Digestione, mobilizzazione e trasporto nel mitocondrio degli acidi grassi - biochimica

DIGESTIONE, MOBILIZZAZIONE E TRASPORTO DEGLI ACIDI GRASSI

Le cellule possono ottenere il combustibile metabolico sotto forma di acidi grassi da 3 fonti:

• Grassi provenienti dalla dieta;
• Lipidi depositati nelle cellule sotto forma di gocce insolubili;
• Lipidi sintetizzati in un organo ed esportati in un altro.

In media, il 40% dell'energia richiesta giornalmente dall'uomo è fornita dai triacilgliceroli (o trigliceridi), i quali rappresentano più della metà dell'energia consumata da alcuni organi quali fegato, cuore e muscolo scheletrico a riposo.

DIGESTIONE DEGLI ACIDI GRASSI

Prima di poter essere assorbiti dalla parete intestinale, gli acidi grassi che sono presenti sotto forma di particelle macroscopiche insolubili devono essere convertite in particelle microscopiche finemente disperse. La solubilizzazione è effettuata da sali biliari, che sono sintetizzati nel fegato e conservati nella colecisti e rilasciati nell'intestino dopo un

pastoricco di grassi. Questi sali biliari emulsionano i grassi nell'intestino tenue, permettendo la formazione di micelle miste, composte dai sali biliari stessi e dai triacilgliceroli. La formazione delle micelle aumenta la frazione di lipidi suscettibile all'azione di lipasi solubili in acqua, che convertono i triacilgliceroli in monoacilgliceroli, diacilgliceroli e in acidi grassi liberi e glicerolo. Questi, diffondono nelle cellule epiteliali della mucosa intestinale, quindi entrano al loro interno, dove vengono riconvertiti in triacilgliceroli e poi uniti al colesterolo della dieta e a specifiche proteine note come apoliproteine, a formare composti più grandi detti chilomicroni. Le apoliproteine sono proteine che legano i lipidi nel sangue e sono responsabili del trasporto di triacilgliceroli, fosfolipidi, colesterolo tra i vari organi; nel momento in cui si legano ai lipidi diventano lipoproteine, ossia aggregati di forma sferica in cui i lipidi idrofobici sono immersi.

& Cox, 2018, Zanichellieditore S.p.a. cellule bersaglio (miociti o adipociti). Nel muscolo gli acidi grassi sono ossidati per ricavare energia, mentre nel tessuto adiposo sono riesterificati a triacilgliceroli per essere conservati.

I chilomicroni “svuotati” quasi totalmente dei triacilgliceroli (non tutti), contenenti ancora colesterolo e apolipoproteine, passano dal sangue al fegato, dove vengono internalizzati per endocitosi grazie a specifici recettori che riconoscono le apolipoproteine. Qui i triacilgliceroli rimasti vengono ossidati per ricavare energia o generare corpi chetonici. Quando gli acidi grassi sono introdotti in eccesso con la dieta, sono convertiti nel fegato in triacilgliceroli e associati a apolipoproteine VLDL che trasportano i

DIGESTIONE DEGLI ACIDI GRASSI

Immagine tratta da: I principi di biochimica di Lenhinger, 7 ed. Nelson & Cox, 2018, Zanichelli

MOBILIZZAZIONE DEGLI ACIDI GRASSI

I triacilgliceroli vengono depositati negli adipociti (ma anche nelle

Le cellule che sintetizzano gli steroli nella corteccia renale, ovaio e testicoli producono goccioline lipidiche contenenti triacilgliceroli e esteri di steroli circondati da uno strato di fosfolipidi. Queste goccioline sono rivestite da specifiche proteine chiamate perilipine, che limitano l'accesso alle gocce lipidiche per evitare la mobilizzazione dei lipidi quando non è necessaria.

La mobilizzazione dei lipidi avviene in seguito a un segnale specifico proveniente dall'ormone glucagone (e anche dall'adrenalina), che indica una carenza di energia metabolica (bassa concentrazione di glucosio nel sangue) e fa sì che i triacilgliceroli conservati nel tessuto adiposo vengano trasferiti ai tessuti in cui possono essere ossidati per produrre energia (muscolo scheletrico, cuore e corteccia renale).

Questo segnale del glucagone attiva l'adenilil ciclasi, che produce cAMP, il quale attiva la PKA (proteina chinasi A) che permette la mobilizzazione dei lipidi.

La fosforilazione dell'attivazione di lipasi ormone-dipendenti agisce sui tri-di-monoacilgliceroli, rilasciando acidi grassi liberi dall'adipocita al flusso sanguigno, dove attraverso l'albumina sono trasportati nelle cellule in cui avverrà l'ossidazione e quindi il ricavo di energia.

Il glicerolo invece viene fosforilato dalla glicerolo chinasi a formare glicerolo 3-P, che viene poi convertito in diidrossicetone fosfato (glicerolo 3-P isomerasi) ed entra nella glicolisi (convertito in gliceraldeide 3-P dalla trioso fosfato isomerasi).

MOBILIZZAZIONE DEGLI ACIDI GRASSI

Immagine trattata: I principi di biochimica di Lenhinger, 7 ed. Nelson & Cox, 2018, Zanichelli editore S.p.a.

TRASPORTO DEGLI ACIDI GRASSI NEI MITOCONDRI

Li acidi grassi, per poter essere ossidati, devono essere trasportati nella matrice mitocondriale.

Acidi grassi con catene di 12 C entrano senza l'aiuto di trasportatori.

Acidi grassi con catene di 14 C utilizzano un sistema navetta detto shuttle della

carnitina che è costituito da 3 reazioni.

A PRIMA REAZIONE - ESTERIFICAZIONE CON IL COENZIMA : CONVERSIONE DELL'ACIDO GRASSO IN ACIL-COENZIMA

Catalizzata da una famiglia di isozimi di acil-CoA sintetasi, presenti nella membrana mitocondriale esterna. La reazione avviene nel citosol, dove questi enzimi catalizzano la formazione di un legame tioestere tra il gruppo carbossilico dell'acido grasso e il gruppo tiolico del CoA, formando un acil-CoA. La reazione complessiva è: Otteniamo infatti 2 Pi perché interviene anche la pirofosfatasi inorganica; quindi oltre all'idrolisi dell'ATP si verifica l'idrolisi del pirofosfato: questo fa sì che la reazione sia fortemente editore S.p.a.

SECONDA REAZIONE - FORMAZIONE DELL'ACIL-CARNITINA MEDIANTE TRANSESTERIFICAZIONE E TRASPORTO

Gli acidi grassi degli acil-CoA (un tioestere) appena formati nel citosol devono

Essere portati all'interno del mitocondrio per essere ossidati. Vengono per questo motivo, ceduti dal CoA citosolico alla carnitina, che lega gli acidi grassi per poterli trasportare fino alla matrice mitocondriale. Quindi gli acidi grassi si staccano dal CoA e si legano transitoriamente alla carnitina, mediante il gruppo ossidrilico della carnitina stessa, formando l'acil-carnitina (un estere).

Questa transesterificazione è catalizzata dall'enzima carnitina aciltransferasi 1 (o carnitina palmitil-transferasi 1 o CPT1) e avviene durante il passaggio della membrana esterna mitocondriale da A questo punto, l'acil-carnitina attraversa parte degli acidi grassi che quindi raggiungono lo spazio la membrana interna del mitocondrio fino intermembrana come acil-carnitina.

Immagine tratta da: I principi di carnitina/carnitina che porta dentro una biochimica di Lenhinger, 7 ed.

La molecola di acido grasso-carnitina è riportata da Nelson & Cox, 2018, Zanichelli editore S.p.a. come una molecola di carnitina fuori (cotrasporto).