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 SFINGOMIELINA SFINGOLIPIDI GLICOLIPIDI Lipidi di membrana polari e anfipatici fosfogliceridi 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! )

ac. esanoico6 ac. capronico ac. pentanoico5 ac. valerianico ac. butanoico4 ac. butirrico ac. propanoico3 ac. propionico ac. etanoico2 ac. acetico ac. metanoico1 ac. formico ac. tetradecanoico14 ac. miristico ac. decanoico10 ac.caprinico ac. ottanoico8 ac. caprilico nome IUPAC nome corrente N. atomi C ac. esadecanoico16 ac. palmitico ac. ottadecanoico18 ac. stearico

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). formula di struttura di un lipide insaturo Lipidi semplici( acidi grassi) Fluidità = f(n,m)= f(lunghezza, grado di saturazione)

Acido Grasso 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 Formula strutturale Forma ionizzata modello Ball-and-stick modello Space-filling

ac. miristico (n=12) ac. palmitico (n=14) ac. stearico (n=16) ac. arachico (n=18) ac. beenico (n=20) ac. lignocerico (n=22) Acidi grassi saturi CH 3 (CH 2 ) n C O OH

O HOHO C H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H coda idrofobica testa idrofilica

acido oleico 18:1 (  -9) Gli acidi grassi insaturi naturali hanno configurazione cis cis del doppio legame acido oleico  carbonio 

Nei lipidi gli acidi grassi sono legati al glicerolo (con legame estereo) o alla sfingosina (con legame ammidico)

Gliceridi I gliceridi sono prodotti di esterificazione del glicerolo con acidi grassi

glicerolo C CH 2 O COR CH 2 OH HO H monogliceride C CH 2 O CH 2 OCOR HO H digliceride C CH 2 O COR CH 2 OCOR RCOO H 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.

Ciascun doppio legame forma un ginocchio nella coda. Principali lipidi di membrana: fosfolipidi, glicolipidi e colesterolo I più abbondanti sono i fosfolipidi Esempio di fosfolipide: la fosfatidilcolina

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

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) 4 sono i principali fosfolipidi della membrana cellulare di molti mammiferi: fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina, fosfatidilcolina, and sfingomielina.

C18-sfingosina CH 2 OH CNHH COHH C C O C H H sfingosina Acido grasso ceramide SFINGOLIPIDI

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

C18-sfingosina CH 2 OH CNHH COHH C C O C H H sfingosina Acido grasso ceramide + =

sfingosina Sfingosina-1-fosfato CH 2 CNH2H2 H COHH C C H H O POO OH

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

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) colesterolo

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 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 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 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

 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 idrofobiche in acqua le molecole d’acqua si organizzano in gabbie che circondano la molecola idrofobica

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. Molecole anfipatiche

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

12

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 ( kcal contro le 1800 del glicogeno e le 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 (  3): questi acidi grassi insaturi sono detti “essenziali” (linoleico e linolenico) e vanno assunti con la dieta.

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!). ACIDI GRASSI…

Alfa elica destrogira Porzione esterna (glicosilata) con ponti disolfuro Dominio citoplasmatico Interazione proteine lipidi nella membrana

TRIGLICERIDI = esteri del glicerolo con 3 acidi grassi BIOMOLECOLE… 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). 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.

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: fosfo- etanolammina, fosfo-serina, fosfo-inositolo o fosfo-colina. BIOMOLECOLE…

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! FOSFOGLICERIDI…

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.

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). BIOMOLECOLE… 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).