Appunti Biochimica - seconda parte

RISERVE DI COLESTEROLO

Il colesterolo viene immagazzinato nelle cellule in forma esterificata, mentre nelle membrane cellulari è

presente in forma libera.

LCAT (lecitina colesterolo acil transferasi) espressa dal fegato viene messa in circolo e attivata da ApoA1

(HDL). Esterifica il colesterolo utilizzando gli acidi grassi della fosfatidilcolina.

ACAT (acilCoA-colesterolo aciltransferasi) enzima cellulare, utilizza un acido grasso attivato (acilCoA).

Permette di immagazzinare il colesterolo nella cellula.

L’estere del colesterolo è così idrofobico che non pu far parte delle membrane.

Gli esteri del colesterolo sono conservati nel fegato sotto forma di gocce lipidiche o sono trasportari con le

lipoproteine verso i tessuti che necessitano di colesterolo.

Funzioni biologiche del colesterolo

- Precursore di ormoni steroidei, vitamina D3 e acidi biliari;

- Componente delle membrane cellulari;

- Ruolo nella formazione e nella funzione delle caveole (= invaginazioni della membrana plasmatica

che hanno un particolare set di recettori);

- Modificazione covalente di proteine segnale embrionali (ad es. Sonic Hedgehog, SHh). Il fatto che il

colesterolo modifichi proteine segnale embrinali pu spiegare come mai alterazione della biosintesi del

colesterolo abbiamo effetto sullo sviluppo.

Caveole

La caveola (da cui prende il nome la famiglia di proteine che la origina, le caveoline) è un microdominio

presente nelle membrane cellulari con una peculiare composizione lipidica. In particolare questa regione è

ricca in colesterolo e sfingolipidi.

Sono un tipo specifico di microdominio funzionale che forma

invaginazione simile a bulbo. L'invaginazione è generata dalla

polimerizzazione della caveolina. La composizione lipidica e le proteine

funzionali di base sono simili nelle caveole e nei lipid rafts.

Le proteine marker delle caveole sono caveoline e cavine.

Le caveole sono coinvolte nell‘endocitosi indipendente da recettori e, a

differenza della clatrina, non destinano il materiale rivestito alla

digestione ad opera dei lisosomi; infatti esse trasportano il materiale ad

apparati cellulari (Es: Golgi) che lo modifichino. In tal modo ne

permettono il riutilizzo. Hanno una tipica forma a fiasco, a differenza della forma a canestro delle clatrine.

Rappresenta frazioni di membrana importanti nella generazione e modulazione del signalling.

La caratterizzazione delle caveole avviene mediante Ab specifici, come quelli diretti contro caveolina-1,

tipico marcatore di queste ultrastrutture.

La caveola permette l'attraversamento delle membrane capillari a molecole specifiche (AB, fattori del

complemento e della coagulazione) che non sono in grado di attraversarle in altro modo (ad esempio per

filtrazione o diffusione).

Sintesi del colesterolo

La biosintesi del colesterolo parte dall’acetilCoA e avviene contestualmente alla sintesi degli acidi grassi.

La biosintesi del colesterolo avviene principalmente nel citosol, ma anche in altri organelli ed è chiamata

anche via del mevalonato.

La biosintesi del colesterolo, oltre a produrre il colesterolo che è il precursore degli acidi biliari e steroidi,

produce anche l’eme, l’isopentenil tRNA, l’ubichinone (= molecola lipidica, non è una proteina, è in grado

di accettare elettroni), il dolicolo, il dolicolo pirofosfato e le proteine prenilate (la prenilazione delle proteine

riguarda l’aggiunta di unità isopreniche che sono idrofobiche alla proteina e questo contribuisce ad ancorare

le proteine alla membrana).

Tutti questi composti vengono sintetizzati a partire da unità isopreniche (terpeni)

Avviene in 4 passaggi fondamentali:

1- condensazione di 3 unità di acetato a dare mevalonato (6C)

2- conversione di mevalonato in unità isopreniche attivate (5C)

3- polimerizzazione di unità isopreniche fino a squalene (30C)

4- ciclizzazione dello squalene e modificazioni fino a formare il nucleo ciclopentanoperidrofenantrenico=

colesterolo L’acetilCoA viene trasformato in acetoacetilCoA grazie

all’acetoacetilCoA tiolasi (citosolica).

Ricordiamo che abbiamo visto l’acetoacetilCoA tiolasi

(mitocondriale) nella sintesi dei corpi chetonici che avviene nel

fegato. L’acetoacetilCoA viene trasformato in β-idrossi-β-

metilglutarilCoA (HMG-CoA) grazie all’idrossimetilglutarilCoA

sintasi citosolica (HMG CoA sintasi).

Queste prime due reazioni sono presenti anche nella sintesi dei corpi

chetonici. L’HMG-CoA viene trasformato in mevalonato in presenza

di NADPH e grazie all’enzima HMG-CoAcreduttasi. Il mevalonato

è il metabolita univoco della via (= lo produce solo la via di biosintesi)

e l’enzima che lo produce (HMG-CoAreduttasi) è l’enzima limitante

che pu essere inibito dalle statine. Se questo enzima viene inibito

produciamo meno colesterolo. Essendo un enzima limitante, il

mevalonato ha un feedback su questo enzima: se si

accumula tanto mevalonato l’enzima viene inibito.

l mevalonato viene trasformato in mevalonato fosfato grazie a una

fosforilazione che avviene ad opera della mevalonato chinasi in

presenza di ATP.

Il mevalonato fosfato viene trasformato in mevalonato pirofosfato

grazie a un’altra fosforilazione che avviene ad opera della

fosfomevalonato chinasi in presenza di ATP.

l mevalonato pirofosfato viene trasformato in l’isopentenil pirofosfato grazie al pirofosfomevalonato

decarbossilasi che opera una decarbossilazione (perdita di CO2).

L’isopentenil pirofosfato viene isomerizzato a dimetilallil

pirofosfato grazie alla isomerasi.

A questo punto una molecola di dimetilallil pirofosfato e una

molecola di isopentenil pirofosfato si

uniscono per perdita di uno dei due pirofosfati e otteniamo il

geranil pirofosfato.

Il geranil pirofosfato si lega a un’altra molecola di isopentenil

pirofosfato formando il farnesil

pirofosfato (15C). Queste ultime 2 reazioni sono catalizzate dalla

farnesil pirofosfato sintasi che è un omodimero formato da 2

subunità.

Due molecole di farnesil pirofosfato vengono coniugate tra loro

in presenza di NADPH e grazie

all’enzima squalene sintesi otteniamo lo squalene.

Lo squalene epossidasi trasforma lo squalene in squalene 2,3-epossido (perché

il colesterolo in posizione 3 è idrossilato). La ossido squalene ciclasi trasforma

lo squalene 2,3-epossido in lanosterolo (30C) che è il precursore ciclizzato del

colesterolo.

Per passare da lanosterolo (30C) a colesterolo (27C) ci sono 19 tappe che

coinvolgono un’ossidazione e la perdita di 3 gruppi metilici (30C - 3C =

27C).

Regolazione del colesterolo

La regolazione della formazione del colesterolo bilancia la sua sintesi con

l’assunzione attraverso la dieta e lo stato energetico della cellula.

L’insulina promuove la defosforilazione ( attivazione) dell’HMG-CoA

reduttasi, mentre il glucagone promuove la fosforilazione (inattivazione).

La proteina chinasi AMP-dipendente (AMPK), quando è resa attiva da

basse concentrazioni di ATP rispetto a quelle di AMP, fosforila e inattiva

la HMG-CoA reduttasi.

Gli ossisteroli stimolano la proteolisi dell’HMG-CoA reduttasi.

Regolazione dell’HMG-CoA reduttasi

L’HMG-CoA reduttasi è regolata da MODIFICAZIONI COVALENTI (regolazioni a breve termine):

- Fosforilazione -> blocca l’enzima.

- Defosforilazione -> attiva l’enzima.

La fosforilazione / defosforilazione avviene a livello di

residui di serina ad opera di diverse chinasi e fosfatasi.

Ricordiamo che la sintesi del colesterolo avviene

contestualmente alla sintesi degli acidi grassi. L’enzima che

limita la via nella sintesi degli acidi grassi è l’acetilCoA

carbossilasi, anche’esso regolato tramite fosforilazione /

defosforilazione.

L’HMG-CoA reduttasi è regolata da INIBIZIONE COMPETITIVA (regolazioni a breve termine):

- Dal prodotto della reazione (acido mevalonico).

- Da prodotti del metabolismo di funghi e microorganismi (statine).

L’HMG-CoA reduttasi è regolata dal TURNOVER DELLA PROTEINA (regolazioni a lungo termine):

- Trascrizione (ossisteroli).

- Degradazione (mediata da derivato sia sterolico che non sterolico del mevalonato).

Trascrizione dei geni coinvolti nella sintesi del colesterolo I geni che vengono prevalentemente regolati nella

sintesi del colesterolo sono quelli che codificano per l’HMG-CoA reduttasi, l’HMG-CoA sintasi e per il

recettore delle LDL.

Quando dobbiamo stimolare la sintesi del colesterolo che avviene contestualmente alla sintesi degli acidi

grassi, interviene il fattore di trascrizione SREBP (=Sterol Response Element Binding Protein), cioè una

proteina in grado di rispondere agli stimoli.

SREBP non è sempre attivo e quando è inattivo è trattenuto a livello del reticolo endoplasmatico da un

complesso multiproteico costituito dal precursore di SREBP, da SCAP (= proteina che attiva il gene di

SREBP) e da Insig (= gene indotto dall’insulina).

Quando arriva l’insulina, questa induce un cambiamento conformazionale sulla proteina Insig che perde

affinità per SCAP e si stacca. A questo punto il complesso SCAP-SREBP migra nel Golgi perché nel Golgi è

costruttivamente presente una proteasi (S1P P = proteasi) che opera un primo taglio e stacca un pezzo del

precursore di SREBP, poi interviene una seconda proteasi (S2P) sempre a livello del Golgi che stacca la

porzione di ancoraggio al Golgi in modo tale da permettere al fattore di trascrizione di migrare nel nucleo.

Quando manca l’insulina ho meno SREBP (meno colorazione verde), perché quando c’è l’insulina SREBP va

nel nucleo e trascrive anche se stesso.

Destini metabolici del colesterolo

Gli acidi biliari rappresentano l’unica via per degradare il colesterolo perché noi siamo in grado di

sintetizzare il colesterolo a partire dall’acetilCoA, ma non siamo in grado di degradare il colesterolo ad

acetilCoA.

Il colesterolo viene inviato al fegato grazie alle LDL e alle HDL. Nel fegato c’è un set di 20 reazioni

enzimatiche che portano alla formazione di acidi biliari. L’enzima limitante la via è il primo e si chiama

colesterolo-7-α-idrossilasi. È un citocromo P450 localizzato nel reticolo endoplasmatico degli epatociti e

ha la funzione di idrossilare il colesterolo in posizione 7α. Da qui si generano gli acidi biliari primari che

durante lo stato di nutrizione vengono inviati attraverso il coledoco all’intestino. Nell’intestino svolgono il

loro ruolo di emulsionare i grassi, e dopo aver svolto il loro ruolo, si ha il riassorbimento di circa il 95%

degli acidi biliari a livello dell’ileo terminale.

Il fegato produce quindi gli acidi biliari primari, ma la bile è costituita da acidi biliari primari, secondari,

fosfolipidi e colesterolo in una soluzione