoppressore perché promuove differenziamento cellulare, apoptosi e arresto della

crescita. Un aumento anomalo di ceramide può essere associato a patologie in cui si ha perdita di cellule

attraverso meccanismi di morte cellulare non bilanciate come ad esempio nei fenomeni infiammatori e nei

processi di malattie neurodegenerative.

- i derivati (glicocerammide, cerammide 1 fosfato e sfingosina 1 fosfato) sono stati associati a proliferazione

cellule, sopravvivenza delle cellule e trasformazione delle cellule. Questo perché la sfingosina-1-P può fungere

da secondo segnale nelle cellule o da segnalatore extracellulare.

Differenti enzimi sono coinvolti nel controllo dei livelli di sfingolipidi bioattivi, sono coinvolti vari comparti cellulari e

differenti lipidi bioattivi hanno effetti opposti sui differenti processi cellulari. 39

COLESTEROLO (22 MARZO)

Il colesterolo viene sintetizzato a livello a partire dall’acetil-CoA che è esportato come abbiamo visto

citoplasmatico

per la biosintesi degli acidi grassi. Quindi le condizioni che permettono la sintesi di colesterolo sono le stesse

condizioni che permettono quella di acidi grassi, cioè dev’esserci una condizione a livello mitocondriale tale da

permettere l’esportazione di acetil-CoA come citrato, che nel citoplasma viene rigenerato → questo è associato al

fatto di avere a livello mitocondriale un rapporto ATP-ADP e NADH-NAD

soddisfacente per le condizioni energetiche della cellula.

Il colesterolo ha una struttura più complessa rispetto ad un acido grasso. Ha in

particolare una con associata una

struttura planare costituita da 4 anelli

catena lineare, è presente un’unica funzione idrofilica, ovvero un OH,

gruppo

ed è inoltre presente un doppio legame. Ha 27 atomi di C.

FUNZIONI DEL COLESTEROLO

Il colesterolo è un cellulari, perciò c’è la necessità di sintetizzare

costituente fondamentale delle membrane

o colesterolo in tutte le cellule. I livelli di colesterolo, quindi, vengono regolati in funzione del mantenimento

delle proprietà chimico-fisiche delle membrane.

Il colesterolo è inoltre il di diverse molecole: i suoi principali destini metabolici riguardano il

precursore

o fegato, in cui il colesterolo è il precursore biliari, che rappresentano il prodotto metabolico principale

dei Sali

dal punto di vista quantitativo del colesterolo.

A livello del fegato costituisce anche una fonte per la sintesi di vitamina D, cioè del fattore che dopo essere

o stato poi modificato arriva alla definizione della molecola calcitriolo, responsabile dell’omeostasi del calcio.

Nelle gonadi e nel surrene è steroidei.

precursore per la sintesi di ormoni

o

La sintesi endogena di colesterolo corrisponde a circa (di cui il 50% è dato dal fegato) e l’assunzione con

1 g al giorno

la dieta è dell’ordine degli giorno. Quindi abbiamo due fonti possibili di colesterolo: la sintesi endogena, data

0,3 g al

dalla capacità di molte cellule di sintetizzare colesterolo, e la possibilità di approvvigionamento di colesterolo di

origine alimentare.

Per un uomo di 70kg si hanno circa cervello, dove il metabolismo del

140g di colesterolo e il 20% di esso è nel

colesterolo è compartimentalizzato perché non si ha scambio con il sistema circolatorio (c’è la barriera

ematoencefalica), ma il cervello è autonomo nel metabolismo del colesterolo che viene usato nelle membrane e nel

movimento delle vescicole a livello sinaptico.

Il colesterolo è molto conservato perché quello che viene consumato in un giorno è lo stesso che deve essere anche

reintegrato e quindi da un punto di vista quantitativo è qualcosa di molto conservato

BIOSINTESI DEL COLESTEROLO

Il colesterolo ha una struttura composta da 27 C non lineare, la quale viene sintetizzata a partire da .

acetil-CoA

La sintesi parte nel citoplasma e poi la molecola viene associata al RE quando questa diviene eccessivamente

idrofobica. Nel citoplasma si deve avere Acetil CoA (che deve passare dal mitocondrio a citoplasma), il quale è

presente nel citoplasma quando la cellula è dotata di un’alta disponibilità energetica. 40

Quindi la sintesi di colesterolo parte dalla condensazione a livello citoplasmatico e poi a livello del reticolo

endoplasmatico di due molecole di acetil-CoA. In ordine abbiamo:

1. in una

2 acetil-CoA condensate in acetoacetil-CoA

reazione catalizzata da . È la stessa reazione

tiolasi

della sintesi dei corpi chetonici, ma avviene nel

citoplasma e non nel mitocondrio e per questo non

entrano in competizione, oltre al fatto che

avvengono in situazioni metaboliche differenti.

2. Acetoacetil-CoA+ acetil-CoA 3-idrossi-3-

à

in una reazione di condensazione

metilglutaril-CoA

catalizzata da (idrossi metil glutaril

HMG-CoA sintasi

CoA sintasi) che porta alla formazione di un prodotto

ramificato

3. in una

3-idrossi-3-metilglutaril-CoA mevalonato

à

reazione catalizzata da un

HMG-CoA reduttasi,

enzima NADPHdipendente.

Siccome il gruppo carbossilico, impegnato nel

legame tioestereo, del metilglutaril-CoA è convertito

in funzione alcolica, fa due salti di ossidazione, perché il gruppo carbossilico viene teoricamente convertito in

aldeidico e poi in gruppo alcolico.

Perciò ho bisogno di due molecole di NADPH: a livello citoplasmatico il potenziale riducente per questa biosintesi

riduttiva è rappresentato dal NADPH.

La riduzione della funzione carbossilica è associata alla CoA-SH: l’idrolisi del legame

rimozione del gruppo

tioestereo è un elemento positivo in termini termodinamici, nel senso che essendo fortemente esoergonico

rende esoergonica la conversione di 3-idrossi-3-metilglutaril-CoA in mevalonato.

L’Enzima HMG-CoA reduttasi è la sede principale di regolazione della sintesi del colesterolo perché una volta

superata questa tappa non si può tornare indietro. È una regolazione su una irreversibile.

reazione

Le prime due tappe sono sovrapponibili a quello che abbiamo visto per la chetonici, ma non c’è

sintesi dei corpi

competizione tra queste due vie metaboliche, in quanto i corpi chetonici vengono sintetizzati a livello mitocondriale,

in condizioni di “sofferenza” energetica; mentre la biosintesi del colesterolo è un processo citoplasmatico e viene

portato avanti solo quando ho una condizione che permette il trasferimento di acetil-CoA dal mitocondrio al

citoplasma, quindi in una condizione di sufficiente / eccedente disponibilità energetica.

La tappa chiave appunto è catalizzata dalla HMG-CoA reduttasi e permette di ottenere il mevalonato, che è una

ramificata, che presenta un CH come punto di ramificazione. Ha 6 atomi di C, per cui fino a qui ho

molecola 3

mantenuto tutti gli atomi di C che avevo in partenza, poiché ho una molecola che corrisponde alla somma di 3

acetil-CoA.

molecole di 41

Cosa succede al mevalonato? A questo punto abbiamo la mediante le seguenti

Formazione di unità isoprenoidi,

reazioni:

4. Mevalonato + 2ATP 5-pirofosfomevalonato.

à

Il mevalonato viene attivato al processo di condensazione successiva: questo processo di attivazione è

determinato dalla possibilità di a livello della funzione alcolica primaria,

introdurre in successione due gruppi P

con la formazione di 5-pirofosfomevalonato.

L’introduzione dei due gruppi P è un vantaggio per la condensazione perché ho introdotto un gruppo

fosfoanidridico, il pirofosfato, che è un

ottimo driver di reazione perché ha

un’elevata capacità di idrolisi quando viene

distaccato e poi idrolizzato. Per farlo ho

usato due molecole di ATP.

Il 5-pirofosfomevalonato è una molecola

già attivata, è precursore di un’unità

isoprenoide ed è fosforilato sulla funzione

alcolica secondaria.

Questa fosforilazione fa sì che ci sia un

di questa molecola con un

riarrangiamento

processo di decarbossilazione

Dovendo convertire la 6C in una struttura

a 5 ramificata e con un doppio legame, si

necessita di introdurre un nuovo gruppo

fosfato nella funzione alcolica terziaria.

Questa viene quindi esterificata con

l’aggiunta di fosfato da parte di ATP.

5. .

Formazione di Isoprenil pirofosfato

L’introduzione del gruppo P rende il COO- un ottimo gruppo uscente sottoforma di CO2. Il legame che

coinvolgeva il CH col COO- si associa al C recante il gruppo OH fosforilato e quest’ultimo viene perso come

2

gruppo P.

Si forma una molecola a 5C, che appartiene alla classe degli isoprenoidi, perché mantiene la caratteristica degli

isopreni di avere un punto di reattività nel legame.

doppio

Nel caso specifico dell’isopentenil pirofosfato abbiamo un punto di reattività potente, ovvero la testa della

molecola, attivata come pirofosfo-derivato.

L’isopentenile in generale è un’unità isoprenoide perché ha un doppio legame, 5 atomi di C ed è ramificata,

quindi è associabile all’isoprene.

6. L’isopentenil pirofosfato è in equilibrio con la sua forma isomerica , in cui abbiamo la

3,3 dimetilallilpirofosfato

del doppio legame tra il C2 e il C3, mantenendo la forma attivata.

trasposizione

È una molecola a 5 atomi di C con un assetto molecolare che, per la presenza del doppio legame e di un centro

di reattività alto, è favorito verso un processo di condensazione. 42

Condensazione di tre isoprenoidi

Il passaggio successivo è infatti rappresentato dalla condensazione in un coda: abbiamo una serie di

processo testa

reazioni di condensazione fra unità isoprenoidi → per ogni unità isoprenoide formata, cioè per ogni molecola che

deriva da 3 molecole di acetil-CoA, perdo un’unità di CO .

2

Da molecole a 6 atomi di C passo a molecole a 5 atomi di C.

7. Dimetilallilpirofosfato + isopentenil pirofosfato geranil pirofosfato

à

Nella reazione catalizzata dalla , abbiamo isopentenil pirofosfato (con un doppio legame

preniltransferasi

terminale) che agisce come accettore della catena di dimetilallilpirofosfato. Le due molecole condensano dando

luogo a una molecola a 10 atomi di carbonio.

Per avere la condensazione però c’è la necessità di

avere tra isopentenil pirofosfato

un’isomerizzazione

e 3,3 dimetilallilpirofosfato: così ho due molecole

che hanno una posizione diversa del doppio legame

che le rende potenziali substrati per la reazione di

condensazione.

Dopodich&egr