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senza polarità poiché non hanno cariche e il glucoso/galattoso rappresenta la

testa polare della molecola. Il galatto-cerebroside (frenoside) è abbondante a

livello cerebrale, il glucocerebroside è presente anche in fegato e milza. A volte sul

galattoso possono attaccarsi dei sostituenti: sulla funzione alcolica in posizione 3

si può attaccare un solfato e formare dei solfatidi. Quando non vi è il glucoso

possono legarsi dei di/tri/tetrasaccaridi formando i globosidi e si legano con

legami 1-->3, 1-->4 beta. Oltre ai cerebrosidi, vi è un'altra sottocategoria: i

gangliosidi. Questi sono glicolipidi che hanno una o più unità di acido sialico

(NANA): si parla di mono/di/trisialogangliosidi (GM, GD, GT: spesso si aggiunge

un numero dopo che deriva da 5-numero di altri residui che non sono acidi

sialici). Tali composti molto presenti nei gangli sono molto presenti sul doppio

strato esterno delle cellule e molti sono recettori di tossine e virus: questo

perché le loro strutture hanno una perfetta complementarietà.

Importanza degli sfingolipidi: Gli sfingolipidi sono molto abbondanti nelle guaine

mieliniche. I neuroni hanno infatti degli assoni che prendono contatto con gli

oligodendrociti che servono per costituire la guaina mielinica. L'assone ha una

struttura formata da sovrapposizione di più strati di fosfolipidi, dove molto

abbondanti sono le sfingomieline e i gangliosidi. La guaina mielinica circonda

l'assone fino a formare dei piccoli strati concentrici fatti di membrane. Si crea

così una situazione di forte isolamento (vi sono infatti tanti strati apolari): la

conducibilità è dunque bassa, ma la guaina ha delle interruzioni dette nodi di

Ranvier. Lì non c'è guaina ma massima concentrazione di canali che garantiscono

la conduzione e la propagazione di un'onda di depolarizzazione. Senza la guaina

servirebbe una depolarizzazione continua, ma con la guaina si costringe la

depolarizzazione a saltare da un nodo all'altro e permette al segnale di

trasmettersi in modo più veloce.

Malattie per alterazione di sfingolipidi: questi composti solitamente dato il

continuo rimodellamento vengono sintetizzati e demoliti. Se non sono degradato

tali composti si accumulano e la cellula ha un danno (soprattutto nei tessuti del

parenchima cerebrale). Malattia di Tay-Sachs: deficienza della beta-esosaminidasi,

un enzima che serve a demolire il GM-2. Ha una rara frequenza ed è molto

maggiore negli ebrei Ashenaziti. Si ha un accumulo nelle regioni cerebrali e nel

fundus retinico che ha una colorazione fortemente rossa e i danni sono: ipotonia,

tetraparesi, ritardo psico-motorio, epilessia, cecità fino alla morte. Manca una

terapia ma si può fare una diagnosi prenatale. Malattia di Gaucher: si ha un deficit

di glucocerebrosidasi. L'incidenza è ancora minore. I glucocerebrosidi si

accumulano in SNC, fegato, milza, leucociti e i sintomi sono epato-splenomegalia,

atrofia muscolare, ritardo psico-motorio, epilessia e demenza. La terapia per ora

si basa sulla sostituzione dell'enzima, ma si ha poca stabilità e alto costo. Malattia

di Niemann-Pick: ancora più rara e manca la sfingomielinasi. Ad avere più danni è

SNC: si hanno forme ovviamente più o meno gravi (nessun problema fino a 50

anni o morte arrivati a 20 anni). La terapia è esattamente quella precedente.

Terpeni: sono degli alcheni insaturi con una

struttura di legami doppi coniugati. Per di più

hanno una ramificazione che parte da uno dei C

del ponte doppio. La struttura di base è quella

dell'isoprene (derivato di un

2-metil-1,3-butadiene). I terpeni sono polimeri

di isoprene: il C1 e il C4 formano un legame con

le altre strutture isopreniche: i ponti doppi non

saranno più su C1 e C4 dato che legano altri C,

ma per slittamento si forma un solo legame doppio tra C2 e C3. In una unità

isoprenoide si distingue la testa (quella più vicina alla ramificazione) e la coda: la

polimerizzazione può avvenire in senso testa-coda o coda-coda, ovvero

interazione tra i due C4 (orientate sempre nello stesso senso). Si parla di vari tipi

di terpeni a seconda di quante unità isoprenoidi vi sono: monoterpene (2 unità:

10C), sesquiterpene (15C), diterpene (20C), triterpene (30C) e così via. In

polimerizzazione possono formare strutture lineari, ma strutture molto

complesse possono ciclizzare. I monoterpeni sono contenuti in vegetali e si

caratterizzano per aroma e colore (alternano legami semplici e doppi e quando si

ripiegano per ciclizzare: si ha alta densità elettronica che rende il composto

eccitabile da determinate lunghezze d'onda). Per esempio, il tujone che deriva

dalla Artemisia Absinthium è tipico dell'assenzio e in casi di intossicazione

(absinthium) causa effetti neurotossici: tremori, stato di alienazione, suicidi,

assuefazione e una alterata percezione dei colori (si vede tutto giallo). Vi sono

terpeni anche con funzione biologica: per esempio, la clorofilla è un diterpene (si

uniscono 4 unità isoprenoidi, poi si ha una struttura con ciclizzazione che

permette alla clorofilla di assorbire nel rosso e di apparire verde). I pigmenti rossi

fanno parte dei licopeni (tante unità e i due estremi, ovvero la prima e l'ultima

unità ciclizzano e queste assorbono nel verde), uno dei tetraterpeni e fra questi

caroteni (precursori vitamina A). I tetraterpeni dati i molti legami doppi hanno

funzione di protezione e sono detti molecole suicide (si interpongono e si

ossidano al posto di altre sostanze). Molti politerpeni sono tipiche di guttaperca

(trans) e gomma (cis): variano solo per la configurazione dei CH3. Un altro

importante terpene è l'ubichinone che è uno shuttle che trasporta elettroni nella

membrana mitocondriale: è per questo molto idrofobo grazie alla sua coda ricca

di isoprenoidi (ha comunque una testa chinolica ricca di O). Il numero di unità

della coda varia a seconda della specie: nell'uomo si ha l'ubichinone-10 (coda di

10 unità isoprenoidi). Simile alla coda del coenzima Q è il dolicolo, un

trasportatore di saccaridi: le catene si legano di solito o su funzioni alcoliche di

Ser o Tre o su residui aminici, ovvero su Asn. Il dolicolo serve per attaccare le

catene di saccaridi su Asn una volta che la catena saccaridica è pronta: aiuta la

glicosilazione delle proteine. Importante anche lo squalene, un precursore del

colesterolo, serve per una delle 20 tappe di sintesi del colesterolo: il colesterolo

si ha da ciclizzazione di tante strutture isoprenoidi (si ciclizzano e orientano per

dare il colesterolo).

Vitamine: vi sono delle vitamine che sono liposolubili e per questo appartengono

ai lipidi. In base alla polarità si hanno vitamine liposolubili (A, D, E, K) e le vitamine

idrosolubili (C e tutto il complesso del gruppo B).

- vitamina A: è un derivato dei caroteni e rientra nei terpeni.

Il beta-carotene ne è il precursore e si trova in tutto ciò

che ha pigmento arancio-giallo. Può essere scisso

nell'intestino e originare due aldeidi, dette retinali: nel punto

di taglio si hanno due funzioni COH. Nell'intestino le aldeidi

possono essere ridotte a funzioni alcoliche e generare il

retinolo. Spesso nei cibi si può assumere già retinolo. Una

volta retinolo viene messo su delle proteine di trasporto (nel sangue passa solo

ciò che è idrosolubile), dette lipoproteine: quelle che fanno passare dall'intestino

ai tessuti è dato dai chilomicroni. Vi sono numerose lipoproteine che trasportano

altri lipidi. Il retinolo in parte si accumula come scorta negli epatociti (a volte si

accumula come retinale: retinolo ossidato) e in parte si accumula negli adipociti (il

tessuto adiposo è giallo poiché ci sono scorte di caroteni). Il retinolo ha un ruolo

di rilevanza nei coni e nei bastoncelli (fotorecettori: i bastoncelli per la visione in

penombra, i coni per quella alla luce) dove viene trasportato sotto forma di 11-

cis-retinale. Nella macula, ricca di fotorecettori, si ha contatto coi neuroni che

sono legati al nervo ottico: infatti, i

coni e i bastoncelli da un lato hanno

un contatto sinaptico, poi hanno

tutte le loro strutture e infine un

segmento più esterno fatto da una

serie di ripiegamenti di membrana

che fanno formare molti strati

sovrapposti. Questa struttura è detta

a disco e all'interno dei ripiegamenti

si ha la rodoxina: una proteina di

membrana integrale legata

stabilmente con l'11-cis-retinale. In situazione di buio oxina aggancia questa

retinale e diviene rodoxina. Quando arriva un fotone si eccita la struttura e da

11-cis si passa a 11-trans-retinale: quest'ultimo si stacca poiché non ha più affinità.

La oxina prende contatto con una proteina G che percepisce il cambio di

configurazione della oxina che si attiva: si innesca una cascata di segnali che

termina con la chiusura dei canali ionici che sono nella zona che è a contatto coi

neuroni di connessione. Con l'eccitazione da parte di un fotone si ha iper-

polarizzazione della cellula e l'impulso del nervo ottico arriva alla corteccia.

Grazie a un'aldeide isomerasi l'11-trans ritorna 11-cis. Si può così riformare la

rodoxina, pronta a essere stimolata da un nuovo fotone. Il retinale è fondamentale

nella visione mediata dai bastoncelli. La vitamina A ha anche un altro ruolo

importante: essa può essere ossidata ad acido carbossilico e da COH può passare

a COOH e divenire acido retinoico, che ha funzione epitelio-protettrice (tessuti

quindi che hanno una serie di enzimi che secernono, proteggono e assorbono).

L'acido retinoico è un fattore trascrizionale e attiva una serie di geni dell'epitelio

utile per svariate proteine: esso viene smistato grazie a un RBP (retinol-binding-

protein) nei vari tessuti e si può avere una ossidazione del retinolo fino ad acido

retinoico. Questo acido può incontrare un recettore che è all'interno della cellula

e si ha così traslocazione del recettore su tutti i geni target che garantiscono il

buon trofismo delle cellule dell'epitelio. Il fabbisogno è di 800-1000 RE: un retinol-

equivalente equivale a 1mg di retinolo puro (6 mg di carotene o 12 mg di

retinoidi). Una ipovitaminosi A porta a infiammazione e indurimento della cornea

(xeroftalmia: se grave porta alla cecità), cecità notturna e acne/psoriasi. Una

ipervitaminosi A porta a dermatiti, steatosi e cirrosi epatica (accumulo di grasso

che ha la cirrosi come eccesso), aumento di pressione intracranica e

malformazioni fetali. Dato il potere ossidante della vitamina A si è provato a

vedere se curava malattie causate da danni ossidativi, ma i risultati erano opposti

di quelli che ci si aspettava. Il retinoico trans viene usato per curare psoriasi e

leucemia promielocitica (si induce una differenziazione) e il cis per gravi situazioni

di acne.

- vitamina D (colecalciferolo): è un derivato del colesterolo e di composti

analoghi. È una vitamina liposolubile con struttura sferoidea che può derivare da

ergocalciferolo (simile al colesterolo) e da 7-deidrocolesterolo. Tale composto

può divenire vitamina D3, precursore della vitamina D, con radiazioni UV che

vanno a eccitare il 7-deidrocolesterolo e ne aprono la struttura innescando una

isomerizzazione che fa formare D3, il colecalciferolo. Per essere attivata deve

subire sul C25 e su C1 una idrossilazione (aggiunta di OH) e divenire così una

vitamina 1,25-diidrossi-D3: la prima fase nel fegato, la seconda nel rene. I tre

tessuti bersaglio di tale forma attiva sono l'intestino (si attivano geni per

assorbire il calcio dalla dieta), i tessuti scheletrici (regola il bilancio di attivazione

fra osteoclasto e osteoblasto) e il rene (aumenta la percentuale di riassorbimento

di calcio e di fosfato). Queste funzioni mantengono costante il livello di calcio e

fosfato. Una deficienza di vitamina D altera lo scheletro: se nel bambino si parla di

rachitismo, se nell'adulto di osteomalacia. Le cause (non più problemi per poca

esposizione al sole) sono: sindromi colitiche croniche (si altera l'assorbimento di

cibi e di vitamina A e K), gli alcolisti (dieta deregolata), epatopatie e nefropatie (si

hanno problemi di attivazione della vitamina D), nei vegetariani (è una vitamina

animale quella che può essere introdotta con la dieta) e negli anziani.

- vitamina E: ha una funzione di anti-ossidante. Ricorda molto la struttura di un

isoprenoide, ma si tratta di un tocoferolo: vi sono vari tipi possibili del composto

(alfa, beta, gamma e delta). Si caratterizzano per avere tutti un anello chinonico e

una lunga coda isoprenoide e può ossidarsi ogni volta che si lega a un ossidante. I

tocoferolo sono abbondanti in alimenti vegetali e sono molto sensibili a

ossidazione e ad elevata temperatura: ecco perché sono importanti frutta e

verdura cruda. Hanno funzione base di proteggere: sono lipidi che sono assorbiti

a livello dell'intestino e sono trasportati dalle lipoproteine verso i vari tessuti. Tali

vitamine prevengono l'ossidazione dei grassi poli-insaturi: questi sono molto

sensibili poiché sono estremamente liposolubili. Quando arriva un ossidante,

come un perossido, esso tende ad alchilare la catena di un acido grasso, ma se si

ha un tocoferolo si ossida solo quest'ultimo: si stacca un H e si stabilizza il

radicale perossido (meno dannoso) e si genera un derivato della vitamina che è

piuttosto instabile, il radicale tocoferossile. Perché non sia dannoso serve l'aiuto

della vitamina C che riduce tale radicale e l'ascorbile prodotto risulta meno

tossico e più facilmente metabolizzato. Le deficienze di vitamina E danno delle

anemie da emolisi (gli eritrociti sono molto sensibili poiché sono pieni di O: è un

ossidante molto forte e serve prevenire tutti i danni causati da ossidazione; meno

vitamine E vuol dire attenuare di meno i danni ossidativi) e si vedono spesso nei

neonati prematuri e in chi soffre di malassorbimento lipidico. Somministrare

vitamina E per curare malattie date da ossidazione ha dato pessimi risultati come

per la vitamina A. Il fabbisogno dipende da quello che mangiamo: è proporzionale

alla quantità di acidi grassi insaturi che ingeriamo (sono i più ossidabili).

- vitamina K: sono essenzialmente di due tipi: una di origine vegetale (K1 o

filochinone) e una di origine animale (K2 o menachinone). Hanno due strutture

cicliche entrambe chinoniche e una lunga catena isoprenica, quindi sono

liposolubili. La funzione principale è quella di aiutare la coagulazione: quando si ha

un danno, si attivano dei complessi di proteine (XII-->I) spesso complessati con il

calcio (necessario perchè siano attivi) e la membrana delle piastrine. Per legare il

calcio, i complessi proteici devono, inoltre, avere cariche negative: esse hanno il

carbossil-glutammato (un glutammato a cui si aggiunge un gruppo carbossilico in

forma CO2: si ha nei fattori II, VII, IX, X) e un altro carbossile vicino, quindi una

doppia carica negativa che permette di legare il calcio. Ad aiutare questa

carbossilazione ci pensa la vitamina K. Quando si ha ipocoagulabilità si devono

dare forme sintetiche della vitamina K che aiutano la carbossilazione, in casi di

ipervitaminazione serve inibire le carbossi-transferasi. La vitamina K si trova in

cibi verdi, nel fegato e una piccola quota sufficiente per il fabbisogno viene

sintetizzata dalla flora batterica del colon. Una ipovitaminosi può essere generata

da eccessive esposizione ad antibiotici, causando emorragie. Nei neonati per

prassi si fa una dose intra-muscolo di una piccola quantità di vitamina K poiché

l'intestino è privo della flora. Le ipervitaminosi (rare) danno una ipercoagulabilità.

Steroidi: sono degli importanti composti ciclici con

funzione alcolica. Derivano dallo sterano, detto

ciclopentano periidrofenantrene. Aggiungendo due

sostituti metilici sul C10 e sul C13 e una catena isottilica

sul C17 si ottiene il colestano. Se le unità A e B, B e C, C

e D sono in trans si parla di colestano (CH3

e H in posizioni opposte). Se invece si ha

isomeria cis si parla di coprostano. Dal punto

di vista spaziale, la struttura si trova tutta

sullo stesso piano ed è estremamente

compatta. Il colesterolo (delta5-

colesten-3beta-olo) deriva dal colestano ed ha in più un OH su C3 (fuori del

piano) e un doppio legame tra C5 e C6. Il colesterolo ha una struttura planare e

molto rigida, con temperatura di fusione di circa 150 gradi Celsius.

Colesteridi: si può aggiungere un acido grasso sul gruppo alcolico del colesterolo

grazie a un acil-CoA che tramite l'enzima ACAT (acil-CoA colesterolo acil-

transferasi) forma un legame diestere trasferendo sul colesterolo il gruppo

carbossilico.

Metabolismo degli steroidi: solitamente una LCAT (una lecitina colesterolo

aciltransferasi) aiuta la reazione tra un colesterolo e una lecitina: si forma così un

colesteride e una lisolecitina.

Colesterolo: è un mediatore di fluidità. Ha una testa polare (il solo gruppo OH) e

il resto costituisce una struttura apolare, dove anche la coda isottilica è non

polare. La porzione non polare si inserisce nella membrana, tra le varie code di

fosfolipidi, mentre la testa polare entra a contatto con la testa polare dei

fosfolipidi di membrana. Nel caso si abbiano fosfolipidi con code di acidi grassi

insaturi, il colesterolo aumenta la disorganizzazione, aumentando la fluidità di

membrana; in caso di code di acidi grassi insaturi, esso va a tappare gli spazi vuoti

compattando la membrana. Il colesteride, invece, è una struttura quasi apolare,

dato che l'unica struttura polare è il legame diestere, e tende ad accumularsi in

vescicole, divenendo un deposito di colesterolo. Quando alla cellula serve

colesterolo interviene la colesteride idrolasi (CE) che idrolizza un colesteride a

colesterolo libero. Se vi è colesterolo in eccesso l'enzima ACAT risintetizza un

colesteride partendo da un colesterolo e un acil-CoA. Il colesterolo ha origine

animale e la sua sintesi spesso si ha con acidi grassi idrogenati.

Trasporto del colesterolo: il trasporto avviene grazie alla lipoproteina LDL, dato

che non è solubile nel sangue. Queste proteine di trasporto hanno un involucro a

singolo strato di fosfolipidi, apoliproteine e colesterolo nell'involucro dei

fosfolipidi e un nucleo di acidi grassi, TG e colesteridi. Questi aggregati si

assemblano nell'intestino sotto forma di chilomicroni, mentre in momenti di

digiuno sono prodotti come VLDL nel fegato. Le VLDL nel circolo rilasciano allora

molti dei loro TG e poi vengono idrolizzate a livello epatico e convertite in LDL,

che possono raggiungere le cellule parenchimatiche, alla cui superficie si legano

interagendo con i recettori per le ApoB-100-proteine: questo legame promuove

l'endocitosi del carico di colesterolo.

Metabolismo del colesterolo: quando il colesterolo entra nel fegato viene smaltito

tramite il caledoco e trasformato in colestanolo (colestan-3beta-olo: non c'è più il

doppio legame tra C5 e C6) e/o coprostanolo (coprostan-3beta-olo: non c'è il

doppio legame e l'inversione degli H rispetto al colesterolo). Una terza via

possibile è quella di convertire il colesterolo in acidi biliari, utili emulsionanti:

prima di tutto si ha idrossilazione su C7 tramite la 7alfa-idrossilasi, poi passaggio a

legame semplice tra C5 e C6 aggiungendo 2H, spostamento dell'OH del C3 in

conformazione alfa e non beta (quindi sotto il piano), rimozione di 3C dalla

catena isottilica e talvolta idrossilazione anche su C12. Gli acidi biliari agiscono

come dei cunei che vanno a rompere le gocce di grasso in gocce più piccole

grazie al fatto che sono sia polari sia apolari. Vi sono vari tipi di acidi biliari:

- primari: acido colico (acido 3α, 7α, 12α-triidrossicolanico: tutti gli OH sotto il

piano) e acido chenodesossicolico o antropodesossicolico (acido 3α, 7α-

diidrossicolanico). Questi sono riversati nel duodeno.

- secondari (sono i primari che perdono l'OH del C7): acido desossicolico

(acido 3α, 12α-diidrossicolanico) e acido litocolico (acido 3α-idrossicolanico).

- coniugati: sono gli acidi biliari secondari coniugati

con dei residui aminoacidici per svolgere al meglio le

loro funzioni. Reagiscono con glicina e taurina (si

forma un legame amidico: reagiscono il gruppo

aminico dei residui con il gruppo carbossilico della

catena a 5C)formando l'acido glicocolico e l'acido

taurocolico.

Ciclo entero-epatico degli acidi biliari: dopo

un pasto la bile si riversa nel duodeno: acidi

biliari coniugati che nell'intestino sono

deconiugati. Tali acidi svolta la loro funzione

sono riassorbiti per tornare negli epatociti,

arrivando a perderne al massimo un 1% al

giorno. Al giorno ne circolano 15-30 grammi e tale ciclo si ripete circa 3 volte al

giorno. Quando agli epatociti arriva una scarsa quantità di acidi biliari

demoliscono più colesterolo per produrne di nuovi. Farmaci

ipercolesterolemizzanti sono resine a scambio ionico che assorbono gli acidi

aumentando la loro espulsione per via fecale. Le statine invece inibiscono la

sintesi di colesterolo.

Ormoni steroidei: il colesterolo è precursore di molti ormoni. Per esempio, il 7-

deidrocolesterolo o pro-vitamina D3 (∆5,7-

colestadien-3β-olo). Questo tipo di vitamina la

produciamo autonomamente, ma serve

l'intervento dei raggi UV. Il colesterolo è poi

anche un precursore degli ormoni steroidei:

generando,infatti, il progesterone si ha il punto

di partenza per sintetizzare i glucocorticoidi

(cortisolo), i mineralcorticoidi (aldosterone) e

gli androgeni/estrogeni (estradiolo e

testosterone).

Membrane: solitamente gli studi si fanno su dei liposomi, ovvero delle

riproduzioni in piccolo delle membrane della cellula, che si dispongono con

struttura di micelle. Ogni membrana ha una sua composizione particolare: le

guaine mieliniche hanno il 70-80% di lipidi, 10-20% sfingolipidi. Alcuni fosfolipidi

sono maggiormente rappresentati nel foglietto esterno (fosfatidilcolina e

sfingomielina), altri nel foglietto interno (fosfatidilinositolo e fosfatidiletanolamina).

Nei batteri, invece, si ha una variazione della concentrazione di acidi grassi al

variare della temperatura: a basse temperature il movimento cinetico è basso

(acidi grassi insaturi), ad alte temperature la membrana ha un aumento di acidi

grassi saturi, più impaccati. I fosfolipidi si dispongono a doppio strato, soprattutto

in forma sferica, poiché è favorita energeticamente. Inoltre, due membrane grazie

ai fosfolipidi possono fondersi in casi di endocitosi e possono subire vari

movimenti: rotazione, flessione, diffusione laterale e capovolgimento (flip-flop:

raro). La membrana può essere più compatta e ordinata (stato paracristallino) e

ciò dipende dalla temperatura e dalla composizione degli acidi grassi. Sono

sempre di più i farmaci veicolati da liposomi: un ambiente acquoso dove sono

disciolti i farmaci circondato da un doppio strato lipidico. Se i farmaci sono

idrofili, essi tendono ad essere inseriti nello spazio intermembrana. Spesso alla

membrana si legano anche degli antigeni di modo che siano riconosciut

Lipide raft: zone della membrana con una più alta concentrazione di colesterolo e

possono spostarsi da una zona all'altra.

Eicosanoidi: a partire dall'acido arachidonico si generano prostaglandine e

tromboxani (PG con sostituenti esagonali), endocannabinoidi e leucotrieni.

- Le prostaglandine sono ormoni con funzione autocrina e paracrina, ubiquitari

(prodotti da tutte le cellule, tranne in eritrociti), attivi a basse concentrazioni

(agiscono a dosi < nM), con una vita breve (emivita: 30 sec - pochi min), autacoidi

(= autos+akos, rimedio). Le loro funzioni sono: coagulazione del sangue,

riparazione delle ferite, ovulazione, travaglio, metabolismo dell’osso, sviluppo del

sistema nervoso, funzione renale, tono dei vasi sanguigni, risposte immuni, etc.

L'acido prostanoico è un acido di 20C alla base delle prostaglandine e a seconda

dei sostituenti e da dove derivano si hanno delle PG di diverso tipo. Quelle di

serie 1(PGE1)derivano dall'acido dihomo-gamma-linoleico (DGLA), quelle di serie

2 (PGG2-->PGH2)derivano dall'acido arachidonico (AA)grazie a una PG sintasi,

quelle di serie 3 (PGI2) derivano dall'acido eicosapentenoico (EPA). Aspirina: molti

farmaci non steroidei, come l'aspirina, tendono ad acetilare il gruppo OH della

serina di un enzima: la ciclossigenasi, COX, che serve a indurre la formazione

delle prostaglandine. Nelle piastrine si trovano enzimi che rendono la PGH2

tromboxano, invece in altre cellule si trovano delle PG sintasi che generano la

prostaciclina (PGI2), un inibitore dell'aggregazione. La molecola della aspirina

blocca COX, la PG sintasi: quindi, impedisce alle piastrine di sintetizzare

tromboxano (minor aggregazione di piastrine) e impedisce alle altre cellule di

sintetizzare tutte le altre PG (anche la prostaciclina). Noi abbiamo una

produzione continua di tromboxano e prostaciclina che sono in equilibrio:

bloccando COX (dura 2-3 giorni), dato che le piastrine hanno vita media di 2-3

giorni, mentre le altre cellule vivono di più, le piastrine è probabile allora che per

tutta la loro vita non producano più tromboxano. Nelle cellule che producono

prostaciclina da PGH2 si può riattivare il gene per COX, non più bloccato

dall'aspirina. Per avere piastrine che sintetizzino TXA2 servono nuove piastrine

che hanno di nuovo COX e tromboxano sintasi. Le altre cellule hanno già

riprodotto COX e prostaciclina e se nella normalità si aveva un equilibrio, nei

pazienti trattati si ha uno squilibrio che si traduce in maggior fluidità e in una

ipocoagulabilità.

- leucotrieni, derivati da AA modificato da lipossigenasi (LOX). LOX è preceduto

da un numero e indica il C in corrispondenza di cui si ha l'attività di LOX. LOX

introduce ossigeno formando un idroperossido: un acido grasso derivato da AA

con una funzione OOH. Vi sono le tre forme di LOX, dato che può introdurre

tale funzione in posizione 5,12 e 15, ottenendo idroperossidieicosatetraenoati-

5/12/15 a seconda dell'enzima (HPETE). Gli idroperossidi sono molto instabili

(due O contigui) e per riduzione (OOH-->OH) diventano

idrossieicosatetraenoati-5/12/15 (HETE). Lipossine e epossiline sono risultati di

15-LOX e 12-LOX . Da 5-LOX si ha o HETE oppure dei leucotrieni (LTA/B/C/D/E

più il numero dei doppi legami in basso). Tutti i composti sono derivati di acido

arachidonico che una volta introdotto un idroperossido, può ridursi e dare un

HETE o dare un riarrangiamento della catena che fa formare un composto con

una funzione epossilica ovvero un LTA4. L'epossido può scindersi in acqua e dare

una funzione idrossilica e un H e dare un composto più stabile: LTB4. Al

leucotriene B4 si aggiunge un peptide che è un glutatione e questo si lega in

vicinanza del C con funzione epossilica e si ha così un LTC4: per distacco poi di

glutammato e glicina si hanno il D4 ed E4. HETE e LTB4 sono chemioattrattori di

neutrofili ed eosinofili, quindi sono mediatori dell'infiammazione e della risposta

allergica. LTC/D/E 4 (slow-reacting substance of anaphylaxis, SRS- A):contrazione

di molti muscoli lisci, aumento permeabilità vasale e secrezioni-->asma, diarrea,

edemi.

- gli endocannabinoidi sono due. Il primo è l'anandamide (arachidonico più

etanolammina), l'altro è arachidonoil-glicerolo (arachidonico coniugato con un C2

di un glicerolo). Sono prodotti in risposta allo stress. Danno una sensazione di

piacere e agiscono sugli stessi recettori su cui funziona la cannabis: CB-1/2 (1 nel

sistema nervoso e dà piacere, 2 nel sistema immunitario e media l'immuno-

soppressione). Il principio della cannabis si lega nello stesso recettore

dell'anandamide, ma noi lo produciamo in piccole dosi. Ha azione inibitrice della

nocicezione: si sopporta meglio il dolore e presi in piccole quantità sono

antinocettivi sono molto funzionali.

PROTEINE

Proteine: grossa componente della cellula e sono il 50-80%. Sono codificate da

uno o più geni e hanno funzione variabile. Sono polimeri di residui aminoacidi. Le

si possono scindere nei residui tramite calore: le si scalda a 100-110 gradi con

condizioni di forte acidità o basicità. Nell'uomo vi sono le proteasi a scindere

questi legami. I residui sono gli alfa-amminoacidi tutti formati da un gruppo

carbossilico e un gruppo aminico attaccati allo stesso C detto carbonio alfa. Gli

altri due sostituenti sono un H e un gruppo variabile detto R. A pH 7 il gruppo

carbossilico tende a dissociare e a dare COO- e il gruppo aminico di protona in

NH3+.

Aminoacidi: In base al gruppo R si hanno una serie di classi di residui. Nelle

proteine ve ne sono venti. Primo gruppo: R non polari con idrofobicità spiccata.

La glicina: R=H. Se R=CH3 si ha alanina, se si

ha CH legato a due CH3 si ha valina. Se alla

valina si attacca un CH2 al C-alfa si ha leucina.

Se si sposta un gruppo metilico da sopra (dal

CH) al CH2 si ha isoleucina. Valina, leucina e

isoleucina sono dette ramificate. Vi è poi la

metionina: stessi C di leucina ma c'è lo zolfo

tra ultimo e penultimo C. Gli R sono apolari

perché la catena deriva da idrocarburi.

Rientrano anche i composti con R ciclico.

Ovvero: fenilalanina (al posto di un H di R si

ha un fenile); il triptofano attacca tra CH2 e

benzene un imidazolo (composto eterociclico

in cui uno degli angoli è NH); prolina: il

gruppo aminico reagisce con il gruppo R e si

ciclizza la struttura formando un pentagono.

Aminoacidi con gruppi R polari, ma non

carichi. Sono residui con funzioni alcoliche

OH che sono punti di polarità. Serina:

R=CH2OH ; treonina aggiunge a serina un

CH3 al C; cisteina: al posto di OH di serina si

mette un gruppo tiolico SH. Tirosina: alla

fenilalanina si aggiunge alla sommità un OH;

asparagina e glutamina sono ammidi derivate da

acido aspartico e glutammico (terzo gruppo).

Il terzo gruppo hanno un R che a pH 7 hanno

carica negativa: sono acidi dicarbossilici. Due acidi

con i gruppi deprotonati. Aspartato: uno degli idrogeni

della alanina è sostituita da COO-; se si aggiunge un CH2

in più e poi sempre COO- si ha glutammato. Per la loro

doppia deprotonazione hanno carica netta di -1. Se si

formano dei legami ammidici si hanno asparagina e

glutamina. COO- subisce aminazione (si ha C=O e

lo stesso C legato a NH2).

A pH 7 carica positiva. Vi sono delle ammine in R

che si protonano e fanno aggiungere cariche

positive. Lisina: R= 4 C più in fondo un NH2/

NH3+; arginina: lisina dove l'ultimo C è sostituito

da guanidina ( NH-C-NH2 e lo stesso C =NH3 +).

L'ultimo è l'istidina dove si ha un anello imidazolico dove a differenza del

triptofano si ha un pentagono con 3C e 2N dove uno dei due va incontro a

protonazione poiché ha la pKa di 6-7. Sulla lisina spesso si parla di aminogruppi

alfa/beta/gamma/delta/epsilon a partire dal COO-. Spesso si parla di epsilon

aminogruppo delle strutture lisiniche (reazione di Mallard).

Aminoacidi otticamente attivi: vi sono una serie di residui aminoacidici con

alternanza di legami semplici e legami doppi nelle strutture cicliche i quali hanno

assorbanza di 280 (tirosina, triptofano...): questo è dovuto alla delocalizzazione

elettronica. Questo principio veniva sfruttato per quantificare le proteine

presenti: si quantificano i legami peptidici, si ha un prodotto colorato e si misura

l'intensita di colorazione che fa misurare quante proteine vi sono.

Il carbonio alfa è chirale. Ciò non vale solo per la glicina che ha come R

l'idrogeno e dei sostituenti del C alfa due sono uguali (i 4 atomi legati al C-alfa

non sono tutti diversi). Per analogia con la gliceraldeide dove in alto stava il C con

funzione aldeidica, si pone in alto il C più ossidabile che è COOH. Se il gruppo

aminico è a sinistra si ha isomero L, se a destra isomero D. Se COOH lo si mette

in basso la cosa si ribalta. I mammiferi e i vegetali hanno solo forme L, i batteri

solo forme D. Noi assimiliamo solo le forme L. Se mangiamo batteri non

deriviamo ATP dalle loro proteine. Le forme L e D sono stereoisomeri ottici: tutti

ne hanno due tranne la glicina. La isoleucina (il gruppo metilico può sporgere o

essere dall'altra parte ed essere aggettante e si chiama alloisoleucina)e la treonina

(OH può sporgere e si ha o treonina o allotreonina: uno ha un gruppo che

sporge, l'altro lo ha aggettante) ne hanno 4.

Derivati degli aminoacidi: i principali:

dipeptide da reazione di due cisteine (tiolo).

Una delle due si ossida e si forma un ponte

disolfuro tra le due formando l'addotto detto

cistina. Alcuni dei composti possono poi

idrossilarsi (si aggiunge OH): accade per la

prolina che diventa idrossiprolina o anche

nella lisina sul C5 che dà la 5-idrossilisina.

Questo aumenta la polarità e può dare vita a una zona con più

polarità che dà importanza nel ripiegamento del peptide. Nella

lisina questo OH è importante per la glicosilazione tramite

legame O-glicosidico. Ci può anche essere metilazione: 6-

metillisina (importante nel muscolo). Ci può essere anche la

carbossilazione (si aggiunge COOH): per esempio la vitamina K

aggiunge gruppi COOH su glutammato per dare doppia carica

negativa e intrappolare il calcio e attivare fattori importanti

nella coagulazione. La desmosina è uno di questi: 4 catene in continuità di lisine

che reagiscono e formano una struttura detta il cross-link (intrappola le catene

per formazione di tale composto). La selenocisteina è un caso in cui un S è

sostituito con Se ed è fondamentale per la glutation-perossidasi.

Aminoacidi non-proteici: dalla degradazione si hanno vari derivati che non si

trovano nelle proteine come la beta-alanina. Un altro residuo è l'aminobutirrato:

deriva dall'acido butirrico e sul carbonio gamma ha un gruppo NH3 ed è noto

come GABA (neurotrasmettitore importante). Ornitina e citrullina sono residui

intermedi del ciclo dell'urea per smaltire NH2.

Proprietà chimiche: in acqua si parla di ione dipolare o anfione o zwitterione (a

pH 7-7,4 hanno una carica più e una meno): i composti aminoacidici hanno

spiccata ionizzazione. Possono formare legami ionici e lo si capisce dal fatto che il

punto di fusione è superiore ai 200 gradi. In una soluzione pura di residui si forma

un reticolo cristallino compatto e duro da sciogliere. Ecco perché si parla di

composti anfoteri. Si può avere deprotonazione e quindi da NH3+ si va a NH2

(acido) oppure si può avere protonazione e da COO- si ritorna a COOH (base).

Il tutto dipende dal pH: nel caso di un aminoacido con R apolare, se è basso si ha

protonazione massima sia di NH2 sia di COO- e si ha carica netta di +1 (pK1), se

pH un po' meno basso si ha deprotonazione e da COOH si passa a COO- e la

carica è zero (punto detto pI: punto isoionico/isoelettrico= (pK1+pK2)/2), se pH

alto si ha deprotonazione anche di NH3+ e allora la carica netta diventa -1 (pK2).

Nel caso del glutammato oltre a pKa di COOH e NH3+ c'è anche un altro

COOH. A basso pH si ha carica netta di +1 (totale protonazione), se il pH cresce

si deprotona il COOH attaccato al C alfa e la carica è nulla, se il pH cresce

ancora si hanno due cariche meno e una sola più, se cresce ancora il pH si

deprotona anche NH3+ in NH2 e si ha carica netta -2. Si hanno 3 pKa: quella del

primo COOH, quella del secondo e quella di NH3+. Il pI è dato dalla media di

pK1 e pK2 che in questo caso sono quelle dei due COOH: il pH è inferiore a 7.

Nel caso di istidina a pH basso si ha COOH, NH3+ e il gruppo aminico nella

forma protonata con carica +. A pH basso (totale protonazione) la carica è +2.

Poi sale il pH si ha COO- e carica +1. Poi si ha deprotonazione anche di un

NH3+ e si ha carica zero, poi si deprotona anche il gruppo NH3 standard e si ha

carica meno uno. pI sarà ad un pH>7 ed è dato dal valore medio di pK2 e pK3.

Legame peptidico: legame tra residui amminoacidici per formare dei legami

peptidici. Si hanno tra il gruppo NH2 di un residuo e un gruppo OH del gruppo

carbossilico: si elimina acqua e si forma un ponte peptidico, ovvero un'ammide. Il

legame è di lunghezza a metà tra legame semplice e quello doppio (C-N). Si ha,

infatti, delocalizzazione. C'è anche polarizzazione: il dipolo negativo è sull'ossigeno,

quello positivo è in corrispondenza del gruppo NH. Si hanno cioè forme

mesomere e la più corretta è quella che presenta i legami C-N e C-O come

intermedi tra semplice e doppio. La struttura è rigida e la rotazione è limitata.

Quando si hanno più residui amminoacidici che si legano si parla di peptide:

oligopeptide (2-10), polipeptide (11-50) e le proteine (>50). Sono peptidi vari

ormoni, degli antibiotici, dei veleni e il glutatione. All'interno della catena c'è una

polarità: un residuo amminoacidico non impegnato in un legame (porzione N-

terminale) fino al C terminale (N-->C).

Glutatione: uno dei più forti riducenti e con

la vitamina C forma i riducenti idrosolubili.

Sta nel citosol ed è un gamma-glutamil-

cisteinil-glicina. Nel glutammato il legame con

la cisteina avviene con il gruppo carbossilico

gamma. Il gruppo tiolico della cisteina può

formare un ponte disolfuro, andando incontro a ossidazione impedendo danni a

strutture che altrimenti verrebbero attaccate. Due glutationi si possono attaccare

tramite ponti disolfuro.

Aspartame: peptide con aspartato più derivato di fenilalanina con una

modificazione perché il gruppo carbossilico è esterificato.

Le proteine: sono di vario tipo e possono essere di vario peso: da 5x10^3 dalton

fino a 100000 dalton. Spesso vi sono più subunità (protomeri) nei complessi

proteici dove le oligomeriche sono fatte da almeno due catene. Vi sono proteine

semplici formate da una catena di residui aminoacidici e proteine coniugate che

hanno residui più un gruppo prostetico che aiuta la funzione del peptide. Quando

si ha una proteina coniugata (proteina più il gruppo prostetico) si parla di

oloproteina mentre la proteina coniugata senza il gruppo si chiama apoproteina. I

gruppi prostetici possono essere semplici ioni, stabilmente complessati con il

peptide, o anche molecole più complesse.

Struttura proteine: la primaria indica la sequenza dei residui amminoacidici,

partendo da N e aggiungendo fino al C terminale. La secondaria si riferisce alla

disposizione regolare e ripetitiva nello spazio che si ha in piccole porzioni di

catena. La terziaria è l'insieme di informazioni su come la proteina è ripiegata

tridimensionalmente. Se la proteina è formata da più catene che interagiscono si

parla di quaternaria. La conformazione è data da secondaria, terziaria e

quaternaria se c'è. Il numero di combinazioni possibili di un peptide è dato da 20

elevato al numero dei peptidi. Spesso si parla di 20! . La struttura primaria è solo

una sequenza e vi sono sequenziatori che staccano e isolano i singoli residui

identificandoli con cromatografia. Ora con il genoma si parte dal gene e

conoscendo la sequenza si arriva alla sequenza sul residuo. L'insulina per esempio:

due catena (A e B) dove la A ha 21 residui e la B 30, quindi poco oltre un peptide

(più di 50). Le catene sono tenute insieme da due ponti disolfuro tra due cisteine.

Quando due cisteine formano un ponte si ha la cistina, un ponte che tiene

insieme due catene. Nell'insulina sono due e vi è un terzo ponte sulla catena A fra

due cisteine della stessa catena. Le catene A e B ripiegandosi portano le cisteine a

essere in prossimità così da poter formare il ponte. I ponti tengono la struttura

fissa e sono uno dei modi per dare stabilità alla catena. Non basta la primaria per

capire il ripiegamento. Vi sono residui che spesso si conservano nelle diverse

specie, mentre altre variano: nel citocromo C vi è una porzione fondamentale per

la sua funzione che non varia. La primaria ci può far predire la conformazione

senza certezza.

Struttura secondaria: in un peptide c'è alternanza tra un legame peptidico e due

legami semplici. Il legame tra il carbonio alfa e quello impegnato nel peptidico è

detto psi, mentre il legame tra N impegnato nel peptidico e il residuo alfa è detto

phi. In un peptide si trova di solito questa sequenza di legame: legame psi,

peptidico, phi, psi, peptidico e infine phi. I legami phi e psi possono ruotare mentre

quello peptidico è rigido e questo determina un ampio numero di conformazioni

possibili per una sola catena. Se anche il legame peptidico fosse caratterizzato da

rotazione ci potrebbe essere ripiegamento della catena su se stessa arrivando a

ciclizzare fino alla scissione della catena. Il tutto è impedito dal fatto che il legame

peptidico è rigido e fa assumere solo delle conformazioni fisse. Rispetto all'asse

principale della catena si hanno diversi gruppi (che differenziano i residui) che

possono essere in conformazione cis o trans. La prolina può fare sia trans sia cis

e in tutti e due i casi si ha una ripiegatura. Le strutture secondarie sono di due

tipi. Alfa elica: una catena di residui peptidici che si avvolgono spiralizzandosi

formando una scala a chiocciola. Alcuni ossigeni dei carbossilici si trovano sopra/

sotto gli N-H dei gruppi amminici formando dei legami idrogeno con la spira

sottostante. Questo stabilizza la struttura e tiene le spire a distanza. Per ogni giro

della spira si hanno 3,6 residui perché tra i singoli residui c'è un angolo di 100

gradi (360/100). Tra una spira e l'altra ci sono 5,4 angstrom che consentono i

legami H. Il primo residuo forma un legame H con il quarto, il secondo con il

quinto, il terzo con il sesto e così via: questo perché si trovano allineati. Si

possono avere ripiegamenti più stretti o più larghi. Se la spiralizzazione è più

compatta si possono formare legami tra 1 e 2 e così via: sono altre forme di elica,

ma la principale è l'alfa elica. Essa ha un verso: se l'elica si chiude nel senso della

mano destra si parla di destrorsa se si chiude a sinistra di sinistrorsa (proteine

destrorse o sinistrorse). Al centro l'elica è cava ma intorno è molto compatta. Vi

sono una serie di residui poco abbondanti nelle alfa eliche, ovvero prolina e

idrossiprolina, perché formando dei ripiegamenti cis si avrebbero strutture

troppo compatte. Altri residui che sono fonte di destabilizzazione sono i residui

con un gruppo con carica -1 e +1 che competono con i gruppi che già ci sono.

Non si trovano nemmeno serina e treonina che con OH formano legami H

addizionali che destabilizzano la struttura. Non si trovano residui con R molto

ramificato o grosso o piccolo (glicina: punto di lassità). L'elica si trova tipicamente

in porzioni di proteine connessa con giunti/punti di flessione. La forma elicoidale

si trova soprattutto in proteine di membrana che attraversano a tutto spessore la

membrana. La porzione che attraversa la struttura è alfa-elica; i gruppi variabili

che stanno fuori sono residui amminoacidici non polari, mentre quelli che stanno

dentro sono polari. Foglietto beta: una serie di catene orientate nella stessa

direzione o opposta. I legami intercatena avvengono tra un H di NH2 e O di

COOH. Tali legami danno stabilizzazione e rigidità spiccata. Tridimensionalmente

si ha una struttura a foglietto a pieghe. Vi sono due tipi di foglietto: uno

antiparallelo (N terminale in su e C terminale in giù) e uno parallelo (tutte le

catene sono orientate nello stesso modo: non si ha allineamento perfetto, ma una

sfalsatura che non crea difficoltà nel formare un legame H, perché c'è la distanza

giusta per interagire; i gruppi R si inseriscono nei buchi tra una catena e quella

contigua). In genere il foglietto è caratterizzato da rigidità ed è piano. Molti enzimi

che legano cofattori hanno foglietti beta per consentire tale legame. Vi sono

anche le porine, con foglietti beta, dove ogni peptide è indicato con una freccia

con la punta che indica l'estremo carbossiterminale. Il foglietto può essere piatto

o ripiegarsi a barile. Nei foglietti beta sono abbondanti i residui piccoli perché gli

R devono stare in poco spazio. Come collegare un foglietto beta con un'altra

struttura? La prolina è un residuo che consente una curvatura stretta. Tra due

foglietti si ha una beta-curva (sono 4 residui dove la terza è glicina, il secondo la

prolina e gli altri sono variabili): la prolina garantisce la curvatura. Se sono punti di

curvatura stretti è molto probabile che vi sia la prolina. A parità di lunghezza se la

proteina fosse fatta solo di foglietti occuperebbe molto spazio, ma se fosse solo

fatta di strutture elicoidali occuperebbe meno spazio. Se alfa e beta si connettono

e si ripiegano, a parità di lunghezza la dimensione è ancora più piccola.

Struttura terziaria: ci informa sul ripiegamento in toto nello spazio. L'insieme di

tutti i ripiegamenti dà tale struttura. Le proteine sono in circolo in un ambiente

caratterizzato da polarità. Nella parte centrale stanno le porzioni non polari così

che in superficie le porzioni polari

possano formare dei legami. I legami

che portano al ripiegamento

tridimensionale sono legami H per le

catene alfa e beta, (quando si hanno

catene di giunzione vi sono vari

legami H: tra NH e COOH, OH-

O=C, tra OH e NH2; oppure a pH 7 si hanno legami ionici; se i gruppi, poi, non

sono polari si hanno le forze di van der Waals) che tutte insieme danno alla

catena un ripiegamento fisso. Vi sono varie forme di struttura terziaria.

Vi sono pure una serie di porzioni compatte nelle proteine che hanno una certa

funzione e sono i domini. La specificità di funzione è data dalle loro strutture. I

domini sono identificabili come strutture separate da tratti con configurazione

random.

Denaturazione: perdita della struttura terziaria. La proteina che ha una certa

conformazione la perde. Così perde la sua funzione. Gli agenti denaturanti:

- fisici: la temperatura (ogni proteina ha una temperatura sopra la quale non

funziona più e dipende dalle forze intercatena che tengono insieme la struttura).

Sicuramente sopra i 60 gradi, gli enzimi dai 42 gradi (massima temperatura

tollerata dall'uomo). Radiazioni ionizzanti: UV, X e gamma

- chimici: agenti caotropi (inducono caos: urea, guanidina, etanolo, acetone,

detergenti e acidi/basi forti che variano il pH).

La denaturazione è un processo reversibile: infatti, come afferma il principio di

Anfinsen, la sequenza specifica di una proteina ne determina la conformazione.

Basta riabbassare la temperatura per riavere la stessa conformazione perché è

quella che termodinamicamente le dà maggior stabilità.

PROTEINE GLOBULARI E FIBROSE

Proteine globulari e proteine fibrose:Si hanno due tipi diversi di strutture

terziarie: le proteine fibrose e le proteine globulari (si ripiegano su se stesse). Le

prime sono insolubili e hanno funzioni strutturali di protezione, le seconde sono

idrosolubili e sono funzioni mobili e dinamiche. Un esempio è la miosina (proteina

muscolare al 90% fibrosa e in piccolo globulare): è un dimero dove le due catene

(code) si avvolgono elicoidalmente come una fibra e terminano in un dominio che

prende il nome di testa. Le code sono fatte da un superavvolgimento alfa-

elicoidale. Tale proteina forma delle fibrille quando si aggrega con altre strutture

di miosina e hanno micro o macrofibrille. L'insieme delle fibrille ha un solco

centrale all'inizio dove metà si dispongono in una direzione e le altre in un senso

opposto. Esse hanno, inoltre, una sfalsatura e le teste aggettano a più punti, non

avendo lo stesso orientamento. Si agganciano alle actine: altra proteina fibrosa

formata da monomeri con strutture globulari. I monomeri di actine si impilano e

formano una fibra (da G ad F). Nel muscolo si ha un'unità di associazione di

miosina e actina: nel rilascio le teste di miosina prendono contatto in punti precisi

con i filamenti di actina. Si idrolizza ATP e cambia la conformazione della miosina

che si attacca in altri punti portando a una contrazione (vedi lo stimolo

De Filippi):

della contrazione è dato dal calcio. La banda A è dove c'è solo actina, mentre

dove si sovrappongono si parla di banda I. Si hanno domini diversi sulla miosina

con funzioni diverse: testa e coda (legano calcio, ATP e consentono l'attacco

sull'actina)

Le cheratine: possono essere alfa e beta e sono strutture fibrose. Il nome dipende

dalla struttura: alfa-elica o foglietto. Cheratina-alfa: sono la base delle cellule della

cute e di tutti i suoi annessi e ha una base al

100% elicoidale. Le due strutture, poi, si

avvolgono formando un'elica super-avvolta.

Quando si hanno due eliche che si

attorcigliano si parla di catena coiled-coil.

Questa struttura si dispone parallelamente ad

un'altra struttura formando un

protofilamento: più protofilamenti si aggregano formando filamenti più grandi, le

protofibrille. Più protofibrille si aggregano in microfibrille e più microfibrille si

aggregano in macrofibrille. Un capello è un insieme di macrofibrille di cheratina.

Più il capello va in superficie più elimina gli organuli e diventa un insieme solo più

di fibrille di cheratina che danno la corteccia. Il tutto è rivestito da cuticula

(proteina fibrosa di rivestimento). Le proteine danno solidità e impossibilità di

sciogliersi. La cisteina è uno degli elementi più importanti nella cheratina. Ogni

cheratina ha alfa eliche coiled-coil, che sono stabili per i legami idrogeno e due

cisteine che danno ponti disolfuro con una stabilizzazione anche trasversale. La

percentuale di cisteine dei capelli è del 5-10%. Chi ha i capelli ricci ha molte

cistine sfalsate, chi lisci cistine non sfalsate. Cheratine-

beta: sono sempre fibrose, ma con una struttura beta

prevalente, orientata in parallelo o antiparallelo e

compongono per di più le sete: si ha una proteina

disposta in piani e piuttosto flessibile, ma non la si

può tirare troppo perché la struttura beta è piuttosto

rigida (se tiro troppo si rompe). Sono formate da

aminoacidi molto piccoli.

Mioglobina: proteina globulare formata da

catene con 153 residui aminoacidici che si

dispongono per tratti: alfa eliche congiunte da

punti di unione non elicoidali. 78% di

struttura è alfa eliche: si hanno vari tratti e si

parla di eliche A/B/C/D/E/F/G/H. I tratti di

unione si indicano come segmenti: AB,BC... I

ripiegamenti sono ricchi di prolina, serina, treonina e tirosina. All'interno la

struttura è estremamente apolare (gli R sono idrofobi), mentre fuori è polare.

All'interno si ha uno spazio per il gruppo prostetico eme (struttura piatta)

fondamentale per la funzione della mioglobina di legare ossigeno. Per farlo serve

una struttura che circondi l'eme. L'ossigeno è un gas con solubilità bassa e per

aumentare la veicolazione serve un trasportatore. L'ossigeno non è idrosolubile,

ma la mioglobina lo è. L'eme è tenuto insieme da legami con idrofobicità e

soprattutto da un legame con l'istidina F8 e l'E7 (il residuo amminoacidico è sulla

catena E o F ed è il numero 7 ed 8). L'eme deriva dalle porfirine: ciclizzazione di 4

anelli imidazolici connessi tramite ponti metinici (-CH=). Nella ciclizzazione si ha

un riarrangiamento dei legami doppi con un'alternanza che dà delocalizzazione:

questo porta ad assorbire il verde e si colora quindi di rosso. Ci sono 15 tipi

diversi di porfirine, ma il precursore dell'eme è la protoporfirina di tipo 9: ha 3

sostituenti (4 metili, due vinili e

due propionili). L'eme ha l'anello di

questa protoporfirina IX a cui si

lega il ferro nella forma 2+. Vi sono

altri eme di tipo A o C che si

trovano nei citocromi A o C. Il

ferro due più forma sei legami di

coordinazione: 4 coi doppietti

elettronici degli azoti (legami

paralleli al piano dell'eme: l'eme è

infatti una struttura piana), uno lega N dell'istidina F8 (o prossimale che forma un

legame di coordinazione e orienta l'eme in un modo) e l'altro con l'ossigeno nel

caso di mioglobina ossigenata altrimenti con CO2 (questi ultimi due sono

perpendicolari e disposti trasversalmente l'uno rispetto all'altro). L'istidina E7 è

detta distale e non è così vicina da legarsi, ma aggetta occupando posto nella

tasca, con la funzione di limitare la quantità di ligandi che possano interagire con il

ferro dell'eme. L'ossigeno può interagire e formare una struttura con una

curvatura. Il monossido di carbonio, tuttavia, è 250 volte più affine e può legare

l'eme togliendo il posto all'ossigeno. Il CO non forma una interazione curva, ma

perpendicolare al piano dell'eme, cosa che è

ostacolata dall'istidina E7: l'ossigeno si lega senza

problemi perché ha un'interazione curva, mentre

CO non riesce a stare. Questo è un meccanismo

di protezione che limita il CO che spesso però

riesce a legarsi. La valina E11 e la fenilalanina CD1

contribuiscono alla funzione dell'istidina E7,

limitando il CO che si può attaccare. E7 ha, poi,

anche funzione di tamponare eventuali idrogeno

ioni che si infilano nell'eme. Il ferro 2+ può, infatti,

cedere un e- e formare un idrogeno H divenendo Fe3+ (il 2+ è l'unico che

reagisce con l'ossigeno, mentre se è 3+ ha funzioni limitate). Inoltre, il radicale

idrogeno può attaccare una molecola O2 di ossigeno spaccandola in due e

formando un idroperossido che si divide in OH e O. Quest'ultimo può fare un

ponte tra un ferro di un eme e un ipotetico ferro di un altro eme, destabilizzando

la struttura. Questo processo non si innesca, però, perché l'idrogeno ione viene

captato dall'anello imidazolico E7 che diviene imidazolio, funzionando come un

tampone: l'idrogeno non si può avvicinare a Fe2+. Quindi non ci sarà mai, grazie

alla struttura proteica che circonda l'eme, il dimero eme-O-eme. La mioglobina ha

un eme di tipo B.

Citocromi: possono avere anche loro degli eme (A, B e C a seconda del tipo di

citocromo) hanno di nuovo delle tasche che hanno una zona eme.

Emoglobina: proteina tipica di trasporto dell'ossigeno. È molto concentrata negli

eritrociti: dischi concavi, proteine di trasporto

per aumentare la velocità di trasporto e la

sua solubilità. L'ossigeno libero sarebbe di 0,3

mL ogni 100 mL di sangue. Attaccato

all'emoglobina si ha una concentrazione di 21

mL ogni 100 mL. L'ossigeno si lega

all'emoglobina a livello dei capillari, entra nella

circolazione arteriosa e viene ceduto ai

tessuti (usato come ossidante o legato a

proteine di deposito come la mioglobina). Il

sangue che rimane dopo il rilascio di O assorbe CO2 e H+: ai polmoni cede CO2

e ricarica ossigeno. La concentrazione di emoglobina è 12-16 grammi per

decilitro). Misure dell'emocromo: MCU (min-corpuscolar volume) è 80-90 fl

(nelle anemie varia questa dimensione); MCH è il min-content of hemoglobin;

MCHC è la quantità di emoglobina se noi isoliamo solo la frazione dei globuli

rossi. I globuli rossi sono sacchetti di emoglobina, senza nuclei. L'emoglobina è un

tetramero fatto di due catena alfa e due beta: sono codificate da una serie di geni

con alta omologia con il gene che codifica per la mioglobina e hanno omologia

anche tra alfa e beta (non sono identici). Sono quattro catene non identiche, ma

omologhe. In ogni catena vi è un eme, quindi, le proprietà delle mioglobine

valgono per ogni catena della emoglobina. Per avere emoglobina si è avuta

duplicazione di mioglobina e poi si sono accumulate mutazioni che hanno

modificato il gene della mioglobina nel corso dell'evoluzione.

Curva di saturazione dell'ossigeno: in ordinata la saturazione e in ascissa la

pressione parziale. In corrispondenza degli alveoli si ha una pressione parziale di

O2 superiore ai 100 torr; via via che si arriva ai tessuti si ha progressiva

desossigenazione e la pressione scende con un range che varia da 40 a 20 a

seconda del tessuto e del consumo di O2. Il sangue venoso che emerge ha

pressione parziale al di sotto di 40 e al di sotto di 20 (a riposo è molto bassa). Le

variazioni della pressione parziale di CO2 sono molto più piccole e variano tra un

40 mmHg del sangue arterioso e i 50 mmHg

delle vene. Per la mioglobina si mette una

molecola in una soluzione con pressione

parziale di O2 sempre maggiore. Si costruisce

il grafico di saturazione osservando quanto

ossigeno è rimasto attaccato alla mioglobina.

Si può notare che la mioglobina ha un

andamento con spiccata ripidità (ogni piccola

variazione di pO2 determina un aumento

enorme della saturazione). Questo significa

una spiccata affinità. Dopo un po' si supera la capacità di accettare ossigeno e via

via la mioglobina si satura del tutto e la pendenza della curva di saturazione tende

a zero. Difficile stabilire a che pressione si ha un 100% di saturazione: si prende,

allora, come riferimento un punto che cade nella curva con linearità. Ci si basa sul

p50 (pressione con saturazione al 50%). La mioglobina ha una p50 molto bassa e

quindi è avida di ossigeno: serve, infatti, proprio come scorta. L'emoglobina ha un

andamento sigmoide: all'inizio servono grandi quantità di ossigeno per aumentare

la saturazione, ma poi si ha la curva di saturazione che sale in modo spiccato, fino

a totale saturazione e al plateaux. Per la mioglobina la p50 è 2,8, per l'emoglobina

è 26 (affinità più bassa). A basse pressioni l'emoglobina cede molto ossigeno, ma

lo fa in modo proporzionale al fabbisogno. Questo perché l'emoglobina ha 4

catene e l'affinità di interazione degli O2 non è uguale.

Affinità per O2 della Hb: L'ossigeno che si lega per primo interagisce con più

difficoltà, il secondo è favorito e così via il terzo e il quarto. Stessa cosa per la

desossigenazione: il primo che si stacca ha più difficoltà, mentre gli altri sono

facilitati. Il fenomeno è detto cooperatività ed è dovuto a enzimi caratterizzati da

allostericità (capacità di essere modulati da sostanze diverse dal substrato che

possono influenzare la velocità di reazione). L'affinità per l'ossigeno dei vari eme

non è la stessa. Questo è dovuto alla struttura della Hb. Hb ha una serie di legami

ionici tra catene che la stabilizzano:

- ponte salino solo tra le catene alfa1 e alfa 2: legami tra estremi aminoterminale

di una catena che a pH 7,4 sono protonati a NH3+ e estremi carbossiterminali di

un'altra catena che sono deprotonati

- i COO- terminali possono interagire anche con residui amminoacidici carichi

positivamente, come le lisine (tra alfa1 e beta2, tra alfa2 e beta1),

- legami tra arginina e aspartato (hanno cariche opposte e si hanno solo tra le

due catene alfa)

- legami tra aspartati e istidine sulla stessa catena (solo sulle beta).

Questi ponti si trovano soprattutto nella forma desossigenata e garantiscono uno

struttura compatta, lo stato T (tense: stabile). La forma ossigenata rompe i ponti

ionici perché i residui sono orientati in maniera errata per formare i ponti: con

ossigenazione si ha una struttura meno compatta che è lo stato R. L'ossigeno che

si lega per primo deve scardinare la struttura tesa: è quindi quello che fa più fatica

a legare il ferro, innescando un lieve spostamento delle catene. L'ossigeno che si

lega su alfa1 comporta uno spostamento della catena rispetto alle altre catene e

rompe i ponti tra le varie catene. Così agevola l'interazione di un secondo O2.

Quello che si lega per secondo e va sulla alfa2 (supponiamo) fa scardinare a sua

volta la struttura e la rende ancora meno compatta agevolando l'interazione con

un terzo ossigeno fino al quarto. Quando l'emoglobina è ossigenata al 100% si ha

fase rilassata e poco compatta. Il distacco di un ossigeno nella desossigenazione

porta le catene e ricompattarsi con le altre subunità: il riarrangiamento non è

così semplice. Se già una subunità è pronta per la forma T spinge una seconda

subunità a liberare l'ossigeno per avere la forma T consentendo un rilascio più

facile. Facilità di rilascio crescente con le unità.

Rotazione catene Hb: Il processo di ossigenazione e desossigenazione comporta

una lieve rotazione delle catene guardando dall'alto la Hb. L'eme giace sul piano

ed è al centro: in forma desossigenata, però, non è sul piano ma sfalsato e ha un

orientamento paramagnetico (gli spin sono il più possibile paralleli). Il ferro senza

O: gli orientamenti dell'orbitale 3d tendono ad essere il più possibile paralleli,

quindi con un maggior diametro. Quando si lega ossigeno si mettono, invece, in

sensi antiparalleli occupando uno spazio più piccolo: il ferro così ha la dimensione

giusta per essere perfettamente al centro dell'eme. Il ferro non è da solo ma

interagisce con l'istidina prossimale che è attaccata a una catena e lo sfalsa di 0,4

angstrom rispetto al centro dell'eme. Quando si ha uno spostamento anche

piccolo l'istidina sale (sì O2) o scende (no O2). L'istidina si attacca a una subunità

e questo determina uno spostamento della catena intera e soprattutto dei residui

che formano dei ponti.

Fattori di legame dell'O2 ad Hb: Vi sono almeno tre fattori che influenzano la

facilità di attacco e stacco, oltre alla concentrazione di O2.

- Il primo è la quantità di idrogeno ioni (H+): questi possono venire associati da

Hb e tale interazione favorisce un aumento di desossigenazione cioè transizione

da forma R a T. Hb è una proteina tampone perché nel sangue porta circa il 40%

di H+ impedendo un aumento di pH. Gli H+ possono rompere una serie di ponti

salini che garantiscono una certa conformazione e creare altri ponti che

garantiscono la desossigenazione. Una delle

strutture che attacca il protone è la istidina

terminale della catena beta1, la His146 che agisce

come tampone: favorisce un riarrangiamento della

catena beta. Quindi, osservando la curva di

saturazione più il pH scende più la curva si sposta a

destra. In termini di affinità quindi si ha una

diminuzione di O2. Questo significa che più Hb

arriva a irrorare un tessuto con pH basso più tende

a cedere ossigeno al tessuto e in genere più un

tessuto è attivo tanto più si ha la produzione/rilascio di H+ e così Hb rilascia

ossigeno. Nei polmoni quando la concentrazione di ossigeno è alta si ha un

rilascio di H+ che si sono attaccati a Hb. Effetto Bohr: si passa da Hb-O2 + H+ a

Hb-H+ + O2 nei tessuti, mentre nei polmoni la situazione è l'inverso.

- Quantità di CO2. Più un tessuto è attivo più CO2 è prodotta. Essa interagisce

con un gruppo NH2 che si trova sugli estremi aminoterminali delle subunità alfa e

beta e facilmente genererà un addotto, il carbammato: si ha un legame simil

amidico, RHN-CO2. L'area col carbonio (COO-) ha delocalizzazione ed è

caratterizzata da segno meno, quindi attacca spesso H+, formando ponti salini e

transizione da stato R a T. Nell'ambito dei tessuti: Hb-O2+CO2--> Hb-CO2+O2.

Invece nei polmoni il processo è l'inverso. Hb trasporta il 15-20% di anidride

carbonica, mentre il resto è trasportato in forma sciolta come bicarbonato e una

piccola percentuale come CO2. Quanto più è alta la

pressione parziale di CO2 più la curva di saturazione

dell'O2 va verso destra: riduzione affinità

dell'ossigeno. Un tessuto metabolicamente inattivo

produce poco H+ e CO2 e la Hb favorisce la

desossigenazione: quindi la pCO2 è bassa. Quanto più

il tessuto è attivo più Hb percepisce una pCO2 alta e

cede ossigeno. Idrogeno ioni e CO2 sono spesso

accoppiati. La conversione in bicarbonato avviene

perché è un gas ed entra negli eritrociti e reagendo

con l'acqua con la carbonico anidrasi dà bicarbonato e H+ (l'acido carbonico si

scinde subito). H+ è captato da Hb (quindi tamponato) e il bicarbonato va

portato fuori perché aumenterebbe le cariche meno e la basicità. È scambiato

con l'antiporto banda 3 con uno ione cloruro bilanciando le cariche tra interno

ed esterno. Nei polmoni arriva ossigeno che si lega a Hb e scaccia H+: la cellula

avrebbe eccesso di H+ e fa uscire cloruro facendo entrare dal sangue il

bicarbonato con un antiporto che è l'opposto della banda 3. Bicarbonato e ione

idrogeno reagiscono e danno acido carbonico che per anidrasi carbonica diventa

anidride carbonica e acqua. La prima viene poi persa per ventilazione.

N.B. la glicazione può colpire Hb: questo fenomeno fa glicare la lisina, variando

l'affinità con l'ossigeno. Nei polmoni Hb glicata attrae più ossigeno, ma nei tessuti

Hb si desossigena meno facilmente. I diabetici hanno, infatti, ipossia tissutale

blanda. C'è un emoglobina glicata al 5-7%.

- Il terzo modulatore è la 2,3 BPG (bifosfoglicerato). Un derivato del glicerolo

dove il C1 è convertito prima in funzione aldeidica e poi carbossilica (COO-). Su

questa struttura si attaccano due fosfati sul C2 e il C3 tramite la funzione alcolica.

È un prodotto della glicolisi. Gli eritrociti eliminano glucoso in modo classico, ma

parte dei metaboliti del glucoso (25-30% negli eritrociti) fa formare BPG, da cui

però non si ha ATP. Esso favorisce la transizione da R a T. La curva di saturazione

con zero BPG non è sigmoide, quindi con grandissima affinità per ossigeno. BPG è

un modulatore allosterico (allostericità: enzimi che possono essere attivati da

modulatori diversi dal substrato) di Hb. Più BPG vi sono più la curva si sposta a

destra e la sigmoidicità cresce. Gli enzimi allosterici nei grafici hanno forma

sigmoidale. BPG consente una maggiore desossigenazione e si forma spesso in

situazioni di ipossia. Il BPG è carico negativamente e si trova in un solco formato

dalle subunità beta ricco di residui carichi positivamente(lisine e istidine).

Geni delle catene globiniche: sono arrivati da duplicazione di geni per famiglie alfa

e beta della mioglobina. Ma vi sono varie duplicazioni. La famiglia di geni alfa ne ha

due: alfa e zeta sul cromosoma 16. I beta in 4: beta, gamma, delta e epsilon sul

cromosoma 11. Nell'embrione (da concepimento fino a terzo mese) si attivano,

all'inizio, i geni zeta e quelli epsilon (Hb Gower 1: ha due catene zeta e due

epsilon), poi la Hb Portland (due zeta e due

gamma) e, infine, nell'ultima fase si ha Hb

Gower 2: due alfa e due epsilon. Nel feto (3

mesi fino a fine gestazione)si ha HbF: restano

due alfa e tra le beta si accende la catena

gamma. Nell'adulto, dopo il parto, si spegne

gamma e al 96-98% si ha HbA1 (due alfa e due

beta), ma vi è una piccola percentuale di HbA2

con due alfa e due delta. La emoglobina fetale

ha affinità più spiccata con l'ossigeno: la sua

curva di saturazione è spostata a sinistra e strappa ossigeno alla madre perché ha

grandi esigenze. Vi è una patologia: persistenza di HbF (rara) che porta a una vita

adulta non buona perché Hb lega ossigeno bene nei polmoni ma cede male

ossigeno ai tessuti e si ha ipossia tissutale.

Carbomonossiemoglobina (HbCO): il monossido di carbonio ha grandi affinità

con Hb e in condizioni normali è 1%, ma nei fumatori sale al 3-8% fino al 15% per

fumatori accaniti. Con il crescere di HbCO si può avere cefalea, disorientamento,

fino a sopore/coma e morte in uno stato di torpore. Hb è rossa in forma

ossigenata e Hb desossigenata è rosso molto scuro, violaceo, mentre la HbCO ha

color ciliegia (rosso brillante), molto intenso. In mancanza di ossigeno si ha asfissia

e si muore con colore blu (cianosi), per intossicazione di HbCO si muore con

colore rosso. Il citocromo può essere bloccato da CO e non funzionare più: la

respirazione cellulare che dà molta ATP non funziona più e si ha ridotto apporto

di ATP in tutte le cellule. Per salvare un paziente, lo si mette in una camera

iperbarica dove si ha inalazione di ossigeno a pressione sopra-atmosferica poiché

il CO ha affinità più alta di 250 volte e solo così si riesce a scacciare la CO: si

aumenta la quantità di ossigeno, aumentando la probabilità che ossigeno spiazzi

CO.

Anemia falciforme: HbS (sickle: falce). La forma è quella di falce. Non si ha la

forma a disco biconcavo, ma forma a falce. Spesso è chiamata falcemia. Negli

eritrociti si hanno dei polimeri di Hb che formano delle fibre lunghe e precipitano

forzando la cellula a diventare lunga: i pazienti hanno una mutazione puntiforme.

L'aminoacido in posizione 6 da glutammato diventa valina: il primo è negativo, il

secondo non è carico. Quando Hb è ossigenata l'aminoacido di posto 6 è

nascosto, ma quando è desossigenato è posto sulla superficie. La valina esposta si

incastra in un sito con idrofobicità che si trova sulle catene alfa, la fenilalanina, e

che è così in seguito a desossigenazione, mentre il glutammato non interagisce

con fenilalanina. Per queste interazioni si ha una polimerizzazione di Hb e quindi

si hanno strutture a fibre che danno una forma di falce. Questo processo di

polimerizzazione avviene soprattutto in caso di desossigenazione e quindi

tipicamente nei tessuti. Quando HbA si desossigena non cambia la conformazione

dell'eritrocita, in caso di HbS si formano le fibre. Nei vasi periferici si formano

eritrociti a falce, fibrosi e piuttosto rigidi: impediscono la deformazione degli

eritrociti e vanno a formare trombi e quindi infarti tissutali (mancanza di apporto

di sangue a dei tessuti). Spesso i malati vanno incontro a necrosi dei tessuti a valle

del tappo e ad emolisi. La patologia è autosomica recessiva e il gene falcemico è

molto frequente: i portatori sani sono molto concentrati in Africa centrale (1/5).

Anche la malaria si distribuisce in modo simile. Chi è falcemico, come portatore

sano (ha anche HbA), può avere dei vantaggi: sta bene, quando è infettato da

plasmodium (malaria), poichè il batterio ha una replicazione meno buona. Infatti,

HbS causa piccoli danni sulla membrana della cellula che perde potassio e il

plasmodium prolifera bene solo se il potassio negli eritrociti è molto concentrato.

Talassemia: coincidenza con le zone con infezione da plasmodium. Manca o non

funziona uno dei due geni, alfa o beta. In Africa prevalgono le talassemie alfa. Nella

zona del mediterraneo prevalgono le beta. L'incidenza è di10 casi su 100000:

questo perché si ha screening (ai futuri genitori si fa un test per vedere se sono

portatori o meno del gene della talassemia). Anche se la sequenza è bassa si

hanno numerosi portatori. Le cause sono genetiche per delezione o mutazioni

puntiformi del gene con riduzione della trascrizione o instabilità di mRNA o

emoglobina che si degrada molto di più. Nei portatori sani non si hanno sintomi

(si parla di anemia microcitica): gli eritrociti hanno un diametro minore. Si ha

bassa produzione o assenza di catene beta e aggregazione di catene alfa, arrivando

anche a 4 alfa che sono molto instabili. Si ha bassa sintesi di Hb e quindi anemia.

Queste alfa4 possono fare danni perché si ha eritropoiesi inefficace. Le

conseguenze oltre ad anemia sono: iperplasia midollare eritroide e deformità

scheletriche. Si possono avere anche danni alla membrana e quindi emolisi

arrivando fino a splenomegalia.

PROTEINE FIBROSE E TESSUTO CONNETTIVO

Tessuto connettivo: una porzione di tessuto che serve da sostegno per tutti i

tessuti con funzioni svariate. Facendo una sezione di un tessuto, infatti, si trova un

primo strato di cellule con funzione specializzata in base al tessuto ed è la linea

dell'epitelio, poi, vi è una struttura di lamina (addensamento di collagene) e infine

una grossa porzione di tessuto con funzione di connessione e sostegno. In

quest'ultima vi sono i fibroblasti che producono le componenti del connettivo,

altre cellule del sistema immunitario e una componente acellulare (fatta di

mucopolisaccaridi, proteine, soprattutto quelle di sostegno). Il tessuto connettivo

appare con una serie di cavità delimitate da tralci di fibre che formano un

reticolo. Vi sono poi delle fibre che compongono l'impalcatura e sono fatte di

collageno. A seconda del tipo di connettivo vi sono disposizioni di diverso tipo:

uno non specializzato (fa da riempitivo e da impalcatura per organi: è una rete di

sostegno), forme in cui vi sono cellule di fibroblasto che sono sintetiche e

specializzate nella sintesi di proteine (hanno infatti un reticolo endoplasmico

molto sviluppato e una serie di vescicole che fanno andare le strutture

sintetizzate al di fuori) e al di fuori della cellula vi sono fasci di fibre di collagene,

con una intersezione di fibre con orientamento vario. Vi sono poi tessuti

connettivi con funzioni particolari (ossa, tendini e alcuni legamenti) dove le fibre

invece di disporsi a reticolo si dispongono secondo linee/direzioni fisse. Si hanno

una serie di canali (zone a cilindro), con una serie di strati, lungo cui ci sono delle

cellule, ovvero gli osteoblasti (sintesi del tessuto: sono fibroblasti specializzati che

sintetizzano collagene e i componenti dell'osso). Tutte le fibre di tali tessuti

formano la parete del cilindro e sono allineate lungo le linee di scaricamento della

forza di gravità poiché svolgono funzione di sostegno e scaricano il peso.

Collagene: Le fibre di collagene sono fibre fatte da un bandeggio con zone più

dense e zone meno dense. Ogni fibra è fatta dall'allineamento di più fibrille e

all'interno di una fibra le fibrille si orientano tutte nella stessa direzione. Ogni

fibrilla è fatta dalla giustapposizione di più molecole di collagene e ogni molecola

di collagene è un super-avvolgimento elicoidale di 3 catene. Le singole catene di

collagene non sono allineate ma si ha una sfalsatura rispetto alle catene di

collagene della fibrilla contigua di 1/4 della molecola. Si ha un'interruzione e

questi punti corrispondono a dove si ha la catena nelle fibrille sottostanti. Vi sono

zone in cui ci sono sempre solo fibre (bandeggio scuro) e altre in cui vi sono dei

buchi (bandeggio chiaro). All'interno di ogni molecola di collagene si può

identificare un estremo amino e uno carbossiterminale. Ogni catena di collagene

ha un peso di circa 300 kDa, proteina molto grande. La composizione dei residui

dimostra un'abbondanza di una serie di residui molto piccoli: Gli, Pro e Hyp. Si

ripete molto questo tripeptide. L'elica del collagene non è quindi una alfa-elica

poiché la prolina la destabilizza e quindi è un'elica particolare. Le singole catene

si arrotolano in modo levogiro, ma la superelica ha un avvolgimento destrorso.

L'angolo tra due residui contigui è di circa 120 gradi: il numero di residui per giro

è di 3,3. Un aminoacido su tre è di glicina (33%), segue il gruppo di Pro e Hyp

(22-27%) e poi altri tipi di residui (Ala:11% e altre piccole percentuali).

Legami di stabilità delle catene di collagen: Non è una elica canonica e non si

hanno i legami H longitudinali tra le spire tipici di un'alfa elica. Le interazioni per

stabilizzare le eliche in questo caso sono legami H trasversali tra le tre catene e

non intra-catena. Grazie alla sfalsatura si trovano sullo stesso piano le proline

delle tre catene. Queste formano dei legami H tra il gruppo H dell'aminogruppo e

l'ossigeno del gruppo carbossilico della prolina della catena contigua. Fra tutte le

3 proline che giacciono su un'unica zona del piano si hanno delle stabilizzazioni

trasversali. La prolina è abbondante come lo è anche la Hyp (gruppo ossidrilico su

C4 o raramente sul 5): il fatto che ci sia un gruppo OH in più aumenta la

possibilità di formare dei ponti H. L'abbondanza di prolina porta a un aumento

della curvatura e al tempo stesso stabilità grazie ai legami trasversali. La presenza

di Hyp garantisce ancora più stabilità: un OH in più garantisce ponti H addizionali

con maggior compattezza. Senza le Hyp il collagene che si forma è molto meno

compatto.

Da Pro a Hyp e glicosilazione: La prolina può essere convertita in Hyp con una

prolil-idrossilasi: come cosubstrato (secondo reagente) si ha alfa-chetoglutarato

(ha 5C e su uno dei C un gruppo chetonico). In presenza di ossigeno, questo

enzima lega ossigeno sul gruppo prostetico che ha ferro (ma non è un eme) e

successivamente si ossida il ferro a 3+ così che risulta instabile e O2 viene scisso

in due atomi O. Uno degli O va a legare il carbonio chetonico dell'alfa-

chetoglutarato formando un C instabile (legato a due O e a un CO) che elimina

un carbossilato (sotto forma di CO2) e lega stabilmente uno degli O che si è

generato formando un gruppo carbossilato. L'alfa-chetoglutarato si è trasformato

in succinato (acido dicarbossilico a 4C). Rimane un O che viene attaccato dalla

prolil-idrossilasi sul C4 della prolina (raramente sul C5 o sul C3). L'enzima ha ora

Fe3+ che non può interagire con ossigeno. Per questo la reazione per tornare a

Fe2+ ha bisogno di acido ascorbico: un riducente e cofattore fondamentale per

dare all'enzima la sua forma attiva. Analogamente si ha anche la lisil-idrossilasi:

idrolizza le lisine del collagene (il 5%) di tutte le strutture sul C5 e serve come

punto di attacco delle catene glicosilate del collagene con una percentuale

variabile di glicidi. Le catene di glicidi si legano con un legame O-glicosidico sul

gruppo ossidrilico attaccato al C5 delle lisine del collagene. Queste sono poche

ma con una funzione di aggiungere e attaccare glicidi. Le catene glicidiche sono

corte e l'innesco è fisso: ad attaccarsi per primo è il beta-galattoso, poi un alfa-D-

glucoso che si lega con un legame 1-->2. Le glicosilazioni servono ad aumentare

le zone polari e la solubilità delle fibre, consentendo l'idratazione. I geni che

codificano per il collagene sono circa 30 e a seconda del tessuto vi sono degli

abbinamenti di diverso tipo.

Tipi di collagene: Ogni collagene ha 3 alfa-strutture (non eliche) identificate dai

geni alfa1,2 e 3. Ci sono collageni fatti da catene dello stesso tipo, altri con una di

un tipo e due di un altro. Il collagene 1 ha tre catene alfa1 tipiche del collagene di

tipo 1 e forme fatte da due catene alfa1 e una catena alfa2 tipica del collagene1. Il

collagene 2 ha 3 catene alfa1 tipiche del collagene di tipo 2 (tipico: vi sono

modificazioni post-traduzionali che variano tra collagene di tipo 1 o 2 per

esempio). Nel collagene di tipo 1 si hanno poche Hyp e scarsa glicosilazione: le

fibrille sono molto compatte e quindi sono tipiche di tendini, strutture

scheletriche (dove le fibre sono ordinate, parallele e compatte) in corrispondenza

della dentina, della cute, dei legamenti, della cornea e dove si hanno strutture

tutte ordinate allo stesso modo. All'opposto, il collagene di tipo 2 forma fibrille

meno compatte e più solubili: la catena alfa1 tipica del collagene di tipo due ha

molte più Hyp e glicidi. È un collagene più idratato ed è abbondante in tessuti

simili a gel: cartilagine, umor vitreo e dischi invertebrali. Il collagene di tipo 3

abbonda nei vasi sanguigni dove una parte della parete ha una struttura e il

collagene a supporto: forma strutture non rigide ma che circondano i vasi (si

trova poi nella cute e nel parenchima di organi interni). Molto spesso nei

connettivi si ha associazione tra i collageni principali e quelli accessori. Nel

tessuto cartilagineo abbonda quello di tipo 2 e qua e là si associano piccole

molecole di collagene di tipo 9 (una porzione fibrillare, un angolo di giunzione,

che comporta una piegatura, e una testa, dove si ha una zona coiled-coil, quindi

globulare). Il collagene di tipo 9 si associa perché ha un dominio di attacco anche

per i condroitin-solfati, mucopolisaccaridi e importante componente della

cartilagine. Nei punti di giunzione dove il collagene di tipo 9 è piegato si attacca il

condroitin-solfato che fa formare un reticolo. Più catene di collagene si possono

associare e somo collageni con preponderante porzione fibrosa e una porzione

coiled-coil che forma una struttura a testa con globularità: non si hanno fibre

(parallele) ma reticoli. Ci sono associazioni mediate da forze inter-molecolari tra

le porzioni globulari così che le catene formano strutture a due pezzi che si

dispongono in modo tale da allineare le porzioni fibrose e possono interagire con

le due code di collagene contigue, formando interazioni inter-molecolari. Così si

formano dei reticoli e se questo processo si ripete si formano strutture come

alveari che sono reticelle di sostegno per gli organi. Il collagene ha grossa

versatilità.

Altre modifiche delle catene: Una ulteriore modifica all'esterno della cellula è

l'ossidazione dei residui di lisina: possono essere deaminate ossidativamente. Il

gruppo terminale aminico viene perduto e quello carbonioso si ossida ad aldeide.

Questa reazione è catalizzato da una lisil-ossidasi: i cofattori sono il rame, parte

integrante dell'enzima, e PLP (piridossalfosfato). Si ottiene una allisina: lisina con

un'aldeide. La lisina si converte in allisina e questa può andare incontro a

interazione grazie a una base di Schiff con un'altra lisina di un'altra catena di

collagene. La funzione aldeidica reagisce con il gruppo aminico dell'altra lisina e si

forma un legame tenuto insieme da una base di Schiff. Questo composto è

instabile e tende a riarrangiarsi e l'azot o assume un H originando un NH. Si parla

di lisinorleucino. Quello che si è formato è dunque un ponte trasversale tra fibre:

crosslink. Un altro tipo di crosslink può avvenire anche per reazione tra due

allisine, ma il crosslink è leggermente diverso. Quello che garantiscono i crosslink

sono legami trasversali tra più molecole di collagene e garantiscono rigidità.

Quanto più si ha invecchiamento del tessuto più aumenta l'ossidazione ad allisine

e aumenta la quantità di crosslink causando un imbrigliamento del collagene e

quindi una rigidità del tessuto.

Denaturazione: il collagene è caratterizzato da rigidità ma può essere denaturato

con cottura che aumenta la vibrazione, causa un disallineamento delle catene e la

perdita delle eliche. Si ottiene una gelatina. La rinaturazione del collagene non

porta alla stessa struttura: infatti le tre catene sono lievemente sfalsate e questa

sfalsatura è possibile solo quando c'è la sintesi, ma è del tutto impossibile

energeticamente un riallineamento delle catene con tale sfalsatura nella

rinaturazione.

Demolizione collagene: nutritivamente il collagene dà pochissimo perché ha una

bassa variabilità (le proteine con un valore alimentare più spiccato sono quelle

con tutti e 20 i residui). Non si può avere mai triptofano: infatti, se introduciamo

collagene si possono avere pochi residui utili. Nei tessuti vi sono le collagenasi

che degradano il collagene e sono prodotti poiché vi è un ciclo continuo. Le

stesse collagenasi sono nelle tossine per esempio dei clostridi: taglia il collagene,

riconoscendo la sequenza Gli-X-Hyp-Gli. Quando si hanno tossine di clostridium

si ha distruzione del tessuto e si libera spazio per la coltura per altri batteri che

hanno un metabolismo basato su fermentazione. Si parla di gangrena gassosa: una

necrosi di tessuto infettiva gassosa perché vi sono batteri a fermentazione che

producono gas.

Sintesi del collagene e sue modifiche: nei ribosomi del RE dei fibroblasti si ha

sintesi di una catena singola, non quella definitiva, ma un precursore detto pro-

catena-alfa. Pro perché vi sono anche altre porzioni amino e carbossiterminali che

a un certo punto si perdono. Dopo che si è sintetizzata la catena si procede nel

reticolo alle reazioni di idrossilazione di Pro e Lys. Tra Golgi e reticolo si hanno

poi anche quelle di glicosilazione. Ciò avviene con una catena singola. Nel Golgi e

nelle vescicole si ha l'assemblaggio delle catene triple: la pro-catena si porta

dietro queste strutture in più rispetto al collagene finale utile a dare repulsione

verso altre molecole di collagene. Impedisce a ulteriori molecole di collagene di

avvicinarsi. Si formerebbe infatti del tessuto connettivo già nella cellula. Una volta

che le molecole di collagene triple sono secrete, solo all'esterno della cellula

trovano delle collagene-propeptidasi che rimuovono quei residui in eccesso. Solo

allora, fuori della cellula si hanno fibrille, poi fibre sempre più grandi e i crosslink.

Ci possono essere poi altri rimaneggiamenti: desaminazioni di lisine, modificazioni

della glicosilazione (in dei casi manca il glucoso e viene aggiunto poi fuori).

Malattie genetiche del collagene: la più eclatante è la osteogenesi imperfetta

(malattia del collagene di tipo 1, soprattutto dello scheletro) e lo si deve a una

mutazione puntiforme (una glicina è sostituita da una cisteina). Questo disallinea

la catena (Cys è più grande e dà una curvatura diversa) e le dà minor stabilità e

compattezza. Si hanno così fratture spontanee, in più punti, deformità e problemi

su denti, sull'udito. Se ci sono alterazioni nel collagene di tipo due si hanno delle

condrodisplasie: alterazioni della cartilagine che è meno compatta e si hanno

deformità in corrispondenza delle articolazioni. Un altra patologia dovuta a

diverse cause è la sindrome di Ehlers-Danlos dove ci sono mutazioni a carico del

collagene di tipo 3: o muta il collagene o gli enzimi alla base delle mutazioni post-

traduzionali del collagene. Il collagene di tipo 3 è sparso ovunque nei tessuti e

soprattutto nella cute: si ha iper-estensibilità della cute e grandi contorsionismi.

Ci sono forme lievi e altre che provocano danni ai tessuti.

Scorbuto: una deficienza di vitamina C fondamentale per l'idrossilazione delle

proline del collagene. Se la reazione è carente si ha scorbuto. La vitamina C svolge

molte funzioni: Fe3+ può essere assorbito bene solo se nell'ambito gastrico c'è la

vitamina C che lo converte a Fe2+; è alla base di molte altre tappe del

metabolismo; previene l'ossidazione di vitamina E ed A e così via. Può prevenire

molte delle malattie a base ossidativa, anche delle cancerogenesi. La vitamina C

che si accumula nelle surreni, sotto stress, è molta di meno: permette la sintesi di

adrenalina. Una mancata Hyp dà collagene molto più fragile: il gruppo OH dà

legami H addizionali che garantiscono compattezza. Il collagene non è idrossilato

ed è lasso. I sintomi: il collagene circonda i vasi (i capillari sono molto fini e si

reggono grazie al collagene) ed essendo lasso si hanno molte emorragie

puntiformi (petecchie, ecchimosi), rigonfiamento gengivale, caduta dei denti

(piorrea), incapacità di cicatrizzare le ferite e riparare le fratture, anemia e

alterazioni scheletriche nel bambino (morbo di Barlow).

Elastina: una proteina che si trova in tutto il tessuto elasticito e con possibilità di

essere tratto e compresso. È componente tipica di legamenti, padiglione

auricolare, naso, polmoni e delle grandi arterie. L'elastina garantisce dilatazione e

contrazione: nella contrazione del cuore si ha flusso di sangue nei grossi vasi che

vanno incontro a dilatazione, quando poi il flusso scorre via si ha di nuovo

contrazione. L'elastina è una struttura di fibrille senza un fisso orientamento ma

per lo più con strutture irregolari. Per garantire l'elasticità: queste fibre hanno

tante strutture dette curve-beta (tratti di connessione di un foglietto beta) una

orientata in un modo e l'altra all'opposto. La curva ha sequenza Val-Pro-Gly-Val (la

prolina è quella che dà la curvatura e la glicina essendo piccola si adatta ovunque,

mentre ai due capi stanno due valine che formano un legame H trasversale tra il

gruppo aminico di una e quello carbossilico dell'altra). In questo modo la curva ha

una chiusura con grande stabilità. L'insieme delle curve forma la spirale-beta:

struttura portante dell'elastina. Le interazioni possono essere scisse quando si ha

trazione: si ha despiralizzazione per interruzione dei legami tra valine. Ci può

anche essere alterazione delle fibre che sono tenute insieme da cross-link

(proprio come nel collagene): più fibre di elastina sono legate da crosslink fatti tra

Lys e allisina (lisino-norleucina) e anche crosslink tra 4 fibre (su 3 allisine e sulla 4

una lisina) che forma reazioni di condensazione (si ha condensazione fra i gruppi

aldeidici mentre uno forma una base di Schiff con l'unica altra lisina) e forma una

struttura a quadrifoglio che è la desmosina. Sono tenute insieme 4 strutture di

elastina. I crosslink sono fondamentali per l'elasticità. Con lo stiramento si passa

da spirali compatte a una despiralizzazione (fibre più lunghe: non perdono

contatto grazie ai crosslink), mentre quando cessa la trazione si ritorna allo stato

di partenza e si ha maggior spiralizzazione delle catene (sempre in contatto grazie

ai crosslink). Più si invecchia più allisine ci sono e più crosslink vi sono: si ha

irrigidimento della struttura. La presenza di desmosina e crosslink dà all'elastina

un colore giallo: si ha una delocalizzazione che assorbe nel violetto. La

composizione della elastina è caratterizzata da grande semplicità: valine, proline,

grande abbondanza di glicina e anche alanina (sempre residui piccoli). Nella sintesi

si ha un processo analogo al collagene. Nella cellula del connettivo (fibroblasto) si

ha sintesi della molecola di elastina nel reticolo. Per impedire la formazione di

fibrille all'interno della cellula si produce l'elastina già come alla fine, ma

complessata con una molecola chaperon. Quest'ultima favorisce il ripiegamento

corretto dell'elastina e previene l'aggregazione con altre molecole di elastina.

Questo complesso elastina-chaperon migra lungo il Golgi e le vescicole e viene

secreto. Le fibre di elastina che sono fuori possono avere delle glicosilazioni

(minori e più rare, a base di solo galattoso): il galattoso capta lo chaperon che si

stacca dall'elastina. Lo chaperon viene fagocitato e riciclato dalla cellula. L'elastina

può così aggregarsi con altre fibre, formando dei crosslink. Si hanno fibrille fino ad

avere strutture più grandi. Le spirali di elastina sono però molto più irregolari:

non fasci paralleli ma strutture con diversi gradi di orientamento.

Fibrilline: altre proteine che accompagnano l'elastina e aiutano a dare una

formazione corretta, il giusto assemblaggio. Sono responsabili della sindrome di

Marfan: un deficit di fibrille dà un'anomalia nell'aggregazione dell'elastina. I segni

tipici sono deformità del costato che hanno una grossa quantità cartilaginea (si

forma una fossetta nel petto) e si hanno dita lunghe e sottili. Inoltre, il cristallino

che è tenuto in sede da fibre di elastina e collagene ha una dislocazione. Dato che

poi l'elastina compone i vasi grossi, in casi di grandi alterazioni, si hanno aneurismi

(una dilatazione contenuta fino a un certo punto e se non viene diagnosticata si

fissura fino a spaccarsi: è a carico di grossi vasi). Inoltre, sono alti e magri.

GAG: terza componente del connettivo. Sono i cosiddetti mucopolisaccaridi o

glicosaminoglicani. Sono catene fatte da un disaccaride fondamentale che ha

ripetizione di un N-acetil-aminomonosaccaride più un acido alduronico (prodotto

dall'ossidazione del glucoso o altri monosaccaridi).

- Acidi ialuronici: è alla base della sostanza fondamentale dei tessuti connettivi. Si

trova in tutte le zone dove serve la formazione di un cuscinetto di consistenza di

un gel per prevenire gli attriti e dare forma: una delle situazioni è quella

dell'occhio. L'occhio ha due camere (anteriore e posteriore): la camera posteriore

è occupata da una sostanza che è come un gel, l'umor vitreo, formato

principalmente da acido ialuronico. Essendo un gel, tiene le cose al posto giusto e

tiene a distanza corretta per la diffrazione il cristallino e i fotocettori. È

caratterizzato da grande idratazione e da una struttura piuttosto regolare: è

possibile che vi siano piccole interferenze nella trasmissione, dovute a un

rimodellamento dell'acido ialuronico. L'acido ialuronico si trova anche

nell'articolazione sinoviale: i due capi dell'osso sono ricoperti da tessuto

cartilagineo e al centro della cavità si ha uno spazio occupato da

mucopolisaccaridi che fanno da cuscinetti impedendo un attrito troppo forte tra

le ossa. L'altra zona in cui si trova è quella delle cavità pleuriche e del pericardio: il

pericardio ha due foglietti (uno adeso e l'altro è dato dal ripiegamento che

circonda il cuore in un sacchetto), la pleura ha due foglietti (uno adeso e uno

esterno dato dal ripiegamento). I due hanno contrazione ed estensione e per

questo serve minor attrito: le cavità pericardiche e pleuriche sono ricche di

ialuronato, agevolando lo scorrimento tra i due foglietti. Lo ialuronato si trova

nella zona pellucida dell'ovocita e dà protezione, poi si trova in tutti i tessuti che

hanno rimaneggiamento (nei traumi la riparazione comporta formazione di

tessuto connettivo che ha sia ialuronato sia elastina e collagene). La quantità di

ialuronato va regolato e un eccesso nella riparazione causa una compressione

delle zone nocicettive. Lo ialuronato è un polimero dato da ripetizione di tante

unità: una sequenza di acido glucuronico seguito da N-acetil-glucosamina (insieme

fanno l'acido ialobiuronico). Formano un ponte 1-->3 beta glucosidico: beta

perché l'OH dell'acido glucuronico è in

forma beta in posizione uno e lega il C3

della N-acetilglucosamina (glucoso con

gruppo aminico in posizione 2 che a sua

volta ha una acetilazione). Quest'ultima si

lega all'acido glucuronico successivo con

un legame 1-->4 beta glucosidico. In questo

modo si hanno due legami che si alternano. In media si ha una ripetizione da 500

a 50000 unità di saccaridi. Queste formano una struttura elicoidale: un'elica

sinistrorsa con 3 unità di acido ialobiuronico per spira. Grazie al fatto che vi sono

molti gruppi polari e un gruppo carbossilico dissociato, la quantità di legami H che

si formano tra le spire è alta. Questi legami avvengono tra il gruppo carbossilico e

il gruppo aminico dell'N-acetil della spira sopra o sotto. Oppure tra i diversi

gruppi OH. Grazie a questi numerosi gruppi polari e carichi si ha forte

idratazione. Molte molecole di H2O possono interagire coi gruppi polari. Il fatto

che ci siano gruppi carbossilati ogni due unità impedisce avvicinamenti troppo

stretti (si avrebbero due cariche uguali in spazi troppo stretti): si ha

spiralizzazione non molto compatta e con alto alone di idratazione che le dà la

consistenza di un gel. Se dovessimo linearizzare una molecola di ialuronato si

avrebbero 10 micron: tale struttura è ripiegata con una certa irregolarità e

richiama acqua con una quantità 1000 volte più grande del volume che

occuperebbe la sola struttura dello ialuronato. Si richiamano anche molti cationi

dati i molti COO-. Lo ialuronato, dato che è una soluzione viscosa

(mucopolisaccaride), ottimo agente per la lubrificazione e l'assorbimento dei

traumi (resistenza alla compressione) ed è anche un'ottima soluzione di scorta (in


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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in biotecnologie (Facoltà di Agraria, di Farmacia, di Medicina e Chirurgia, di Medicina Veterinaria e di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali)
SSD:
Università: Torino - Unito
A.A.: 2014-2015

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher federico.ricardi di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Biochimica descrittiva e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Torino - Unito o del prof Riganti Chiara.

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