Chimica Biologica - Metabolismo

Coppia NADP+ /NADPH

Nel citosol il rapporto NADP+ /NADPH è decisamente spostato verso il NADPH, che può essere da 10 a 100 volte maggiore del NADP+ . Tale rapporto è sostanzialmente indipendente dalla condizione aerobica o anaerobica della cellula, in quanto dipende solo dalla disponibilità di glucosio 6-fosfato e dalla attività di glucosio 6-fosfato deidrogenasi e 6-fosfogluconato deidrogenasi, che riducono continuamente e prontamente il NADP + a NADPH mano a mano che si forma. Il NADPH viene poi utilizzato per le biosintesi, in particolare quella degli acidi grassi. È quindi un coenzima preminentemente anabolico.

In conclusione è opportuno notare che le due coppie (NADP+ /NADPH e NAD+ /NADH) hanno valori di potenziale effettivo (E') decisamente diversi, anche se il potenziale standard (Eo') è lo stesso (= -0.32 V), pur trovandosi entrambe le coppie nel citosol. Si tratta di un esempio di compartimentazione funzionale.

di composti che si trovano nello stesso ambiente, ma che hanno ruoli metabolici ben distinti. Oltre a ciò, le considerazioni esposte indicano che mentre il NADP ha un ruolo anabolico, il NAD ha un ruolo sia anabolico sia catabolico (che viene quindi definito anfibolico). La deficienza di glucosio-6 fosfato deidrogenasi (G6PDH) La G6PDH eritrocitaria è codificata da un gene localizzato nel cromosoma X. Varianti geniche che codificano enzima in parte o in tutto inattivo sono molto frequenti: si stima infatti che su base mondiale oltre 400 milioni di persone siano portatori di tali varianti. Una deficienza del gene può portare a quadri clinici di diversa gravità, caratterizzati soprattutto da anemia emolitica; tuttavia nella maggior parte dei casi si tratta di forme benigne, che si manifestano solo in determinate circostanze, in particolare quando i globuli rossi sono sottoposti a stress ossidativo, come illustreremo più oltre. Data la localizzazione del gene sul cromosoma X, la deficienza di G6PDH è una malattia legata al sesso, che colpisce principalmente gli uomini.

cromosoma X, la patologia interessa quasiesclusivamente individui di sesso maschile, dato che le femmine hanno due copie del gene (uno per ogni cromosoma X) e anche una sola copia wild type è in grado di garantire una attività intraeritrocitaria dell'enzima più che sufficiente.

Il NADPH prodotto dalla G6PDH viene utilizzato in particolare per mantenere il glutatione in forma ridotta, vale a dire con il gruppo tiolico in forma -SH, e non coinvolto in un ponte disolfuro con un tiolo di un'altra molecola di glutatione. A sua volta, il glutatione ridotto ha ruoli molto importanti nel garantire, da un lato il mantenimento del ferro dell'eme dell'emoglobina in forma ridotta (Fe2+), limitando la quantità di metaemoglobina, dall'altro la disattivazione di specie reattive dell'ossigeno che possono formarsi a seguito di stress ossidativo.

Molti soggetti portatori della deficienza sono totalmente asintomatici, e possono accusare i

Sintomi dell'anemia emolitica solo quando gli eritrociti vengono sottoposti a stress ossidativo. È del tutto plausibile che la deficienza di G6PD rappresenti uno tra i molti fattori protettivi su base genetica contro la malaria, dato che l'areale di questo deficit enzimatico coincide con aree in cui la malaria ha (o ha avuto) una forte incidenza.

Sembra che la deficienza enzimatica riduca la vita media degli eritrociti e ciò creerebbe un ambiente sfavorevole per il normale decorso del ciclo vitale del plasmodio della malaria.

Lipidi (o grassi)

• Composti biologici prevalentemente o completamente idrofobici
• Componenti di membrana —> fosfolipidi, glicolipidi, colesterolo: sono composti anfifilici anfipatici (due nominazioni equivalenti)
• Ormoni, vitamine e loro precursori —> steroidi, retinoidi, ormoni tiroidei, eicosanoidi, vitamine gruppo D, composti isprenoidi (es. vitamina E)
• Triacilgliceroli (composti di glicerolo esterificato con

tre molecole di acidi grassi) —>in assenza di ulteriori specificazioni quando si parla di grassi ( o grassi neutri) siintende triacilgliceroli.

Componenti fondamentali di triacilgliceroli, fosfolipidi,glicolipidiGli acidi grassi presentano un carbossile e una catena alifatica satura, senza doppilegami, o insatura, con doppi legami e steroisomeria cis (catena ripiegata e gli atomidello stesso tipo sono dalla stessa parte). Nei triacilgliceroli abbiamo 3 catene cheesterificano gruppi glicerolo.

La temperatura di fusione è sostanzialmente minore negli acidi grassi che, a parità dilunghezza, presentano insaturazioni (= doppi legami). Il tipo di acidi grassi che èpresente nei triacilgliceroli influenza in modo simile la loro temperatura di fusione.Acidi grassi saturi possono impaccarsi instaurando legami di Van Der Waals per tutta lalunghezza della molecola. Questa non è evidentemente possibile nel caso degli insaturi(o nel caso di una miscela di

entrambi) a causa delle piegature dovute alle insaturazioni (doppi legami) con stereoisomeria cis. Questo giustifica i differenti punti di fusione di acidi grassi pari alla lunghezza. La consistenza e il punto di fusione di composti lipidici sono influenzati dall'abbondanza relativa di acidi grassi saturi e insaturi. Esempio della struttura di un triacilglicerolo misto (contenente acidi grassi saturi e insaturi): Le tre catene formano legami estere con i tre gruppi alcolici del glicerolo (notare la numerazione degli atomi di C del glicerolo: quello intermedio è il C2. C1 e C3 sono in posizione esterna quindi equivalenti). I glicerofosfolipidi: mentre i triacilgliceroli sono composti del tutto idrofobici, i glicerofosfolipidi sono anfifilici. Infatti il gruppo alcolico del C3 è esterificato con un fosfato e il fosfato forma a sua volta un legame estere con amminoalcoli o polialcoli. Dunque fosfato e alcoli formano la testa polare. I gruppi sulla testa polare possono essere molto vari (es. idrogeno,

colina, etanolammina, serina, glicerolo, inositolo ecc.)

La fosfatidilcolina è uno dei glicerofosfolipidi più abbondanti negli organismi.

Esiste una molecola fosfolipidica che presenta un residuo di fosfato ma non l'alcol che lo esterifica. È la struttura rappresentata dalla formula già mostrata, quando X=H. Tale molecola si chiama acidofosfatidico. È opportuno menzionarla poiché è un intermedio della biosintesi sia dei triacilgliceroli sia dei glicerofosfolipidi.

Date le caratteristiche di anfifilicità, i fosfolipidi sono componenti fondamentali delle membrane biologiche. L'assemblaggio delle membrane sotto la spinta dell'effetto idrofobico può avvenire quando composti anfifilici di questo tipo segregano le code apolari all'interno di un doppio strato generato dal loro assemblaggio, ed espongono le teste polari all'esterno (all'interno è presente un ricco repertorio di proteine).

Esistono altri

lipidi a carattere anfifilico che sono componenti fondamentali delle membrane. Si noti che esistono anche glicolipidi, aventi una struttura oligosaccaridica che sporge dal lato esterno della membrana. (Sfingolipidi possiedono al posto dell'alcol la sfingosina). Un altro componente fondamentale delle membrane negli animali è il colesterolo, un composto steroideo e a sua volta precursore degli ormoni steroidei e di sali biliari. Il colesterolo è anch'esso un composto anfifilico, anche se la sua testa polare è piccola e priva di carica: si tratta di un semplice gruppo alcolico. Il colesterolo ha un ruolo fondamentale nel modulare la fluidità di membrana, la quale tende ad aumentare con la temperatura (esse vanno incontro a una vera transizione da solido a liquido). Per ragioni che non approfondiamo, il colesterolo tende a smorzare le variazioni di fluidità delle membrane al variare della temperatura. La transizione di fase di una membrana e gli effetti del colesterolo sulla fluidità sono importanti per il corretto funzionamento delle cellule.colesterolo: le membrane sono formate principalmente all'assemblaggio di composti anfifilici. Come qualsiasi altro composto, esse vanno incontro a un vero e proprio processo di fusione (transizione solido-liquido) all'aumentare della temperatura. Ciò ne determina la variazione delle proprietà fisiche, in particolare la fluidità e lo spessore. Gel: teste densamente impaccate code disposte in modo regolare, membrana più spessa (raffreddamento) -> cristallo liquido: teste impaccate lassamente; code disordinate, membrana più sottile. (Calore) La transizione di una membrana e gli effetti del colesterolo Tuttavia la transizione non avviene in modo brusco come nel caso di composti allo stato puro (che fondono ad un'unica temperatura), ma si estende per un certo intervallo di temperature. Ciò è plausibile in quanto una membrana è un assemblaggio eterogeneo, formato da diversi tipi di molecole. (Transizione nei mammiferi a)40 gradi).
In presenza del colesterolo, la temperatura intermedia della transizione non varia apprezzabilmente, ma la transizione risulta più slargata.
In queste condizioni, la variazione di fluidità in funzione della temperatura è meno drastica e la membrana mantiene proprietà prossime a quelle medie per un intervallo più ampio di temperature. Ciò è di grande rilievo in relazione a una sua corretta funzionalità, in quanto qualsiasi membrana non deve essere né troppo fluida, né troppo rigida, poiché in entrambi i casi si comprometterebbe la sua funzione.
Il colesterolo gioca dunque un ruolo importante nel garantire una relativa insensibilità delle membrane alla variazione della temperatura, smorzando in sostanza l'effetto fluidificante che si produce con il suo incremento.
Nei procarioti, la composizione varia con la temperatura in modo da mantenere una fluidità costante. Con il decrescere della

temperatura la cellula aumenta gli acidi grassi insaturi nei fosfolipidi di membrana; se la temperatura aumenta, aumentano quelli saturi.

La composizione delle membrane varia tra membrana plasmatica della cellula e membrane all'interno dello stesso organismo che racchiudono organuli. I diversi sistemi di membrana infatti, devono adattarsi a condizioni e ruoli funzionali diversi.

Il colesterolo si trova solo nella membrane animali! Nelle vegetali ci sono steroli diversi dal colesterolo ma strutturalmente correlati ad esso. Nei batteri è assente qualsiasi tipo di sterolo!

Il contenuto proteico delle membrane è sempre molto elevato e ciò è indicativo di ruoli biologici complessi. Le membrane qui si non sono un semplice assemblaggio di lipidi anfifilici.

I triacilgliceroli sono il maggior deposito energetico negli animali. Sono la classe di composti che a seguito di ossidazione completa libera più energia di ogni altra unità di massa: 900kcal/kg.