Appunti di Biochimica strutturale

STRUTTURA GENERALE DEI LIPIDI

Ci sono due grandi categorie di lipidi idrolizzabili:

• I lipidi neutri e anidri, utilizzati prevalentemente come riserva energetica;

• I lipidi polari, che sono presenti soprattutto nelle membrane biologiche.

Ricordiamo che i lipidi idrolizzabili sono formati dall’esterificazione di gruppi OH presenti su una molecola

che fa da scheletro, ad esempio il glicerolo, ma non solo. Esterificare significa condensare cioè rimuovere

una molecola di acqua, nel dettaglio avviene l’esterificazione tra il gruppo carbossilico degli acidi grassi e i

gruppi OH del glicerolo. Quindi, questi lipidi sono detti idrolizzabili poiché tramite l’aggiunta di una

molecola di acqua, è possibile scindere il legame covalente estereo e staccare gli acidi grassi dallo scheletro

del glicerolo.

LIPIDI NEUTRI

I triacilgliceroli (o trigliceridi)

Derivano dall’esterificazione tra un glicerolo e tre acidi grassi (di cui il secondo insaturo), spesso nei

trigliceridi il carbonio centrale del glicerolo viene esterificato da un acido grasso insaturo (come in figura).

Questo tipo di molecola è totalmente idrofobica, infatti viene anche detta anidra poiché, nonostante vi siano

tre gruppi carbonilici, il peso della dislocazione di elettroni, che si potrebbe verificare sull’ossigeno rispetto

al carbonio, è irrisorio rispetto alla lunghezza delle catene alifatiche degli acidi grassi. Per questo motivo, i

trigliceridi sono molecole ideali per la conservazione dei carboni organici, dato che non trattengono e

accumulano l’acqua, non danneggiando così i tessuti, né aumentando il volume. Essi sono conservati in un

tessuto specializzato, ovvero il tessuto adiposo, costituito da numerose cellule adipose, contenenti una

enorme goccia lipidica e un ridottissimo citoplasma. Anche il glicogeno è una riserva di carboni, tuttavia le

molecole di glucosio sono idrofiliche, quindi nel glicogeno sarà presente anche un notevole volume di acqua.

Per questo motivo il tessuto adiposo è una fonte di riserva carboniosa molto più efficiente.

I triacilgliceroli li posso accumulare in tale tessuto specializzato che ha recettori di superficie che rispondono

a stimoli ormonali, quindi degradano i triacilgliceroli in modo da liberare acidi grassi in circolo per

garantire una fonte di carbonio per i tessuti. Non solo quindi accumulano ma distribuiscono anche gli

acidi grassi al momento del bisogno.

Un triacilglicerolo di solito ha l’acido grasso sul carbonio 2, mono o polinsaturo.

Domanda: è più vantaggioso, a parità di carboni, un acido grasso o il glucosio dal punto di vista

energetico?

Abbiamo detto che il catabolismo consiste in una serie di ossidazioni che strappano gli elettroni dai carboni

con cui poi si fa energia, più elettroni strappo più ho potenziale energetico. Possedere più elettroni significa

essere più ridotti e l’acido grasso lo è, contiene C e H, il glucosio ha un gruppo aldeidico e cinque gruppi

ossidrilici, è quindi più ossidato. Una maggior ricchezza di elettroni equivale a una maggior possibilità

di poterli strappare per poter ricavare energia. A parità di carboni, è più conveniente dal punto di vista

energetico l’acido grasso, il quale dà più ATP, pensiamo alle calorie introdotte con i lipidi e quelle introdotte

con gli zuccheri, quelle fornite dai primi sono quasi il doppio.

TRASPORTO DEI LIPIDI: LE LIPOPROTEINE

I lipidi non possono circolare liberamente: se sussiste

un problema a livello intestinale non ci sono grossi

problemi in quanto il lume intestinale è grosso, ma se

giungono a livello capillare le gocce lipidiche vanno a

ostruire i vasi, quindi hanno bisogno di trasportatori

che sono delle macromolecole chiamate

lipoproteine. Queste hanno un guscio esterno formato

da un singolo foglietto di fosfolipidi. Le teste azzurre

sono i gruppi fosfato. Per ogni testa vi sono delle code.

I triacilgliceroli sono schematizzati come tre dita di tre

acidi grassi. In questo tipo di struttura i triacilgliceroli possono

circolare liberamente, altrimenti andrebbero formare un unico aggregato. Una delle principali lipoproteine è

la ApoB-100, coinvolta nella digestione dei lipidi.

I lipidi polari hanno una funzione biologica e una di membrana.

Distinguiamo due categorie: fosfolipidi e glicolipidi.

FOSFOLIPIDI

I fosfolipidi sono dei lipidi idrolizzabili che contengono dei gruppi fosfato. Se c’è un acido grasso insaturo

di solito è sul C 2 del glicerolo. Il terzo OH fa un legame fosfoestere col gruppo fosfato, da qui il nome di

fosfolipidi. Il gruppo fosfato può avere legato a sé il gruppo OH di un’altra molecola. Si dividono in due

sottocategorie, a seconda della loro struttura: glicerofosfolipidi e sfingolipidi.

I glicerofosfolipidi sono fosfolipidi nei quali allo scheletro del glicerolo sono esterificati due acidi grassi

(quello centrale insaturo), mentre il terzo idrossile lega un gruppo fosfato, che può essere legato a sua volta a

un gruppo alcolico (“X” nella figura di seguito). Se il gruppo alcolico è assente, la struttura prende il nome di

acido fosfatidico, altrimenti il nome del glicerofosfolipide viene ricavato aggiungendo al prefisso fosfatidil-

il nome del gruppo alcolico legato al fosfato (es: etanolammina→ fosfatidiletanolammina, serina→

fosfatidilserina, colina→ fosfatidilcolina). Un glicerofosfolipide molto importante per la trasduzione dei

segnali è quello formato dall’unione al gruppo fosfato di un mio inositolo 4,5-bisfostato. La cardiolipina è

un fosfolipide molto importante presente nella membrana mitocondriale interna poiché garantisce notevole

selettività e si forma quando al fosfato si lega un ulteriore glicerolo (legato a ulteriori sostituenti).

Esistono dei derivati dei glicerofosfolipidi, come il plasmalogeno e alcuni fattori di attivazione

piastrinica, quando sul carbonio 2 del glicerolo è legato un gruppo acetilico estere.

I lipidi, quindi, non hanno solo funzione strutturale o riserva, ma possono essere anche dei messaggeri o

fattori di attivazione di determinate vie metaboliche. Nella struttura di un glicerofosfolipide, come il

fosfatidilinositolo-4,5-bisfosfato, grazie

all’azione di particolari enzimi, detti

fosfolipasi, c’è la possibilità di demolire il

lipide di partenza e dare origine a molecole

funzionali totalmente diverse. Ad esempio,

la fosfolipasi A1 idrolizza il legame tra

l’acido grasso e l’-OH del carbonio 1 del

glicerolo, liberando un acido grasso. La

fosfolipasi A2 idrolizza il legame estere in

C-2, liberando l’acido grasso insaturo. La

fosfolipasi C rompe il legame estere tra il

glicerolo e il gruppo fosfato formando,

nel caso del fosfatidilinositolobisfosfato,

il diacilglicerolo (DAG) e

l’inositolo trifosfato (IP3), che

sono messaggeri secondari per alcuni stimoli extracellulari. La fosfolipasi D, invece, rompe il legame

fosfoestere tra fosfato e inositolo, formando diacilglicerolo fosfato e il 4,5-bisfosfato.

SFINGOLIPIDI

Sono una classe particolare di

fosfolipidi. Lo scheletro della

molecola che lega gli acidi grassi

non è più il glicerolo, bensì la

sfingosina, costituita da una catena

principale di tre carboni che lega un

singolo acido grasso attraverso un legame ammidico,

tra il carbossilico dell’acido grasso e l’azoto della

sfingosina stessa.

A seconda del sostituente legato all’ -OH della

sfingosina si possono avere diversi sfingolipidi. Se

l’ossidrile non è sostituito da nessuna molecola allora si

ha la struttura del ceramide. Se alla ceramide è legata

fosforilcolina attraverso legame estere col suo -OH si

forma la sfingomielina, uno dei lipidi più abbondanti

nelle membrane del sistema nervoso centrale, dove

costituisce la guaina mielinica, con funzione

isolante sugli assoni.

GLICOSFINGOLIPIDI

Possiedono lo scheletro della sfingosina, legato a un

acido grasso, ma al posto di un gruppo fosfato (e il

relativo gruppo alcolico) presentano uno o più zuccheri. Sono molto importanti nelle membrane

biologiche, in particolare nelle cellule del SNC, dove si trovano numerosi glicosfingolipidi, formati dalla

struttura del ceramide, dove l’idrogeno dell’ossidrile viene sostituito da uno o più zuccheri. Ad esempio, se è

legato un solo glucosio si ottiene il glucosilcerebroside, se è legato un lattosio il lattosilceramide, se

è legato l’acido sialico un ganglioside. Anche gli antigeni dei gruppi sanguigni sono dei glicosfingolipidi

caratterizzati dalla presenza di particolari gruppi saccaridici: nell’antigene 0 al ceramide è legata una catena

zuccherina formata da un glucosio, un galattosio, una N-acetilgalattosammina, un altro galattosio e un

fucosio. Se al secondo galattosio è legata un’ulteriore N-acetilgalattosammina si forma il gruppo A, se è

legato un ulteriore galattosio il gruppo B.

Questi antigeni sono esposti sulla membrana cellulare con la componente saccaridica idrofilica rivolta verso

l’esterno. Il legame con la membrana degli eritrociti è consentito dalla presenza della porzione idrofobica

dello sfingolipide.

Gangliosidosi

Sono un gruppo di malattie metaboliche geneticamente determinate contraddistinte dall'accumulo di

gangliosidi nei lisosomi. Famosa è la malattia di Tay-Sachs, dovuta a deficit enzimatici, quello della Beta-

Esosaminidasi A. A causa di tale deficit non si può staccare l’esosammina dall’antenna oligosaccaridica

legata al ceramide, perciò tale molecola si accumula, non può essere degradata e quindi ci sono effetti tossici

a livello cellulare in particolare nel sistema nervoso e purtroppo ci può essere morte in età infantile. La

catena oligosaccaridica delle biomolecole lipidiche che le caratterizza deve essere costruita in modo corretto

e demolita in modo corretto, in modo sequenziale: non esiste che l’enzima successivo sia in grado di

staccare il prossimo residuo se il primo non è ancora stato tolto. Ganglioside GM1 è sfruttato dalla tossina

del colera per entrare in circolo. Quando si accumula qualcosa a valle, gli elementi si accumulano perché

l’enzima non sta lavorando adeguatamente.

LIPIDI NON IDROLIZZABILI

Tutte le molecole di cui abbiamo parlato finora hanno sempre la

possibilità di idrolizzarsi nelle singole componenti. Nel caso dei

trigliceridi in un glicerolo e tre acidi grassi, nel caso dei

glicerolfosfolipidi in glicerolo, due acidi grassi e un fosfato, negli

sfingolipidi in sfingosina e acido grasso.

Colesterolo

Quando si parla di lipidi non idrolizzabili si parla del colesterolo,

infatti esso non può essere idrolizzato. La molecola del

colesterolo (da conoscere) è