Presentazione di PowerPoint - quelli che il primo anno logo

Lipidi
 I lipidi hanno una comune proprietà fisica: essi sono
insolubili in acqua e solubili in solventi organici.
 Da un punto di vista chimico, i lipidi sono composti da un
gruppo estremamente diverso di molecole.
 Due delle maggiori funzioni dei lipidi sono di servire come:
1. La maggiore forma di deposito di energia nel corpo
2. La base strutturale unita delle membrane cellulari.
 Molte molecole lipidiche sono molecole anfipatiche: essi
contengono un gruppo di testa polare ed una coda apolare.
 Questa schizofrenia interna determina le caratteristiche
biologiche dei lipidi
LIPIDI
• SEMPLICI (ACIDI GRASSI E ACILGLICEROLI)
(Trigliceridi sono lipidi neutri di riserva)
FOSFOLIPIDI
• COMPOSTI
fosfogliceridi
SFINGOMIELINA
SFINGOLIPIDI
Lipidi di
membrana
polari e
anfipatici
GLICOLIPIDI
Cerebrosidi
gangliosidi
DERIVATI LIPOIDI : STEROIDI ES COLESTEROLO
(LIPIDI NON SAPONIFICABILI )
(perché non hanno cooH e quindi idrolizzati in presenza di basi
non possono dare saponi )
Schema importante da sapere!
Acidi grassi
• I più semplici lipidi, che mostrano le proprietà
descritte su, sono gli acidi grassi - acidi carbossilici
con una lunga catena idrocarburica
• Gli acidi grassi di solito racchiudono un numero pari
di atomi di carbonio e se sono presenti doppi legami
(insaturazione), essi sono di solito cis.
• Il pKa degli acidi grassi è circa 4.5 e a pH fisiologico
essi sono presenti cone ioni carbossilici.
In questa forma essi possono formare monostrati se
a contatto con aria - acqua e micelle se sciolti in
acqua. (SOLO però SE RAGGIUNGONO LA
Concentrazione micellare critica o CMC! )
nome IUPAC
N. atomi C nome corrente
ac. metanoico
1
ac. etanoico
2
ac. propanoico
3
ac. butanoico
4
ac. pentanoico
5
ac. esanoico
6
ac. ottanoico
8
ac. decanoico
10
ac. tetradecanoico14
ac. esadecanoico 16
ac. ottadecanoico18
ac. formico
ac. acetico
ac.
propionico
ac. butirrico
ac.
ac.
capronico
valerianico
ac. caprilico
ac.caprinico
ac. miristico
ac. palmitico
ac. stearico
Lipidi semplici( acidi grassi)
catene di [da 14 a 24] atomi di carbonio (C) legati tra loro con
 un legame singolo (saturi)
 doppio o triplo (insaturi)
 valenze libere: legate a atomi di idrogeno (H)
 primo C = gruppo carbossilico (COOH).
Fluidità = f(n,m)= f(lunghezza, grado di saturazione)
formula di struttura
di un lipide insaturo
Acido Grasso
Forma ionizzata
Un acido grasso è composto da una catena
idrocarburica idrofobica a cui è attaccata
un gruppo carbossilico idrofilico.
Acidi grassi più comuni:
Acido palmitico o Palmitato (n=16, m=0)
Acido oleico o Oleato (n=18, m=1)
Acidi differenti hanno differenti catene
modello Space-filling
Formula strutturale
modello Ball-and-stick
Acidi grassi saturi
O
CH3(CH2)nC
OH
ac. miristico
ac. palmitico
ac. stearico
ac. arachico
ac. beenico
ac. lignocerico
(n=12)
(n=14)
(n=16)
(n=18)
(n=20)
(n=22)
testa idrofilica
HO
coda idrofobica
H H H HH HH H H H H HH H H H
C
H
O
H H H H H HH H H H H H H H H H
H
H
10 9
12
14
16
18
11
13
15
7
acido oleico
17
carbonio w
5
8
3
6
4
COOH
2
acido oleico 18:1 (w-9)
Gli acidi grassi insaturi naturali
hanno configurazione cis del doppio legame
Nei lipidi gli acidi grassi
sono legati
al glicerolo
(con legame estereo)
o alla sfingosina
(con legame ammidico)
Gliceridi
CH2OH
C
H
CH
OH
2
HO
I gliceridi sono prodotti di esterificazione del
glicerolo con acidi grassi
CH2OH
H C
CH2OH
HO
glicerolo
CH2OCOR
H C
CH2OH
HO
monogliceride
CH2OCOR
H C
CH2 OCOR
HO
digliceride
CH2OCOR
H C
RCOO CH2 OCOR
trigliceride
Trigliceridi
• I trigliceridi rappresentano i composti sotto cui è maggiormente
immagazzinata l'energia. Sono esteri formati da glicerolo e acidi grassi
• Grassi animali e gli oli vegetali sono trigliceridi che differiscono nel loro
contenuto di acidi grassi insaturi.
• Per idrolisi con NaOH o KOH formano i saponi o Sali sodici o potassici
degli acidi grassi che si organizzano secondo una struttura di micelle.
• Il nucleo idrofobo della micella di sapone può solubilizzare il sudiciume
grasso.
• Le cere sono esteri di acidi grassi e lunghe catene alcoliche.
Principali lipidi di membrana: fosfolipidi, glicolipidi e colesterolo
I più abbondanti sono i fosfolipidi
Esempio di fosfolipide: la fosfatidilcolina
Ciascun doppio legame forma un ginocchio nella coda.
Lipidi di membrana
• Tutte le membrane biologiche racchiudono i lipidi come
i maggiori costituenti.
• I lipidi predominanti nelle membrane, glicerofosfolipidi,
sfingolipidi e glicosfingolipidi, racchiudono un gruppo
polare e due catene idrocarburiche
• Glicerofosfolipdi sono acidi grassi
derivanti dal glicerolo-3- fosfato, prodotto del ciclo della
glicolisi, o acido fosfatidico
• Il gruppo fosfato è esterificato da un' altra funzione
alcoolica della colina, etanolammina, ecc. a produrre i
differenti fosfolipidi
FOSFOLIPIDI
4 sono i principali fosfolipidi della membrana cellulare di molti mammiferi:
fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina, fosfatidilcolina, and sfingomielina.
Solo la testa della fosfotidilserina ha una carica negativa netta, le altre sono neutre a pH fisiologico
I 4 fosfolipidi costituiscono più della metà della massa di lipidi della maggior parte delle membrane (tabella)
Altri fosfolipidi presenti in basse quantità sonomolto importanti funzionalmente
(es: inositol fosfolipide: ha un ruolo cruciale nella trasmissione del segnale)
SFINGOLIPIDI
CH2OH
CH2OH
H
C
NH
H
C
OH
H
C
C
ceramide
O
C
H
H C NH2
H C OH
C H
H C
(CH2)12
CH3
C18-sfingosina
sfingosina
Acido
grasso
Nei lipidi gli acidi grassi
sono legati
al glicerolo
(con legame estereo)
o alla sfingosina
(con legame ammidico)
SFINGOLIPIDI
Entrambi i sfingolipidi e i glicosfingolipidi
sono derivati acilici degli acidi grassi con sfingosine a catena lunga
chiamate ceramidi
Nella sfingolmielina uno sfingolipide la ceramide è esterificata con la
fosforilcolina.
Nei glicosfingolipidi la ceramide è unita ad uno o più zucheri.
Sfingolipidi
CH2OH
CH2OH
H
C
NH
H
C
OH
H
C
C
O
C
H
H C NH2
H C OH
C H
H C
(CH2)12
CH3
C18-sfingosina
sfingosina
+
Acido
grasso
=
ceramide
Sfingosina-1-fosfato OH
O
P
O
O
CH2
H C NH2
H C OH
H
sfingosina
C
C
H
CH3
H3C
+
N
O
H2
C
H2
C
O
CH3
P

O
O
phosphocholine
H2C
sphingosine
Sphingomyelin
OH
H
C
CH
NH
CH
O
C
fatty acid
R
HC
(CH2 )12
CH3
L’unico fosfolipide dei sfingolipidi è la Sfingomielina
I glicolipidi
Nei glicolipidi la molecola “portante” è la ceramide
(= sfingosina + acido grasso), ma la testa polare è data da un singolo monosaccaride
nei cerebrosidi
o da una catena ramificata di zuccheri nei gangliosidi
colesterolo
Il colesterolo un altro lipide della membrana rassomiglia molto poco ai
lipidi descritti sopra, essendo infatti solo una molecola anfipatica.
Comunque il colesterolo è un importante costituente della membrana
poiché ne modula le proprietà del doppio strato formato da lipidi a
doppia coda descritti prima
E’ il ciclopentano peridrofenantrene con 27 atomi di c e un OH in pos 3)
Il colesterolo
Il doppio strato lipidico di molte membrane cellulari è composto anche di colesterolo e glicolipidi
Le membrane cellulari
degli eucarioti contengno
un’elevata quantità di
colesterolo (fino ad una
molecola per fosfolipide)
formula
disegno
schematico
modello
space-filling
Le molecole di colesterolo si orientano con i gruppi
idrossili vicini alle teste polari dei fosfolipidi.
Il loro anello steroide rigido interagisce con le teste
immobilizzandole parzialmente
Il colesterolo rende il doppio strato meno deformabile diminuendone la permeabilità a piccole molecole solubili
Se da una parte il colesterolo rende il doppio-strato meno fluido, dall’altra (ad alte concentrazioni) impedisce
l’impaccamento e quindi la cristallizzazione
Il COLESTEROLO serve a mantenere fluide
le membrane (anche a basse T):
- impedisce il “congelamento” delle membrane;
- aumenta la flessibilità e la stabilità meccanica
La struttura e la funzione di tutte le
membrane cellulari dipende
fondamentalmente dai fosfolipidi e da
derivati degli steroidi.
Le specifiche funzioni di ciascuna
membrana dipendono soprattutto dal tipo
di proteine presenti su quella specifica
membrana
Molecole idrofobiche in acqua
le molecole d’acqua si organizzano in gabbie che circondano la molecola idrofobica

le “gabbie” sono strutture più ordinate dell’acqua circostante

la loro formazione aumenta l’energia libera

il costo di energia libera è minimizzato se le molecole idrofobiche “clusterizzano” in
modo da coinvolgere il numero minimo di molecole d’acqua nella formazione della
gabbia
Molecole anfipatiche
Le molecole Polari o idrofile sono solubili in acqua poichè formano
legami ad idrogeno con essa oppure interazioni di tipo ionico. Le
molecole Idrofobe o apolari non avendo gruppi ionici non possono
formare legami ad idrogeno. Inoltre la presenza di una molecola
apolare in acqua causa le molecole d'acqua stesse ad organizzarsi
attoreno alla molecola apolare per formare una struttura chiamata
CLATRATO.
Questa struttura causa un aumento di ordine nell'organizzazione
delle molecole d'acqua intorno ad essa con una corrispondente
diminuzione di entropia che termodinamicamente non favorisce il
processo. La combinazione di mancanza di favorevoli legami ad
Idrogeno tra le molecole apolari e l'acqua e una variazione
sfavorevole di Entropia spiegano perchè queste molecole apolari
hanno una bassissima solubilità in acqua.
Si definiscono molecole anfipatiche quelle molecole che hanno
una testa polare ed una coda idrofoba non polare
Tali molecole hanno una "crisi di identità" nel senso che con la coda
apolare non interagiscono favorevolemnete con l'acqua, mentre lo fanno
con la testa polare, crisi che viene risolta con la formazione di monostrati,
di micelle o di doppi strati.
Le molecole anfipatiche con una sola coda apolare
( sali di acidi grassi, detersivi) di solito formano le micelle,
mentre molecole con due code polari (fosfolipidi) formano i
doppi strati
che a loro volta formano strutture chiuse dette vescicole.
Le molecole anfipatiche a doppia coda apolare sono alla
base della struttura delle membrane cellulari
Interazioni dei fosfolipidi con l’acqua
1
2
LIPIDI in biochimica
I lipidi più importanti in biochimica umana sono:
ACIDI GRASSI
TRIGLICERIDI
LIPIDI DI MEMBRANA: FOSFOLIPIDI, GLICOLIPIDI e COLESTEROLO
ACIDI GRASSI = acidi carbossilici a lunga catena (C16-C18) saturi o
insaturi (senza o con doppi legami tra i carboni)
Gli acidi grassi sono il principale deposito di energia del nostro
organismo (125000 kcal contro le 1800 del glicogeno e le 25000 delle
proteine “consumabili”) e sono presenti soprattutto sotto forma di
trigliceridi, cioè esterificati al glicerolo.
Noi umani non siamo in grado di sintetizzare acidi grassi con doppi
legami vicini al metile terminale (w 3): questi acidi grassi insaturi sono
detti “essenziali” (linoleico e linolenico) e vanno assunti con la dieta.
ACIDI GRASSI…
I saponi sono acidi grassi a lunga catena salificati con Na+. I saponi in acqua
formano strutture sopramolecolari dette “micelle”: le code apolari degli acidi
grassi, che fuggono l’acqua, sono rivolte verso il centro della micella mentre la
testa polare (il gruppo carbossilico dissociato –COO-) è rivolto verso l’acqua
(interagisce con gli H parzialmente positivi dell’acqua). Il centro della micella è
apolare. Sostanza lipofile tenderanno a “sciogliersi” dentro la micella (il sapone
“scioglie” la macchie d’unto!).
Interazione proteine lipidi nella membrana
Porzione esterna (glicosilata)
con ponti disolfuro
Alfa elica destrogira
Dominio citoplasmatico
BIOMOLECOLE…
TRIGLICERIDI = esteri del glicerolo con 3 acidi grassi
I trigliceridi sono i grassi di
deposito del nostro organismo,
accumulati nel tessuto adiposo,
dentro gli adipociti. Il tessuto
adiposo è localizzato nel
sottocute e intorno agli organi
interni.
L’idrolisi dei trigliceridi ad acidi grassi e glicerolo (catalizzata dagli enzimi
lipasi) e la successiva ossidazione degli acidi grassi nei mitocondri sono la
fonte della maggior parte dell’energia prodotta ogni giorno dal nostro
metabolismo. L’ossidazione degli acidi grassi nel ciclo di Krebs richiede però
la presenza di OAA (dal glucoso)!
I trigliceridi non si sciolgono in acqua (non hanno alcuna parte polare nella
molecola), ma viaggiano nel sangue ricoperti da una guscio proteico, sotto
forma di chilomicroni e di particelle lipoproteiche (VLDV, LDL, HDL).
BIOMOLECOLE…
LIPIDI DI MEMBRANA
I lipidi di membrana comprendono:
FOSFOLIPIDI (fosfogliceridi e sfingomieline)
GLICOLIPIDI (cerebrosidi e gangliosidi)
COLESTEROLO
Formano strutture sopramolecolari chiamate doppi strati.
FOSFOGLICERIDI
Esteri del glicerolo con 2 acidi grassi e una “testa polare” contenente
fosfato (da cui il nome fosfogliceridi) che può essere: fosfoetanolammina, fosfo-serina, fosfo-inositolo o fosfo-colina.
FOSFOGLICERIDI…
FOSFOGLICERIDI…
L’inositolo può essere fosforilato in C4 e C5: l’idrolisi della testa polare da
parte dell’enzima fosfolipasi C (PLC) genera inositolo 1,4,5-triP (un
mobilizzatore di calcio intracellulare) e diacil glicerolo (DAG) che attiva la
cinasi PKC: DAG e IP3 sono secondi messaggeri intracellulari!
SFINGOMIELINE
Nelle sfingomieline, la molecola “portante” è la sfingosina (un
amminoalcol), cui sono legati un acido grasso e la testa polare (sempre
fosfocolina).
sfingosina
GLICOLIPIDI
Nei glicolipidi la molecola “portante” è di nuovo il ceramide (=
sfingosina + acido grasso), come nelle sfingomieline, ma la testa
polare è rappresentata da un singolo monosaccaride nei cerebrosidi o
da una catena ramificata di zuccheri nei gangliosidi. NON c’è il fosfato!
La “testa polare” è formata dallo zucchero o dalla catena di zuccheri.
BIOMOLECOLE…
COLESTEROLO = struttura a 4 anelli carbociclici condensati. Il
colesterolo è un componente importante delle membrane cellulari e dal
colesterolo il fegato produce i sali biliari (digestione e assorbimento dei
grassi alimentari).
L’unica parte polare della molecola è l’OH: nelle membrane
l’ossidrile si orienta verso la fase acquosa (intra- o extra-cellulare) e
il resto della molecola (che è planare) si infila in mezzo alle code
degli acidi grassi. Il colesterolo impedisce l’impaccamento delle
code degli acidi grassi e assicura fluidità alle membrane.
Nel plasma il colesterolo viaggia all’interno delle lipoproteine (HDL e
LDL).