Lipidi e membrane biologiche

I TRIGLICERIDI

Sono la principale fonte di deposito di energia e lipidi. I lipidi sono accumulati in trigliceridi (triacilgliceroli). I

trigliceridi (o triacilgliceroli) sono composti da tre acidi grassi esterificati ad una molecola di glicerolo. Gli esteri

sono il prodotto di condensazione degli acidi carbossilici e un’alcol. Trigliceridi hanno 3 gruppi OH. Il glicerolo

riesce a formare 3 legami estere. Possono essere semplici (acidi grassi uguali) o misti (acidi grassi differenti).

In questo caso, occorre specificare i tre acidi grassi e la posizione.

Gli esteri possono essere idrolizzati per via enzimatica, ciò comporta la possibilità di recuperare acidi grassi.

- I triacilgliceroli sono molecole non polari, idrofobiche ed insolubili in acqua. Difatto si depositano negli

adipociti, e in condizioni patologiche nel fegato in qtà grandi. Per effetto idrofobico, tendono a formare gocce

oleose. I trigliceridi sono anche immagazzinarli nei semi di alcune piante, dove svolgono il ruolo di fornire

energia al germoglio.

Organismi diversi tendono ad avere acidi grassi diversi in qtà variabili da specie a specie, e a proporzioni

diverse di acidi grassi saturi, monoinsaturi e polinsaturi. (come l’olio)

- I trigliceridi di acidi grassi insaturi sono liquidi a temperature ambiente e sono prevalentemente

di origine vegetale. Quelli costituiti prevalentemente da acidi grassi saturi sono invece solidi (come il burro).

LE CERE:

sono derivanti degli acidi grassi, ma sono esteri di acidi grassi saturi e insaturi a catena lunga con alcoli a

Hanno diverse funzioni, come deposito d’energia per il plankton e le cera d’api come funzione

catena lunga.

strutturale.

LIPIDI DI MEMBRANA: (interagisce con l’acqua)

I lipidi di membrana sono lipidi anfipatici, dotati cioè di una testa polare e di una

coda apolare o lipofila.

1. I glicerofosfolipidi:

I principali lipidi che costrituiscono le membrane biologiche sono glicerofosfolipidi, esteri del glicerolo in cui

due acidi grassi sono legati attraverso un legame estere al glicerolo e non del numeo di 3. Invece il terzo

atomo di carbonio del glicerolo forma un legame estere con un gruppo fosfato (fosfoestere). Il gruppo fosfato

è legato ad altri gruppi, con i quali costituisce la testa polare del lipide. La coda idrofobica è costituita dai due

acidi grassi. Il gruppo fosfato può essere legato con altre molecole che aumentano la polarità delle molecole,

possono essere ammine, serine, glicerolo, inositolo(cicloesano sostituito con 6 ruppi ossidrilici),… quindi

abbiamo un legame estere tra a. grasso e glicerolo, g. fosfato e un sostituente a questo gruppo.

2. Lipidi-etere:

si tratta di un legame a estere ma invece del glicerolo abbiamo un’etere. Un glicerolo è esterificato in acido

grasso. In questo caso un’etere è legato con un alcol a lunga catena

3. I galattolipidi:

lipidi galattosi. Sono tipici delle piante, particolarmente nei cloroplasti. Sono lipidi di membrana in cui la testa

polare è costituita da uno o due residui di galattosio legati attraverso un legame glicosilico al glicerolo. Sono

presenti sulle membrane tilacoidi dei cloroplasti. Si pensa che le piante abbiano evoluto lipidi privi di gruppo

fosfato perché il fosforo è spesso il nutriente limitante nel suolo quindi la pianta ne ha bisogno di più.

4. Gli sfingolipidi

Hanno un’acido grasso legato a una molecola (un’amminoalcol; quindi sia gruppo amminico

di sfingosina un’ammide che risulta

che gruppo ossidrilico). Gli sfingolipidi hanno una struttura composta da sfingosina,

e l’acido grasso.

dal legame tra il gruppo amminico di sfingosina Il gruppo idrossilico lega invece la testa

polare, di diversa natura chimica.

Le sfingomieline contengono fosfocolina o fosfoetanolamina. I cerebrosidi hanno una singola unità

saccaridica legata alla cerammide (galattosio nel tessuto neuronale, glucosio negli altri). I gangliosidi hanno

oligosaccaridi complessi che terminano con l’acido N-acetilneuromminico (un acido sialico). I cerebrosidi

sono componenti importanti delle membrane delle cellule neuronali e muscolari animali. Sfingolipidi

rispondono a una struttura generale, come nei lipidi di membrana : la porzione idrofobico provviene dalla

sfingosina.

COLESTEROLO

Il colesterolo è un derivato isoprenoide e viene prodotto da una via metabolica che porta anche alla

produzione di altre molecole biologiche. Ha struttura ciclica con coda idrocarburica con gruppo ossidrilico.

Risponde alla generica struttura di testa idrofilica OH con porzione idrofobica di dimensioni paragonabili a

quelle di acidi grassi. A sua volta, il colesterolo è precursore di altre molecole (ormoni steroidei, acidi biliari,

vitamina D).

LE MEMBRANE BIOLOGICHE

I lipidi di membrana formano spontaneamente doppi strati lipidici, con le teste idrofiliche rivolte verso

il solvente acquoso. Le code idrofobiche, per effetto idrofobico costituiscono uno strato interno.

Liposoma è una struttura chiusa che ha un doppio strato lipidico, è possibile sfruttrlo in campo farmaceutico.

I lipidi di membrana possono ruotare, diffondere lateralmente cioè passare e più, raramente, trasversalmente

→

(flip flop) struttura flessibile e di grande mobilità.

I lipidi (colesterolo, fosfolipidi ecc..) hanno concentrazioni diverse, la cosa che comporta la differenza di

membrana in quanto la composizione in lipidi è variante. Diversi compartimenti cellulari hanno diverse

composizioni di lipidi di membrana.

Anche il colesterolo si inserisce nelle membrane biologiche e la sua abbondanza è correlata con la fluidità

La parte idrofobica resta all’interno.

della membrana. Le membrane che presentano più colesterolo sono più

fluide.

- Le proteine di membrana:

interagiscono con il doppio strato fosfolipidico. Circa il 50% del peso secco della membrana è dato da queste

→

proteine. Oltre ad inserirsi nel doppio strato, possono muoversi e navigare mosaico fluido. Alcune

reagiscono nello strato interno mentre le altre nello strato esterno. Le proteine di membrana sono distinte in

due gruppi:

1) Proteine integrali di membrana, ancorate alla membrana. In particolare, sono dette :

+ transmembrana le proteine che attraversano lo strato fosfolipidico. Hanno una porzione

L’attraversamento può avvenire in alfa-elica

transmembrana e una extracellulare. o foglietto beta.

+Proteine integrali non transmembrana Queste proteine sono tipicamente legate alla membrana

grazie ad un sostituente di natura lipofila che si inserisce nel doppio strato fosfolipidico. Il sostituente

lipofilo è legato attraverso una modificazione post-traduzionale. Alcune proteine sono ancorate alla

membrana da più di un àncora lipofila introdotta attraverso una modificazione post-traduzionale

(liposilazione). L'ancoraggio alla membrana può anche essere indipendente da modificazioni post

traduzionali e dipendere da una sequenza particolarmente lipofila della proteina (residui aminoacidici

idrofobici).

2) Proteine periferiche, non interagiscono direttamente con il doppio strato fosfolipidico ma vi sono

trattenute mediante interazioni non stabili o attraverso l’interazione con proteine intrinseche.

Proteine integrali di membrana (o transmembrana)

Le porzioni transmembrana delle proteine transmembrana possono essere costituite sia da alfa eliche sia da

foglietti beta. Batteriorodopsina fa parte di una famiglia di proteine di membrana, queste proteine attraversano

la membrana con ben 7 alfa-eliche. I motivi strutturali che si incontrano più frequentemente nelle porzioni

transmembrana sono date da 1) una singola elica che congiunge le due porzioni extramembranarie 2) un

struttura a barile (β-

bundle di eliche che attraversano la membrana 3) da foglietti beta organizzati in una

barrel). Un aspetto comune dei residui esposti verso il doppio strato fosfolipidico è la prevalente natura

idrofobica delle catene laterali. I residui coinvolti nell’interfaccia tra subunità o facenti parte delle porzioni non

extramembranarie presentano invece catene laterali prevalentemente polari. Se si dispone della struttura

primaria di una proteina si può predire se la proteina si inserirà nella membrana o no principalmente

se ha tanti componenti idrofobiche. Ciò vale soprattutto per le proteine la cui porzione transmembrana è

ad alfa elica. Ci sono tante proteine che interagiscono con la membrana biologica..

FUNZIONI

- Proteine transmembrana mediano in trasporto e trasferimento di alcune molecole che non possono

attraversare la membrana. Alcuni enzimi di membrana fungono da trasportatori.

Funzione di ricezione: il legame all’esterno della cellula rilascia un segnale all’interno della cellula.

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- Giunzione di tessuti, mediato da proteine transmembrana complementari

- Riconoscimento cellula-cellula

- Aggancio di cellule nel tessuto connettivo

Trasporto transmembrana: possono passare per semplice diffusione molecole piccole (acqua, CO ) o

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molto idrofobiche (ormoni steroidei), piccole molecole polari (glicerolo, etanolo). Mentre la maggior parte delle

altre molecole non riesce ad attraversare la membrana, anche gli ioni non passano dal doppio strato

fosfolipidico.

Proteine transmembrana: fanno passare delle molecole che non riescono ad uscire attraverso il doppio

strato fosfolipidico. Sono proteine necessarie e trasportatrici. I trasportatori sono di due gruppi:

canali ionici: bersagli di farmaci e mediatori di trasporto di ioni monoatomici (sodio, cloro ecc..). esistono in

conformazione aperta (si viene di aprire un canale o foro nella membrana biologica che consente il flusso

degli ioni secondo gradiente di concentrazione) o conformazione chiusa.

trasportatori o carriers: piccole molecole organiche oppure per ioni monoatomici e poliatomici. Hanno due

conformazioni ma richiedono una modificazione conformazionale ad ogni ciclo di trasferimento (turnover)

Il diverso meccanismo di trasporto di tarsportatori transmembrana e canali si riflette in una diversa velocità

di trasporto: un canale trasferisce ioni a velocità di ordini di grandezza superiori. Un trasportatore riesce a

trasportare solo un numero in decine o migliaia di enzimi

La velocità si misura in numero di turnover (numero di molecole/ioni di soluto trasferiti per secondo attraverso

la membrane). Nel caso degli enzimi il numero di turnover è il numero di substrati convertiti in prodotto.

Carriers: si distinguono in passivi e attivi. I carriers passivi sono dei mediatori di diffusione secondo

gradiente di una molecola a concentrazione differente da compartimento ad altro, accelerando la diffusione

facilitata, generalmente sono uniporti (trasporto di una molecola per volta).

Uniporti: mediano la diffusione facilitata secondo gradiente. Contrariamente alla diffusione attraverso

il doppio strato fosfolipidico, non mediata da proteine, sono sistemi saturabili.