Biochimica - metabolismo dei fosfolipidi

Metabolismo della sfingomielina

Il catabolismo prevede l'intervento di idrolasi che possono staccare la fosfocolina formando ceramide e fosforilcolina, ulteriormente degradata a colina e fosfato, mentre la ceramide per idrolisi forma sfingosina ed acido grasso. La sfingosina può essere fosforilata a sfingosina-1-fosfato, che successivamente può perdere i carboni 1 e 2 come etanolaminafosfato, mentre la catena carboniosa residua a 16 carboni si trasforma nell'aldeide esadecenale, successivamente ridotta con eliminazione del doppio legame, ossidata ad acido β, quest'ultimo attivato con CoA e degradato nei mitocondri nella ossidazione come palmitoilCoA. L'enzima che idrolizza la sfingomielina è definito sfingomielinasi, di cui esistono più isoforme differentemente localizzate nella cellula. Una forma è presente nei lisosomi ed è definita sfingomielinasi acida (A-SMASE) perché lavora a pH acido quale quello presente.neilisosomi (pH 6-6,5); altre forme sono citoplasmatiche e definite sfingomielinasi basiche oneutre (B-SMASE), altre ancora sono presenti sulla membrana plasmatica e concorrono aldivenire delle sfingomieline componenti la membrana in particolare la mielina, la guaina cheriveste le fibre nervose essenziale per la trasmissione dell'impulso nervoso. La mancanzadella sfingomielinasi acida caratterizza la malattia ereditaria detta malattia di Niemann-Pick,di cui ne esistono almeno 4 forme (A, B, C, D); tra queste la forma A è la più grave, è tipicadell'infanzia e letale nei primi anni di vita. La patologia si trasmette con carattere autosomicorecessivo, ed almeno per la forma A è da ascriversi all'accumulo di sfingomielina e al deficitdi ceramide che ne consegue causati da deficit della A-SMASE lisosomiale. Rimane dadefinire come un danno a livello dei lisosomi possa a sua volta portare ad un danno a caricodei fosfosfingosidi di membrana. Siipotizza che A-SMASE siano presenti sulla membrana o possano migrare a quest'ultima e quindi siano coinvolte anche nel turnover dei fosfolipidi di membrana ovviamente compromesso nei soggetti con deficit dell'enzima. Al riguardo è di interesse che la A-SMASE è stata identificata in due forme, l'una lisosomiale e l'altra detta secretoria entrambe codificate dallo stesso gene; la proteina codificata verrebbe espressa in forma immatura che successivamente per modificazioni post-traslazionali conseguenti a processi di proteolisi e di glicosilazione differenti darebbe origine alla forma lisosomiale che si porta ai lisosomi ed ad una forma detta secretoria che verrebbe rilasciata dall'apparato di Golgi racchiusa in vescicole che si porterebbero alla membrana plasmatica della quale l'enzima entrerebbe a fare parte come proteina integrale di membrana e potrebbe definirsi come S-SMASE. Nella malattia di Niemann Pick la S-SMASE è ovviamente

difettosa epertanto potrebbe essere una delle cause responsabili di accumulo di sfingolipidi di membranaed in particolare di una ridotta formazione di ceramide da sfingomielina processo che si attivasotto stimoli esterni e che comporta una attivazione di sfingomielinasi di membrana. Inaggiunta il difetto della S-SMASE nella malattia potrebbe essere responsabile di unainternalizzazione di frammenti della membrana plasmatica, nel normale turnover di questa,ricchi in sfingomielina che attraverso la via endosomiale si porterebbero ai lisosomi. In questiultimi per il difetto della A-SMASE essi andrebbero incontro ad accumulo (vedi dopo). Lamalattia colpisce la maggior parte dei tessuti e particolarmente il fegato e la milza(epatosplenomegalia) ed il tessuto nervoso in particolare la guaina mielinica con grave ritardomentale e svariati sintomi neurologici. Questa malattia ed altre che colpiscono il metabolismodegli sfingolipidi e danneggiano soprattutto il tessuto nervoso sono classificate

La sfingolipidosi è una malattia che nella maggior parte dei casi è causata da deficit di enzimi lisosomiali.

La sintesi delle sfingomielina prevede innanzitutto la formazione della sfingosina a partire da acido palmitico attivato a palmitoilCoA e serina. Una palmitoil transferasi, che ha come gruppo prostetico il piridossal-fosfato, provvede a trasferire il palmitoile sulla serina, liberando il CoA, e successivamente a staccare il carbossile della serina come CO2, formando una catena di 18 carboni. Questa catena presenta un gruppo alcolico primario in posizione 1, un gruppo amminico in posizione 2 e un gruppo chetonico in posizione 3, comunemente definita come 3-cheto-sfinganina o 3-deidro sfinganina. Questa può essere acilata in presenza di acil CoA per formare N-acil, 3-cheto sfinganina, oppure può essere ridotta nel gruppo chetonico per formare sfinganina, che successivamente può essere acilata per formare di-idroceramide. Infine, la di-idroceramide viene deidrogenata tra i carboni 4 e 5 con la formazione di ceramide.

Ladeidrogenazione introduce un doppio legame di configurazione trans ed è catalizzata da un enzima flavinico che porta come gruppo prostetico FAD. Ne consegue che nella biosintesi degli sfingolipidi la sfingosina come tale non accetta mai l'acido grasso e quindi che la ceramide non si forma mai per acilazione della sfingosina. Sulla ceramide viene quindi trasferita la fosfocolina essendo questa donata da CDP-colina, oppure più frequentemente, da una fosfatidilcolina pre-formata su intervento di una fosfocolina transferasi.

METABOLISMO DEI GLICOLIPIDI

Sintesi e demolizione di cerebrosidi e sulfatidi

La sintesi inizia da ceramide che accetta un unità di galattosio donato da UDP-Gal ad opera di una galattosil transferasi con formazione di un legame O-β glucosidico fra il gruppo alcolico in 1 della sfingosina ed il carbonio glucosidico del galattosio. Il cerebroside così formato può essere solforilato in 3 in presenza di solfato attivo (adenosin-3-fosfato,

5-fosfosolfato) adopera di una solfato transferasi originando il sulfatide. Ricordare che nei cerebrosidi l'acidograsso è sempre a 24 carboni saturo o insaturo (lignocerico o nervonico), oppure idrossilato in alfa, saturo o insaturo (cerebronico e idrossinervonico). La demolizione ha luogo largamente nei lisosomi ad opera di idrolasi specifiche, glicosidasiche staccano Gal formando ceramide, oppure amidasi che staccano l'acile formando Galattosio-sfingosina o psicosina. Nel caso dei sulfatidi una arilsolfatasi stacca idroliticamente il solfato formando cerebroside ulteriormente degradato. L'assenza dell'arilsolfatasi è responsabile di una neuropatologia ereditaria nota come leucodistrofia metacromatica o sulfatide lipidosi caratterizzata da accumulo di sulfatidi; la malattia che causa deficit mentale ed è fatale nel primo decennio di vita.

Sintesi e demolizione di globosidi e gangliosidi

Sintesi di globosidi e gangliosidi

Il processo in inizio

È comune ai due tipi di glicosfingosidi e prevede il trasferimento diglucosio da UDPGlc ad opera di una glucosiltransferasi con formazione di O-glucosil (Glc)β-ceramide (cer-β–Glc). Su questo viene trasferito galattosio da UDPGal formando lattosil-βceramide essendo Gal legato a Glc con legame 1-4 glucosidico. Ora il processo si sdoppia. Se deve essere sintetizzato il globoside [GalNAcβ(1,3)-Galα(1,4)-Galβ(1,4)-Glcβ(1)-ceramide] sulla lattosilceramide vengono portati da UDPGal, UDPGalNAc in sequenza Gal e GalNAc con liberazione ad ogni trasferimento di UDP. Se deve essere sintetizzato un ganglioside solitamente formato da lattosilceramide a cui seguono GalNAc e Gal e residui di acido sialico o N-acetilneuroaminico (NANA) (legati a Gal legato a Glc detto Gal centrale e a Gal terminale della catena detto Gal periferico con α legame glucosidico fra il carbonio 2 glucosidico di NANA ed il carbonio 3 di Gal; inoltre altre due molecole di NANA possono unirsi a quelle.già legate ed in questo caso il legame è sempre fra il C2 glucosidico dell'unità che si aggiunge ed il C8 di NANA già inserito sulla catena). Importante quando NANA deve essere inserito sulla catena è sempre in forma dicitidin monofosfosialide (CMP-NANA); nella reazione di trasferimento si libera CMP e αNANA è sempre inserito in forma glucosidica. I gangliosidi nella nomenclatura sono indicati con la lettera G seguita dalla lettera M se hanno una sola molecola di NANA, D se ne hanno due, T se ne hanno 3 e Q se ne portano 4. Inoltre:

1. M è seguita dai numeri 1, 2, 3 (GM1, GM2, GM3) a seconda che la catena glucidica sia formata dalle 4 unità glucidiche (Glc,Gal, GalNAc,Gal), da tre (Glc,Gal, GalNAc) o soltanto da due (Glc,Gal) e leghi una sola molecola di NANA solitamente sul Gal centrale;
2. D è seguito dalla lettera a nel caso in cui le due molecole di NANA siano una su Gal centrale e l'altra su Gal periferico;

Dalla lettera b se tutte e due le molecole di NANA stanno su Galcentrale. T seguito dal numero 1 e dalla lettera b (GT1b) sta ad indicare che due molecole di NANA stanno su Gal centrale e la terza su Gal periferico.

Nel processo di sintesi dopo la formazione di lattosilceramide possono aprirsi due vie:

1. Su Gal della lattosilceramide viene subito portata una molecola di NANA formando così il GM3, sul quale verranno poi inseriti in successione GalNAc e Gal, e da ultimo una molecola di NANA che potrà andare a Gal periferico formando GDa oppure a Gal centrale formando GD1b ad indicare che il nuovo Gal è andato su Gal centrale; successivamente un'altra molecola di NANA potrà essere inserita formando il tetrasialoganglioside.
2. Sulla lattosilceramide verranno inseriti GalNAc e quindi Gal e successivamente NANA su Gal centrale e poi su Gal periferico, oppure due NANA andranno subito su Gal centrale e poi altre due molecole andranno su Gal periferico.

Demolizione di...

globosidi e gangliosidi

Il processo si svolge prevalentemente nei lisosomi ad opera di idrolasi che agiscono a pH acido quale quello che caratterizza questi orfanelli. E’ progressivo a partire da NANA e quindi procede sequenzialmente sulla catena oligosaccaridica. Le reazioni idrolitiche avvengono all’interfaccia lipide-acqua e richiedono la presenza di fattori proteici privi di attività catalitica indicati con l’acronimo SAPs (Sfingolipid Activator Proteins,) che facilitano l’interazione dell’idrolasi con il glicolipide presente sul frammento di membrana plasmatica internalizzata; in pratica essi si legano allo sfingolipide e per così dire lo estraggono dalla membrana così da renderlo facilmente aggredibile dalla idrolasi). Alterazioni a carico del metabolismo di questi glicolipidi riguardano soprattutto l’aspetto catabolico ed in particolare deficit delle idrolasi lisosomiali coinvolte. Queste alterazioni sono compendiate nel

terminesfingolipidosi.

Cerebrosidi o galattosil--ceramide

Il catabolismo prevede o l’idrolisi del legame glucosidi