Modulo 10: I lipidi

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1 Modulo 10: I lipidi

2 Componenti essenziali di tutti gli organismi viventi. I lipidi Sostanze eterogenee dal punto di vista chimico accomunate dal fatto di avere bassa solubilità in acqua (sostanze idrofobiche) ed elevata solubilità nei solventi organici (oli e grassi). A differenza di amminoacidi e nucleotidi non formano polimeri. Funzioni dei lipidi: Formano depositi energetici: lipidi di riserva. Sono forme altamente ridotte di carbonio e dalla loro ossidazione si ricavano grandi quantità di energia. Componenti strutturali delle membrane biologiche. Precursori di ormoni o di messaggeri intracellulari.

3 Lipidi di riserva: gli acidi grassi: derivati degli idrocarburi Acidi grassi: sono derivati degli idrocarburi, acidi monocarbossilici con una lunga catena idrocarburica (nc >10) Ac. grassi saturi = solo legami C-C singoli), Acidi grassi insaturi, = con uno (monoinsaturi) o più (poliinsaturi) doppi legami. In natura: più comuni nc pari e Legami doppi tipo cis. Doppio legame: produce un ripiegamento della catena idrocarburica e ne impedisce la rotazione. I ripiegamenti prevengono l impacchettamento delle catene che è possibile invece con gli acidi grassi saturi. Cambiamento di stato fisico (t di fusione): a partita di n C Acido stearico 70 C, Acido oleico 13 C.

4 I principali acidi grassi Differiscono per lunghezza della catena, e per il grado di insaturazione Nome comune abbreviazione Nome sistematico Acidi grassi saturi: Acido laurico 12:0 (Acido n-dodecanoico) Acido miristico 14:0 (Acido n-tetradecanoico) Acido palmitico 16:0 (Acido n-esadecanoico) Acido stearico 18:0 (Acido n-ottadecanoico) Acidi grassi insaturi: Acido palmitoleico 16:1( 9 ) (Acido cis-9-esadecenoico) Acido oleico 18:1( 9 ) (Acido cis-9-ottadecenoico) Acido linoleico 18:2( 9,12 ) (Acido cis,cis-9,12-ottadecadienoico) Acido linolenico 18:3 ( 9,12,15 ) (Acido cis,cis,cis-9,12,15- ottadecatrienoico) Acido arachidonico 20:4 ( 5,8,11,14 ) (Acido cis,cis,cis, cis-5,8,11,14- icosatetraenoico)

5 Acidi Grassi poliinsaturi (PUFA): una convenzione per la nomenclatura Due sistemi di nomenclatura L acido linoleico e linolenico (ALA), due acidi grassi essenziali

6 I triacilgliceroli (trigliceridi) La maggior parte dei grassi e degli oli naturali (oli vegetali, grassi animali) = triacilgliceroli (trigliceridi, grassi neutri) sostanze apolari insolubili in acqua. Formati da: glicerolo esterificato con tre molecole di acido grasso (R1, R2, R3) che possono appartenere a acidi grassi dello stesso tipo o diversi. Funzioni: riserva energetica. I triacilgliceroli sono conservati nelle cellule in forma anidra (goccie di grasso), molto ridotti: 2-3 volte energia estratta da carboidrati. Isolanti termici (animali polari).

7 Riserve di grassi nelle cellule a) Sezione trasversale di tessuto adiposo bianco umano. Quasi tutto il volume cellulare degli adipociti è riempito di una goccia di grasso. b) Sezione trasversale di una cellula di un seme della pianta Arabidopsis: corpi oleosi in colore chiaro.

8 Composizione acidi grassi di alcuni semi/frutti Basically, vegetable oils are fats that are liquid at room temperature. All fats are made up of triglycerides, EUFIC - The European Food Information Council

9 Cere Biologiche Triacontanilpalmitato (cera delle api) Esteri di un acido grasso (C14 C36) e di un alcol a lunga catena (16 C30). Altamente insolubili (idrorepellenti) e non commenstibili dai vertebrati. Varie funzioni: Protezione e impermeabilizzazione di peli e pelle nei vertebrati Rivestimento esterno delle piante per vitare evaporizzazione. Riserve energetiche nei microorganismi planctonici.

10 Schema dei lipidi di riserva e dei lipidi di membrana Scheletro: Glicerolo o sfingosina coda Acido grasso Gruppo polare (testa)

11 Contengono glicerolo e fosfato. I glicerofosfolipidi Lipidi di membrana: molecole anfipatiche formate da una parte idrofobica (coda) e da una parte polare (testa idrofilica) Il glicerolo è una molecola prochirale: il legame del fosfato ad una estremità lo rende chirale. Gli acidi grassi sono legati tramite legame estere ai carboni C 1 e C2 del glicerolo (diacilglicerolo). Sono i principali componenti lipidici delle membrane biologiche.

12 I principali glicerofosfolipidi L acido fosfatidico è il precursore di questi composti. X = gruppo polare sostituente La carica netta varia a seconda della testa polare

13 Lipidi-etere: es.plasmalogeni Altri glicerofosfolipidi I cloroplasti contengono glicolipidi contenenti glicerolo e galattosio

14 Gli Sfingolipidi Seconda classe di lipidi di membrana: sfingolipidi, molecole anfipatiche che contengono sfingosina, un aminoalcol (C18) (rosa), legata con legame ammidico ad un acido grasso. Il + semplice: ceramide. Spesso superficie esterna delle membrane. Sfingomielina: sfingofosfolipide che circonda ed isola elettricamente assoni di cellule del sistema nervoso Derivati degli sfingolipidi sono i cerebrosidi, (es. lattosilceramide) glicolipidi neutri (Dglucosio, D-galattosio, N-acetil-glucosammina) e i gangliosidi che contengono oligosaccaridi complessi (con acido sialico). Abbondanti nel tessuto cerebrale.

15 Glicerofosfolipidi e sfingolipidi a confronto

16 Il comportamento dei lipidi in ambiente acquoso Molecole lipidiche anfipatiche se poste in un ambiente acquoso formano spontaneamente micelle o liposomi (a seconda delle caratteristiche geometriche) H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O Lipidi anfipatici a singola catena (10 nm) H 2 O H 2 O H 2 O micelle H 2 O Lipidi anfipatici a catena doppia (fosfolipidi, sfingolipidi) Liposomi ( nm) doppio strato lipidico Le interazioni fra molecole lipidiche sono di tipo non covalente: interazioni idrofobiche e di van der Waals per le code, legami-h ed elettrostatici per le teste. Conseguenze: tendono ad estendersi, formare strutture chiuse e autosigillanti.

17 Gli steroli - il colesterolo Gli steroli presentano una struttura di base di uno idrocarburo policiclico a quattro anelli non polari fusi Il colesterolo (C 27 ) presenza di un gruppo idrofilico OH- sul C3 e una catena idrocarburica lineare è lo steroide più abbondante negli animali. E presente solo negli eucarioti Funzioni: Costituente delle membrane biologiche. Precursore degli ormoni steroidei (glucocorticoidi, androgeni ed estrogeni) e della vitamina A e della vitamina D (liposolubile) Precursore degli acidi biliari (derivati polari funzione emulsionante)

18 La degradazione dei fosfolipidi e gli sfingolipidi La degradazione enzimatica dei fosfolipidi e degli sfingolipidi rilascia molecole segnale. Fosfolipasi sono enzimi che idrolizzano legami estere. A 1 e A 2 : idrolizzano a livello del C-1 e C-2 rispettivamente del glicerolo Fosfolipipasi C e D uno dei legami fosfodiestere della testa polare Alcune agiscono su uno specifico fosfolipide altre sono meno specifiche. Fosfatidil inositolo e suoi derivati: riserva di molecole segnale rilasciate in risposta a segnali extracellulari (da fosfolipasi C) IP 3 inositolo 1,4,5 trisfosfato e diacilglicerolo. La fosfolipasi D: IP 2 inositolo 4,5 bisfosfato Ceramide e sfingomielina svolgono anche questo ruolo.

19 I lipidi come segnali e ormoni Lipidi in piccola quantità svolgono ruoli attivi nel traffico metabolico. Eicosanoidi derivano dall acido arachidonico rilasciato dai fosfolipidi, comprendono prostaglandine, leucotrieni trombossani e lipossine. Sono: Ormoni paracrini (agiscono solo sulle cellule vicine alla loro sintesi): acido arachidonico 20:4 ( 5,8,11,14 ) I farmaci antiinfiammatori non stereoidei (NSAID) come l ibuprofene e l aspirina inibiscono l enzima cicloosigenasi che produce prostaglandine e trombossani

20 I lipidi come ormoni Ormoni steroidei: derivati ossidati degli steroli. Derivano dal colesterolo Ormoni lipofili (più polari del colesterolo) che agiscono sul metabolismo, sulla crescita e la riproduzione. Corticosteroidi (cortisolo, aldosterone), androgeni (testosterone) ed estrogeni (estradiolo). Sono in grado di penetrare nelle cellule e si legano a recettori nucleari.

21 I lipidi come precursori ormonali (vitamine liposolubili) Precursori ormonali : vitamina D3 (colecalciferolo, steroide) Vitamina D3 derivato del colesterolo è il precursore del 1,25 diidrossicolecalciferolo: regola calcificazione ossa e trasporto del calcio nell intestino. (modifica espressione genica). La produzione della vitamina D 3 (colecalciferolo) e calcitriolo (forma biologicamente attiva) Per produrre il colecalciferolo la luce UV spezza il legame evidenziato (in rosa)

22 La vitamina A è un precursore ormonale Pigmento e ormone: Vitamina A (retinolo) essenziale per la visione; acido retinoico (ormone) Vitamina A1 retinolo Le vitamine Vitamina A, E e K derivano dall isoprene:

23 Cofattori enzimatici: Vitamina E, vitamina K e coenzima Q derivano da unità isoprenoidi Sostanze altamente lipofiliche Derivate dall isoprene. Sono associate alle membrane