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Dispense del Corso di Biofisica, Dipartimento di Fisica, Università di Cagliari. A.A.: 2014/2015. Docente: Dott. Attilio Vittorio Vargiu NB: Queste dispense non sostituiscono il materiale didattico suggerito a piè del programma!
Acidi grassi Catena alifatica atomi di carbonio terminante con carbossile (-COOH)
• Testa polare e coda idrofobica molecole amfipatiche
• La catena alifatica può essere satura o contenere uno o più legami doppi (carboni insaturi): conformazioni cis e trans (lineare come satura)
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Acidi grassi
Alcune nomenclature – Nomi comuni (es.: acidi palmitoleico, oleico, arachidico, ecc…)
– Nomenclatura sistematica IUPAC: il conteggio comincia dal carbonio dell’acido carbossilico, e si usa la notazione cis-/trans- o E-/Z-
(es.: (9Z,12Z,15Z,18Z)-octadecatetraenoic acid)
– Δx: legami doppi indicati da Δx ove x è il numero del carbonio a partire dal terminale carbossilico. Ogni doppio legame è specificato come cis o trans
(es: cis, cis, cis, cis-Δ9,Δ12,Δ15,Δ18-octadecatetraenoic acid)
– Nomenclatura n-x o ω-x: basata sulle proprietà biosintetiche delle molecole negli organismi animali. Il primo doppio legame a partire dal terminale metilico individua la classe senza
fornire ulteriori dettagli (es: n-3 o ω-3). È ambigua
– Numeri del lipide: forma C:D, ove C numero totale di atomi carbonio, e D numero di doppi legami. Ambigua, spesso accompagnata da n-x o Δx
(es: 18:3, 18:3ω6, 18:3, cis,cis,cis-Δ9,Δ12,Δ15)
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Alcuni acidi grassi insaturi
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Common name Chemical structure Δx C:D n−x
Myristoleic acid CH3(CH2)3CH=CH(CH2)7COOH cis-Δ9 14:1 n−5
Palmitoleic acid CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH cis-Δ9 16:1 n−7
Sapienic acid CH3(CH2)8CH=CH(CH2)4COOH cis-Δ6 16:1 n−10
Oleic acid CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH cis-Δ9 18:1 n−9
Elaidic acid CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH trans-Δ9 18:1 n−9
Vaccenic acid CH3(CH2)5CH=CH(CH2)9COOH trans-Δ11 18:1 n−7
Linoleic acid CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH cis,cis-Δ9,Δ12 18:2 n−6
Linoelaidic acid CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH trans,trans-Δ9,Δ12 18:2 n−6
α-Linolenic acid CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH cis,cis,cis-Δ9,Δ12,Δ15 18:3 n−3
Arachidonic acid CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3COOH cis,cis,cis,cis-Δ5Δ8,Δ11,Δ14 20:4 n−6
Eicosapentaenoic acid CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3COOH cis,cis,cis,cis,cis-
Δ5,Δ8,Δ11,Δ14,Δ17 20:5 n−3
Erucic acid CH3(CH2)7CH=CH(CH2)11COOH cis-Δ13 22:1 n−9
Docosahexaenoic acid CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)2COOH cis,cis,cis,cis,cis,cis-
Δ4,Δ7,Δ10,Δ13,Δ16,Δ19 22:6 n−3
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Alcuni acidi grassi saturi
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Acidi grassi • Molecole fondamentali per lo stoccaggio di energia
• Componenti di multi-gliceridi e fosfolipidi • Acidi grassi naturali hanno in genere numero pari di C (4-28)
• Acidi grassi essenziali: organismi animali devono assumerli da fonti esterne (cibo) perchè non in grado di sintetizzarli. Esempi sono gli acidi
grassi ω-3 e ω-6.
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Acido α-linolenico (ω-3) Acido linoleico (ω-6)
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Acidi grassi saturi più comuni
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• Catena corta (C:D 4:0/6:0) • Grassi del latte vaccino e derivati
• acido butirrico • acido esanoico
• Catena media (C:D 8:0/14:0)
• Oli tropicali (cocco, palma) • acido laurico (C12:0) (termine industriale: oli vegetali) • acido miristico (C14:0)
• Catena lunga (C:D ≥ C16)
• grassi animali e vegetali • acido palmitico (C16:0) • acido stearico (C18:0)
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Acidi grassi insaturi più comuni
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Catena lunga (C:D ≥ C16)
• acido oleico o acido cis-9-ottadecenoico (18:Δ9) • il più abbondante acido grasso presente sia
nei grassi animali che vegetali. • tipico dell’olio di oliva (di cui costituisce
l’80% degli acidi grassi).
• acidi grassi essenziali: linoleico, α-linolenico • precursori degli acidi polinsaturi a lunga
catena rispettivamente della serie n-6 (ω6) e della serie n-3 (ω3).
• Es.: acido eicosapentaenoico (ω3) nell’olio di pesce.
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Gliceridi
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Anche chiamati acilgliceroli, sono esteri formati da glicerolo e uno, due, o tre acidi grassi (mono-, di-, tri-gliceridi)
Glicerolo (alcool)
Monogliceride Digliceride Trigliceride
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Gliceridi
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• Mono e di-gliceridi detti parziali perchè non tutti gli idrossili vengono esterificati.
• Gliceridi parziali corti sono fortemente polari:
– Usati come eccipienti per aumentare la solubilità di alcuni farmaci.
– Usati come emulsionanti dall’industria alimentare.
• Trigliceridi contenuti nei grassi animali e vegetali.
– Componenti degli oli per la pelle.
– È presente nel sangue, e aiuta il trasferimento bidirezionale di grasso adiposo e glucosio dal fegato.
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Fosfolipidi
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Sotto classe dei lipidi, formati in genere da un 1,2-digliceride (glicerofosfolipidi o fosfogliceridi), un gruppo fosfato (in 3), e un gruppo alcolico (es. colina)
Testa polare, gruppo negativo e
coda idrofobica:
Molecole anfipatiche
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Glicerofosfolipidi
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Glicerofosfolipidi componenti principali delle membrane in tutti gli organismi
Acido fosfatidico (PA)
• Carica -1. • Precursore per la biosintesi di
molti altri lipidi. • Influenza la curvatura della
membrana fosfolipidica. • È un trasmettitore di segnali che
serve a reclutare proteine citosoliche presso la membrana appropriata alla loro funzione.
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Glicerofosfolipidi
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Glicerofosfolipidi componenti principali delle membrane in tutti gli organismi
Fosfatidiletanolamina (PE)
• Principale componente membrane batteriche.
• 25% di tutti i fosfolipidi nelle membrane cellulari.
• In genere un acido grasso saturo e l’altro insaturo (es.:
1-Palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine, POPE).
• Si trova principalmente nel leaflet interno delle membrane.
• Regola la curvatura membrana.
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Glicerofosfolipidi
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Glicerofosfolipidi componenti principali delle membrane in tutti gli organismi
Fosfatidilcolina (PC)
• Principale componente membrane animali.
• In genere un acido grasso saturo e l’altro insaturo (es:
1-Palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, POPC).
• Presente principalmente nel leaftlet esterno della membrana • Assente in quasi tutti i batteri.
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Glicerofosfolipidi
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Glicerofosfolipidi componenti principali delle membrane in tutti gli organismi
Fosfatidilserina (PS)
• Anionica a pH fisiologico. • Ruolo in cell-signaling.
• In condizioni normali tenuta nel leaflet interno dall’enzima flippase (altri fosfolipidi liberi di cambiare
orientazione). • Durante apoptosi la flippase cessa
attività, e PS sul leaflet esterno è un segnale per i macrofagi.
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Glicerofosfolipidi
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Glicerofosfolipidi componenti principali delle membrane in tutti gli organismi
Fosfatidilglicerolo (PG)
• Anionico a pH fisiologico. • Si trova in quasi tutti i batteri (es.:
20% delle membrane in E. coli). • Forma cardiolipina, la molecola
costitutiva della membrana mitocondriale interna.
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Sfingolipidi
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Sfingolipidi o glicosilceramidi: seconda classe più importante Contengono sfingoidi, un insieme di basi amino alcoliche tra le quali la più
frequente è la sfingosina
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Glicolipidi
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Lipidi a cui è legato un carboidrato. A seconda del gruppo intermedio si hanno glico (H), glicero-glico (glicerolo) e sfingo-glico (sfingosina) lipidi
• Fonte di energia • Segnale di riconoscimento molecolare
(carboidrati si trovano sulla superficie esterna delle membrane eucarioti) • Consentono adesione inter-cellulare e formazione di tessuti
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Steroli
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Derivati dello sterolo, composto policiclico formato da quattro anelli condensati (tre esa-anelli e un penta-anello).
• Gruppo alcolico in posizione tre sull'anello A, resto idrofobico lipidi anfipatici
• Catena ramificata sul C17 dell'anello D (precursori degli steroidi)
• Sottoclasse steroidi, chiamati anche alcol-steroidi
A B
C D
3
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Colesterolo
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È lo sterolo più importante sintetizzato dagli animali
• Componente strutturale di tutte le membrane animali: inserito fra due strati di fosfolipidi con il gruppo -OH vicino alle teste polari.
• Contribuisce a integrità strutturale e fluidità della membrana, e a diminuire permeabilità a piccole molecole idrosolubili.
• Aggrega con alcune proteine membrana cellulare formando vescicole in grado di trasportare il loro contenuto ai vari organuli cellulari.
• Precursore sinteri ormoni steroidei (es.: cortisone, testosterone) e vitamina D.
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Dalle molecole ai polimeri Strutture descritte composte da mattoni fondamentali
• Polimeri
– Polinucleotidi acidi nucleici (RNA, DNA)
– Polipeptidi proteine, filamenti
• Micelle, liposomi, membrane
• Strutture ibride ribosomi, peptidoglicano
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Polinucleotidi Catene di nucleotidi connessi tramite legami fosfodiesteri
La presenza dei gruppi idrossile e trifosfato in posizione 3’ del primo pentosio e 5’ dell’ultimo nucleotide rende i polinucleotidi macromolecole polari.
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Polinucleotidi: DNA DNA acido deossiribonucleico, contenente deossiribosio
– Sequenza basi DNA costituisce informazione genetica per codifica proteine.
– DNA può essere visto come memoria di sola lettura.
– In ogni cellula informazione contenuta nei cromosomi ~1.5Gb!
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Polinucleotidi: RNA RNA acido ribonucleico, contenente ribosio
– Componente fondamentale nella vita cellulare.
– ribosomal, messenger, transfer RNA (rRNA, mRNA, tRNA) essenziali per traslazione informazione genetica genoma (sequenza delle basi del DNA).
– Materiale genetico in organismi primitivi (Virus).
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RNA vs. DNA
• I due gruppi idrossili del ribosio consentono di formare due legami covalenti. Cruciale quando mRNA maturo viene assemblato rimuovendo gli
introni e unendo gli exoni (splicing).
• H più stabile di OH in soluzioni acquose, meno soggetto a attacchi idrofilici.
• DNA più stabile di RNA, probabilmente ragione del suo uso come polimero per lo stoccaggio materiale genetico negli organismi evoluti.
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Perché OH in RNA e H in DNA?
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Perché T al posto di U nel DNA?
• La metilazione protegge il DNA dalla degradazione causata dagli enzimi nucleasi (in particolare da quelle di agenti esterni patogeni).
• C può de-aminare spontaneamente convertendosi in U. Se U fosse utilizzata nel DNA, enzimi riparatori non distinguerebbero U corrette
(accoppiate ad A) da quelle non legittime (accoppiate a G).
U, H group, RNA T, CH3 group, DNA
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RNA vs. DNA
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Perché T al posto di U nel DNA?
• A seconda dell’orientazione, U può formare coppie con tutte le altre basi e con se stessa (vmd).
• La presenza di CH3 aumenta l’idrofobicità e la repulsione con i gruppi idrofilici, diminuendo la possibilità di mismatch nell’accoppiamento fra
nucleobasi.
U, H group, RNA T, CH3 group, DNA
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RNA vs. DNA