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Biochimica - metabolismo dei fosfolipidi

Appunti di Biochimica sui fosfolipidi per il corso della professoressa Bosia. Gli argomenti trattati sono i seguenti: il metabolismo dei fosfolipidi, la generazione di segnali riguardanti la produzione di DAG, la sintesi di fosfogliceridi e di plasmalogeni.

Esame di Biochimica docente Prof. A. Bosia

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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 e

pertanto potrebbe essere una delle cause responsabili di accumulo di sfingolipidi di membrana

ed in particolare di una ridotta formazione di ceramide da sfingomielina processo che si attiva

sotto stimoli esterni e che comporta una attivazione di sfingomielinasi di membrana. In

aggiunta il difetto della S-SMASE nella malattia potrebbe essere responsabile di una

internalizzazione di frammenti della membrana plasmatica, nel normale turnover di questa,

ricchi in sfingomielina che attraverso la via endosomiale si porterebbero ai lisosomi. In questi

ultimi per il difetto della A-SMASE essi andrebbero incontro ad accumulo (vedi dopo). La

malattia 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 ritardo

mentale e svariati sintomi neurologici. Questa malattia ed altre che colpiscono il metabolismo

degli sfingolipidi e danneggiano soprattutto il tessuto nervoso sono classificate come

sfingolipidosi; nella maggior parte dei casi esse sono causate da deficit di enzimi lisosomiali

La sintesi delle sfingomieline prevede in primis la formazione della sfingosina a partire da

acido palmitico attivato a palmitoilCoA e serina. Una palmitoil transferasi che ha come

gruppo prostetico piridossal-fosfato provvede a trasferire sulla serina il palmitoile, con

liberazione di CoA, e successivamente a staccare il carbossile della serina come CO con

2

formazione di una catena di 18 carboni che in posizione 1 ha un gruppo alcolico primario, in 2

un gruppo amminico, in 3 un gruppo che tonico, correntemente definita come 3-cheto-

sfinganina detta anche 3-deidro sfinganina. Questa può essere acilata in presenza di acil CoA

e formare N-acil, 3-cheto sfinganina, oppure può venire ridotta nel gruppo chetonico con

formazione di sfinganina successivamente acilata a formare di-idroceramide. Da ultimo la di-

idroceramide viene deidrogenata fra i carboni 4 e 5 con formazione di ceramide. La

deidrogenazione 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 e 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- 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) ad

opera di una solfato transferasi originando il sulfatide. Ricordare che nei cerebrosidi l’acido

grasso 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, glicosidasi

che 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 di

glucosio da UDPGlc ad opera di una glucosiltransferasi con formazione di O-glucosil (Glc)-

ceramide (cer-–Glc). Su questo viene trasferito galattosio da UDPGal formando lattosil-

ceramide essendo Gal legato a Glc con legame 1-4 glucosidico. Ora il processo si sdoppia.

Se deve essere sintetizzato il globoside [GalNAc(1,3)-Gal(1,4)-Gal(1,4)-Glc(1)-

ceramide] sulla lattosilceramide vengono portati da UDPGal, UDPGalNAc in sequenzaGal 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

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 di

citidin monofosfosialide (CMP-NANA); nella reazione di trasferimento si libera CMP e

NANA à 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 Gal

centrale. 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 termine

sfingolipidosi.

Cerebrosidi o galattosil--ceramide

Il catabolismo prevede o l’idrolisi del legame glucosidico con distacco di Gal e formazione di

ceramide, oppure la deacilazione della ceramide con liberazione dell’acido e formazione di

Gal-sfingosina, intermedio noto anche come psicosina, ulteriormente idrolizzato a sfingosina

e Gal. Il difetto della galattosidasi lisosomiale responsabile del distacco di Gal dalla ceramide

caratterizza la malattia ereditaria nota come Malattia di Krabbe, o leucodistrofia a cellule

globoidi, malattia fatale intorno al terzo anno di vita, associata a gravi disturbi, cecità, sordità

e deficit mentale.

La sintesi parte da ceramide preformata che accetta il galattoso trasferito da UDP-Gal su

intervento di una galattosil-transferasi. Importante nel trasferimento il legame glucosidico da

 

come in UDP-Gal diventa nel legame di Gal con la ceramide.

Sulfatidi

Come detto in precedenza i sulfatidi sono dei cerebrosidi solforilati in posizione 3 o 2 di Gal.

Il catabolismo procede come per i cerebrosidi ed il solfato è rimosso per idrolisi su interveto

di una de-solforilasi. Difetto di questo enzima comporta una patologia, inclusa nelle

sfingolipidosi, nota come leucodistrofia metacromatica, in quanto l’accumulo di sulfatidi che

consegue dà luogo ad ipecromasia al saggio istochimico.

La sintesi prevede la formazione del cerebroside e quindi la solforilazione che è mediata da

una solforil-transferasi essendo donatore del solforale il solfato attivo, i.e. adenosin-3-fosfato,

5-fosfosolfato sintetizzato a partire da 2 molecole di ATP e solfato come sale sodico o

potassico.

Globosidi Glucosio

Sono glicolipidi in cui le unità glucidiche sono a partire dalla ceramide (Glc),

Gal, Gal, N-Acetilgalattosamina (Gal-NAc).

La degradazione avviene essenzialmente per reazioni idrolitiche e la sintesi per reazioni di

trasferimento sulla ceramide delle unità glucidiche attivate come UDP-glicide.

Difetto della galattosidasi che stacca Gal legato alla lattosilceramide è responsabile del Morbo

di Fabry o Angiocheratomatosi che si manifesta con danni renali e formazione di noduli di

cheratina a livello della cute degli arti; è una malattia compatibile con la vita fino alla età

adulta.

Gangliosidi

Si possono definire come sialil-derivati della ceramide oligosaccaride.

Il catabolismo prevede anche in questo caso reazioni idrolitiche su intervento di glicosidasi

specifiche che in successione degradano la catena oligosaccaridica. L’acido sialico (N-

acetilneuraminico NANA) è sempre il primo ad essere rimosso si intervento di sialidasi

specifiche; segue la degradazione della catena glucidica.

Difetti di queste idrolasi comportano alcune malattie ereditarie incluse anche queste nelle

sfingolipidosi; tra queste la meglio nota è la Malattia di Tay-Sachs, malattia autosomica

recessiva dovuta a deficit dell’idrolasi che attacca il legame glucosidico fra GalNAc e Gal

centrale con accumulo di un ganglioside anomalo noto ganglioside di Tay-Sachs o GM2.

L’idrolasi è presente in almeno due isoforme identificate come esosaminidasi A (Hex A) e

esosaminidasi B (Hex B), la prima formata da una subunità o acida perché ricca in

aminoacidi acidi, ed una subunità detta anche basica perché ricca in aminoacidi basici, la

. 

seconda da due subunità Mutazioni a carico della subunità sono responsabili di un deficit

pressocchè totale dell’attività idrolasica, che è alla base della malattia di Tay-Sachs, fatale nei

primi anni di vita, mentre mutazioni a carico della subunità sono compatibile con una

parziale attività idrolasica, ed sono alla base della malattia di Sandhoff, forma più lieve che

caratterizza il giovane o l’adulto. Esiste una terza forma della malattia di Tay-Sachs

altrettanto severa che comporta non il deficit dell’idrolasi di tipo A, ma quello di un suo

attivatore specifico, la saposina una proteina che appartiene alla famiglia delle SAPs che

facilita il legame del substrato alla idrolasi in quanto ne diminuisce il carattere idrofobico.

La sintesi prevede la formazione di lattosilceramide per trasferimento sulla ceramide di Glc e

Gal uniti fra loro da un legame 1-4 glucosidico. Da questo intermedio si partono due vie. In

una sulla lattosilceramide viene trasferito NANA a partire da CMP-NANA. Importante il

legame lattosil-NANA è glucosidico come in CMP-NANA. Si forma un primo mono-

sialoganglioside detto GM3. Su questo in successione vengono portati GalNAc (GM2) e

quindi GAL (GM1). Se quest’ultimo si lega a una nuova molecola di NANA si forma un di-

sialoganglioside (GD1) in quanto le due molecole di NANA stanno ciascuna su due distinti

Gal). Se invece NANA si lega al pre-esistente NANA già su Gal si avrà sempre un GD detto

però GD1. La successiva addizione di altre molecole di NANA alla preesistenti darà origine

al trisialo-ganglioside (GT, GT1b nel caso due siano sul Gal centrale ed una sul Gal

periferico) e quindi al tetrasialo-ganglioside (GQ).

Sfingolipidosi

Caratteristica comune a questo gruppo di malattia è la localizzazione del difetto; tutte

coinvolgono un deficit quantitativo o funzionale di un enzima localizzato nei lisosomi con un

ruolo ben preciso nel catabolismo degli sfingolipidi; sono quindi da considerarsi malattie

lisosomiali.

Malattia di Niemann-Pick: difetto primario ed evidenziato consiste in deficit della

sfingomielinasi acida che si traduce in accumulo di sfingomieline e ridotto livello di ceramide

particolarmente nella guaina mielinica. Esistono almeno 4 forme (A,B,C,D), di cui solo per la

forma A, neuropatica, classica dell’infanzia con decesso intorno ai 3-4 anni di vita; e per

quella B, non-neuropatica con decorso più benigno, è accertato un difetto di A-SMASE,

mentre per la forma C, non neuropatica, e probabilmente per la forma D neuropatica con

insorgenza tardiva e decorso relativamente benigno, il difetto è da ascriversi ad un deficit del

trasporto intracellulare del colesterolo collegato ad accumulo di sfingomieline. Poiché la

forma A è letale intorno al 3-5 anno di vita, mentre la forma B permette la sopravvivenza fino

all’età adulta, si ipotizza in questa seconda forma l’esistenza di una sfingomielinasi che

compenserebbe il difetto della sfingomielinasi acida caratteristico della malattia. Il gene che

codifica per la A-SMASE si localizza sul cromosoma 11; ad oggi sono state individuate 18

mutazioni responsabili di difettosa o soppressa attività dell’enzima; la malattia si trasmette

con carattere autosomico recessivo. Il tipo B ha diffusione panetnica, mentre il tipo A ha una

maggiore incidenza tra gli Ebrei Ashkenazi in cui la frequenza stimata di portatori della

malattia è intorno ad 1:80. Nel tipo A, ed meno accentuato nella forma B, caratteristico è

l’accumulo di sfingomieline nei lisosomi soprattutto nelle linea linfocitaria-macrofagica a

livello del sistema reticolo-endoteliale del fegato e della milza con conseguente

epatosplenomegalia progressiva e deterioramento neurologico nella forma A. L’arricchimento

in sfingomielina nelle cellule macrofagiche comporta un loro aumento di volume e

l’acquisizione di un aspetto spumeggiante che ha valso loro il nome di cellule di Niemann-

Pick. Nella forma C il gene difettoso si localizza sul cromosoma 18 ed è identificato come

NPC anche se è probabile l’esistenza di un secondo gene alterato identificato come NPC

1 2

Malattia di Faber: è una malattia infantile caratterizzata da difetto lisosomiale dell’enzima

ceramidasi, l’idrolasi amidasi deputata al distacco dell’acile in posizione due della ceramide.

Comporta danni diffusi subcutanei con paralisi flaccida e gravi disturbi mentali. In questa

malattia il difetto riguarda il metabolismo degli sfingolipidi in generale perché coinvolge la

ceramide comune agli sfingolipidi ed ai glicolipidi.

Malattia di Krabbe o leucodistrofia a cellule globoidi: il difetto consiste deficit della

galattosidasi deputata al distacco di Gal dalla ceramide, e quindi causa un difettoso

metabolismo dei cerebrosidi che tendono ad accumularsi. Comporta danni a carico della

mielina che diminuisce, con conseguente danno della trasmissione dell’impulso nervoso; nella

sostanza bianca si accumulano cellule ad aspetto globoide. E’ una malattia tipica

dell’infanzia.

Leucodistrofia metacromatica: è caratterizzata da difetto della arilsulfatasi deputata al

distacco di solfato nei sulfatidi. La malattia insorge in età giovanile ed adulta; comporta

ipercromasia della sostanza bianca, neuropatie periferiche, granuli metacromatici iper-reattivi

nel cervello, nervi, rene ed urine. Sintomatologia ed alterazioni sovrapponibili compaiono in

una malattia caratterizzata da difetto di arilsulfatasi aspecifiche attive in genere su lipidi

solforilati e del pari su glicoprotidi in cui compare Gal solforilato come proteoglicani portanti

acidi condroitinsolforici eparina ed eparansolfato come componente glicidica.

Malattia di Fabbry: è una malattia che insorge in età adulta, apparentemente non danneggia il

tessuto nervoso, quindi non-neuropatica; comporta la comparsa di angiocheratomi al fondo

-galattosidasi

schiena, nella cute, e danni renali. Il difetto biochimico riguarda deficit della

lisosomiale che sui globosidi dovrebbe staccare Gal periferico e residuare lattosil-ceramide.

E’ legata al cromosoma X. Gangliosidi, e del pari protidi oligosaccaride, in cui compare un

legame eguale sono presenti sulle membrana di svariate cellule circolanti inclusi i globuli

rossi e concorrono alla tipizzazione di questi ultimi come responsabili dei gruppi sanguigni B

ed AB. Il ganglioside in questione porta in posizione terminale Gal a sua volta unito ad un

fucoso. Nel gruppo sanguigno di tipo A questo Gal lega con legame 1,3 glucosidico

GalNAc, mentre nel tipo B sempre con legame 1,3 glucosidico è lega una molecola di Gal

L’inserzione di questi ultimi residui glicidici avviene ad opera di una transferasi di circa 305-

310 aminoacidi che a seguito di mutazioni a carico di soli 4 residui aminoacidici può

comportarsi come GalNAc o Gal transferasi; nel gruppo sanguigno di tipo 0 la transferasi

viene trascritta come proteina tronca inattiva di soli 150 residui aminoacidici. Ne consegue

che la malattia colpirà in modo molto più severo individui con gruppo sanguigno B ed AB.

Malattia di Gaucher: il difetto consiste in deficit di attività dell’idrolasi deputata al distacco di

Glc dalla ceramide definita gluco-cerebrosidasi, con conseguente accumulo di

glucosilceramide; in alcune forme sembra invece esserci un difetto della glucosio-ceramidasi,

l’enzima che stacca l’acile in posizione due con conseguente accumulo di glucosio.sfingosina

o psicosina. La patologia si distingue in almeno tre forme di cui la forma 2 è la più grave ma

la meno frequente ; questa sola comporta danni cerebrali (forma neuropatica) mentre le altre

due sono classificate come non neuropatiche, e comporta un alterato metabolismo dei

gangliosidi a livello delle tappe conclusive. Il gene della gluco-cerebrosidasi si localizza sul

cromosoma 1; le cause della malattia sono state identificate in mutazioni non senso, mutazioni

nelle regioni di splicing, delezioni). Risentono particolarmente del difetto enzimatico cellule

invecchiate particolarmente quelle circolanti ed i macrofagi. Il glucocerebroside che si

accumula provoca un incremento di volume dei lisosomi che nel caso dei macrofagi in larga

misura si traduce nella formazione di vacuoli definiti da membrana e in un aumento dei

nuclei; queste cellule assumono pertanto un aspetto caratteristico che ha valso loro il nome di

cellule di Gaucher. La milza è la sede classica di accumulo di queste cellule. In rapporto alla

funzione principale della milza ed in particolare dei suoi macrofagi di provvedere alla

distruzione dei globuli rossi invecchiati ed in generale delle cellule circolanti, l’incremento

delle cellule di Gaucher in questo tessuto comporta una più accentuato distruzione di globuli

rossi, con conseguente ridotto numero in circolo, ridotto trasporto di O , ridotta ossigenazione

2

dei tessuti che a livello del muscolo si traduce in una ridotta prestazione fisica; ridotto numero

di globuli bianchi si traduce in diminuzione delle difese immunitarie, ridotto numero di


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DETTAGLI
Esame: Biochimica
Corso di laurea: Corso di Laurea in Medicina e Chirurgia
SSD:
Università: Torino - Unito
A.A.: 2013-2014

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher cecilialll di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Biochimica 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 Bosia Amalia.

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