1

Metabolismo dei lipidi

2

Funzione centrale dei lipidi nel metabolismo energetico

1)Assorbimento e trasporto degli acidi grassi

1) Ossidazione degli acidi grassi

2) sintesi degli acidi grassi e del colesterolo

3

Inserimento degli

acidi grassi

nel metabolismo

4

formule di struttura di alcuni acidi grassi C18

5

TRIACILGLICEROLI ( O TRIGLICERIDI)

6

I triacilgliceroli ( = grassi o trigliceridi)

costituiscono il 90% circa dei lipidi della

dieta e sono la principale forma di accumulo

di energia metabolica negli esseri umani.

7

8

STRUTTURA SCHEMATICA DI UN FOSFOLIPIDE

L’alcol può essere il glicerolo ( alcol a tre atomi di carbonio ), o etanolamina, colina, serina, inositolo.

9

Azione delle fosfolipasi

potente detergente chedistrugge le membranecellulari

(nei veleni di api eserpenti)

FOSFOLIPIDI DI MEMBRANA

Sono sintetizzati nel reticolo endoplasmatico e distribuiti agli organelli cellulari da specifiche proteine PLEP Phospholipid Exchange Proteins, che hanno la funzione di introdurre o scambiare i fosfolipidi nelle membrane cellulari, che non possiedono il sistema enzimatico per la sintesi completa dei fosfolipidi e quindi devono acquistarli dal RE.

Glicerol-fosfolipide

Glicerofosfolipidi (PtdEtn, PtdCho)C1= acidi grassi saturiC2= acidi grassi insaturi a catena lungaC3= teste polari (Etn, Cho) che vengono attivate prima di essere attaccate al lipide

Biosintesi della fosfatidiletanolamminae della fosfatidilcolina o lecitina.

fosforilazione del gruppo –OHdella colina

il gruppo fosfato della fosfoetanolammina odella fosfocolina attacca il CTP, formando iderivati del CDP (=esteri fosforici attivatidel gruppo della testa polare)

il gruppo C3 OH del diacilglicerolo attaccail gruppo fosforico della CDP-Etn o dellaCDP-Cho attivate, liberando CMP e formando il corrispondente glicerofosfolipide

Sia la fosfatidilcolina che la fosfotidiletanolminapossono reagire con la serina libera attraverso una reazione di scambio di base che porta alla formazione della fosfotidilserina da un lato della base libera, colina o etanolamina.

LA DIPALMITOILFOSFATIDILCOLINA

• diminuisce la tensione superficiale del sottile strato acquoso nei polmoni

• la carenza di questa sostanza causa il collasso dei polmoni durante la fase dell’ espirazione

I Fosfolipidi funzionano come sostanze surfattanti

16

17

I Plasmalogeni

Sono una sottoclasse degli glicerofosolipidi

Presentano un legame etere al C-1 del glicerolo

Sono i lipidi più abbondanti nelle :membrane mitocondrialinel tessuto nervoso nel tessuto muscolare

19

Presentano come struttura centrale un ammino-alcol a catena lunga la sfingosina che si

forma dalla serina più palmitato per condensazione e decarbossilazione ossidativa

La sfingosina n-acetilata forma la N-acil-sfingosina o ceramide

Il ceramide è lo scheletro della sfingomielina (nella mielina che circonda e isola gli assoni)

dei glicosfingolipidi (cerebrosidi e gangliosidi)

un’altra classe di lipidi di membrana

Derivati dall’aminoalcol a 18 atomi di C

GLICOSFINGOLIPIDI

-CEREBROSIDI: ceramidi la cui testa polare è costituita da un singolo residuo glucidico.

-GANGLIOSIDI: ceramidi oligosaccaridi contenenti acido sialico

Sintesi:1) sintesi della sfingosina (palmitoil CoA + serina)2) attacco di carboidrati sul gruppo OH del C1della sfingosina (ceramide)

reazione di condensazione PLP-dipendente: chetosfinganina

reazione di riduzione:sfinganina

trasferimento di un gruppo acile da un acil CoA alla sfinganina:acil-sfinganina

ossidazione FAD dipendente:ceramide

Biosintesi del ceramide

PtdCho dona il suo gruppo fosfocolina al ceramide

sfingomielina(componentedella guaina mielinica)

UDP-glucosio donail glucosio cerebroside

ganglioside

CERAMIDE

cateneoligosaccaridiche

sostituito

In tutti gli sfingolipidi:

-il gruppo amminico è acilato-il gruppo ossidrilico terminale è sostituito

acilato

(oligosaccaridi legati al gruppo -OH terminale)

26

I GANGLIOSIDIsono glicosfingolipidi complessi e costituiscono una frazione significativa dei lipidi del cervello.

Gangliosidi

Sono glicolipidi identificati in alte concentrazioni nelle cellule dei gangli del sistema nervoso.

In genere, nelle cellule del sistema nervoso, oltre il 50% dell’acido sialico è presente sotto forma di Gangliosidi

La sigla GM identifica un ganglioside con un solo residuo di acido sialico.

Il numero che segue alla sigla GM, per esmpio GM1 si riferisce alla struttura dell’oligosaccaride

Il ganglioside GM1

contiene 5 monosaccaridi legati al ceramide

1 glucosio2 di galattosio1 N-acetil galattosammina1 N-acetil neuramminato

Gangliosidi come recettori di agenti tossici.

-un ganglioside specifico della mucosa intestinale media l’azione dela tossina del colera, del tetano e di virus influenzali.

Ruolo informazionale

-nelle interazioni cellula-cellula, come elementi di riconoscimento sulla superficie cellulare.

La sindrome di sofferenza respiratoria e

la malattia di Tay-Sachs sono causate

da un’alterazione del metabolismo dei lipidi.

Gli sfingolipidi vengono degradati nei lisosomida una serie di reazioniidrolitiche mediate da enzimi.

Un difetto ereditario in uno di questi enzimi determina una malattia da accumulo di sfingolipidi

Malattia di Tay-Sachs

deficienza autosomica recessiva diesosamminidasi A

accumulo nei neuroni di GM12 sotto forma di inclusioni simili a conchiglie

i bambini nati con la malattia non mostrano anormalità fino ad 1 anno

successivamente: ritardo mentale, cecità e morte all’età di circa 3 anni

un dosaggio sierologico identifica i potenziali portatori

Malattia di Gaucher

accumulo di glucocerebroside nei tessuti, inizialmente nei lisosomi e successivamente in tutti i compartimenti cellulari ed extracellulari.

a causa della mancanza dell’enzima glucocerebrosidasinon può avvenire l’idrolisi in glucosio e cerebroside

Idrolisi enzimatica dei legami glicosidici

GM1 gangliosidosiTay-Sachs

Gaucher

Tra gli organi coinvolti: cervello, fegato e milzaSegno di riconoscimento: accumulo di lipidi nei lisosomi

Malattia di Gaucher

Descrizione clinica

Tipo 1 coinvolgimento scheletrico e presenza di macrofagi gonfi di lipidi nel midollo osseo

aumento di fegato e milzaassenza di sintomi neurologici

Tipo 2 danno neurologico evidente entro i primi 2 anni di vita

Tipo 3 insorgenza giovanile con problemi neurologici e scheletrici progressivi

40

Digestione dei lipidi, assorbimento e trasporto

41

42

1- Gli acidi biliari ( = Sali biliari) sono molecole anfipatiche.

2- Sono derivati del colesterolo.

3- FEGATO (sintesi)CISTIFELLEA (conservazione))INTESTINO TENUE (secrezione)

43

Strutture dei principali acidi biliari e dei loro coniugati con la glicina e la taurina

44

Poiché i triacilgliceroli sono insolubili in acquae gli enzimi digestivi sono solubili in acqua,la digestione dei triacilgliceroli avviene all’interfacciatra lipide e acqua

Velocità di digestione dei triacilgliceroli:

Movimenti peristaltici

Azione emulsionante degli acidi biliari

45

La lipasi pancreatica:

- catalizza l’idrolisi dei TG nelle posizioni

1 e 3, formando 1,2-diacilgliceroli e 2-acilgliceroli

-la sua attività aumenta quando essa è in contatto con

l’interfaccia lipide-acqua

(ATTIVAZIONE PER INTERFACCIA)

46

Meccanismo di attivazione della triacilglicerolo lipasi

Il legame all’interfaccialipide-acqua necessita della colipasi pancreatica

complessolipasi-colipasi

coperto da un’elica “coperchio”in assenza di micelle lipidiche

esposizione del sito attivo

47

Meccanismo di azione della fosfolipasi A2che contiene un canale idrofobico .

Anche altre lipasi catalizzano reazioni a livello delle interfacce

48

La miscela di acidi grassi e di mono- e diacilgliceroli

prodotti dalla digestione lipidica viene assorbita

dalle cellule che rivestono l’intestino tenue (= mucosa

intestinale).

49

All’interno delle cellule intestinali gli acidi grassi formano complessi con la proteina che lega gli acidi grassi intestinali (I-FABP)(aumento di solubilità e protezione dall’effetto detergente)

I-FABP

Palmitato

50

Le principali lipoproteine del plasma hanno struttura globulare

(all’interno, segregatidall’ambiente acquoso)

hanno 2 ruoli:

solubilizzare i lipidi idrofobici

trasportare segnali alle cellule

51

Combinazioni diverse di lipidi e proteine generano particelle con differente densità:

Ogni classe di lipoproteine ha una sua funzione specificadeterminata dal suo sito di sintesi, dalla sua composizione in lipidi e apolipoproteine.

52

Impacchettati dentro le lipoproteine, trigliceridi ed esteri del colesterolo vengono trasportati ai tessuti:

trigliceridi

tess. adiposo (conservati)

tess. muscolare(scheletrico e cardiaco)

(ossidati)

esteri del colesterolo a tutte le cellule

-costituente delle membrane-sintesi acidi biliari-sintesi ormoni steroidei

dopo idrolisi:

53La struttura molecolare dei chilomicroni

Gli acidi grassi assorbiti dalla mucosa intestinale vengono convertiti in triacilgliceroli e impacchettati nei chilomicroni

attiva la lipoproteina lipasi neicapillari del tess. adiposo, del muscolo scheletrico, tess. della ghiandola mammaria

54

Poiché la utilizzazione di chilomicroni da parte dei vari

tessuti richiede la preliminare idrolisi dei trigliceridi

è la lipoproteina lipasi dei vari distretti tissutali che

decide il loro destino.

condizioni ipercaloriche lipoproteina lipasidel tess. adiposo

condizioni di digiuno lipoproteina lipasi dei muscoli

55

clatrina

56

Ossidazione degli acidi grassi

(nei mitocondri)

57

Attivazione degli acidi grassi (nel citosol)

Acido grasso + CoA + ATP Acil-CoA + AMP + PPi

Meccanismo di attivazione catalizzato dall’acil CoA sintetasi

58

Trasporto attraverso la membrana mitocondriale

Un acil-CoA a catena lunga non può attraversare direttamente la membrana mitocondriale interna

59

(CH3)3N-CH2-CH-CH2-COO-

OH

R-C-SCoA

O

+

Carnitina palmitoil transferasi

(CH3)3N-CH2-CH-CH2-COO-

R-C-O-

O

+ H-SCoA

Acil-carnitina

60

DEFICIT di CARNITINA TRANSFERASI O TRANSLOCASI

• I sintomi vanno da lievi crampi muscolari a debolezza di grado elevato e persino alla morte

• Il tessuto muscolare il rene e il cuore sono i tessuti principalmente interessati

• La debolezza muscolare durante un esercizio fisico prolungato è un’importante caratteristca di una carenza di carnitina acil transferasi piochè il il tessuto muscolare fa affidamento sugli acidi grassi come sorgente di energia a lungo termine

In questi pazienti gli acidi grassi a catena media( C8-C10 non richiedono la carnitina per entrare nei mitocondri , che quindi sono ossidati normalmente

61

β- ossidazione dell’acil-CoA

62

La ββββ-ossidazione avviene mediante quattro reazioni:

1) Formazione di un doppio legame trans-α,β mediata dalla deidrogenazione catalizzata dal flavoenzima acil CoAdeidrogenasi

ETF rid

ETF oss

ETF ubichinoneossidoreduttasi oss

ETF ubichinoneossidoreduttasi rid

ETF= flavoproteina che trasferisce gli elettroni

L’acil CoA deidrogenasi è legata alla catena di trasporto degli elettroni

63

i

2) Idratazione del doppio legame da parte dell’ enoil-CoA idratasi

64

3) Deidrogenazione dipendente da NAD+ mediata dalla 3-L-idrossiacil-CoA deidrogenasi

65

4) Rottura del legame Cαααα-Cββββ in una reazione di tiolisi in presenza di CoA catalizzata dalla ββββ-chetoacil-CoAtiolasi

66

L’ossidazione degli acidi grassi è un processo altamente esoergonico

Da ogni ciclo: 1 molecola di NADH1 molecola di FADH2

1 acetil CoA (la sua ossidazione nel ciclo di Krebs produce:

1 FADH2 e 3 NADH)Ossidazione del palmitoil CoA (C16):

7 cicli di ossidazione 7 FADH2, 7 NADH, 8 acetil CoA

8 acetil CoA 8 GTP, 24 NADH, 8 FADH2

TOTALE: 31 NADH, 15 FADH2

67

TOTALE: 31 NADH, 15 FADH2

Fosforilazione ossidativa

93 ATP 30 ATPTOTALE: 123 ATP +

8 GTP

---------------

131 ATP

Sottraendo i 2 ATP necessari alla sintesi dell’acil-CoA:

L’ossidazione di una molecola di palmitato porta ad una resa netta di

129 molecole di ATP

68

Metabolismo dei lipidi

69

(contengono doppi legami cis quasi sempre C9-C10)

Problema 1: un doppio legame β,γ

dopo il terzo ciclo di ossidazione il risultante enoilCoA contiene un doppio legame cis che non è substrato dell’enoil CoA idratasi.

Problema 2: al quinto ciclo di ossidazione la presenza di un doppio legame a livello di un atomo di C pari

porta alla formazione di un 2,4 dienoil CoA che non è un buon substrato dell’enoil CoA idratasi

OSSIDAZIONE DEGLI ACIDI GRASSI INSATURI

70

Per degradare gli acidi grassi insaturiinsaturi sono necessari soltanto due enzimi addizionali

71

doppio legame cis

isomerasi

doppio legame trans

enoil idratasi

idrossiacil CoAracemasi

72

Ossidazione degli acidi grassi a catena dispari

si forma propionil CoA che

viene convertito in

succinil CoA

Ciclo dell’acido citrico

73

Il succinil CoA non viene direttamente consumato dal ciclo dell’acido citrico ma viene prima convertito in piruvato e poi in acetil CoA

74

Il propionil CoA che proviene dall’ossidazione degli cidi grassi a numero DISPARI di atomi di carbonio nonché da alcuni amminoacidi, viene convertito a succinil CoA un intermedio del ciclo di

Krebs

La metil malonil CoA mutasi utilizza

un gruppo prostetico 5’ deossiadenosilcobalammina,

un derivato della vitamina B12

metil malonil CoA

carbossilasi

metil malonil CoAepimerasi metil malonil CoA

mutasi

75

Deficienza di vit. B12= anemia perniciosa

-diminuizione del numero dei globuli rossi-deterioramento neurologico

nell’intestino, la glicoproteina fattore intrinseco (che vienesecreta dallo stomaco) si lega specificamente alla vit.B12e il complesso viene assorbito dalla mucosa intestinalemediante un recettore.

Il complesso si dissocia e la vit.B12 è trasportata nel circolosanguigno legata a proteine plasmatiche dettetranscobalamine.

Insufficiente secrezione di fattore intrinseco piuttosto che una deficienza nella dieta.

76

Gli acidi grassi vengono ossidati anche nei perossisomi

( fegato, rene , tessuto adiposo, muscolo cardiaco e scheletrico )

Questi organelli sono caratterizzati da elevate concentrazioni dell’ enzima catalasi

La prima deidratazione richiede una flavoproteina deidrogenasi che trasferisce

elettroni all’O 2 per formare H 2O 2

Gli acil-CoA accorciati, dopo rilascio dai perossisomi, vengono trasformati in acil-

carnitina ed accedono alla ββββ ossidazione mitocondriale

Gli acetil-CoA vengono utilizzati per la sintesi degli acidi grassi o del colesterolo nel

citoplasma

77

La ωωωω-ossidazione

• avviene negli acidi grassi a media catena che vengono ossidati a livello del -CH3 ( ωωωω ) terminale

• il processo è catalizzato da una monoossigenasi microsomialeche richiede O2 NADPH (H+) e il citocromo P450 che trasforma gli acidi grassi monocarbossilici in acidi grassi αααα,ββββ-bicarbossilici

• questi possono essere accorciati nel processo della ββββ-ossidazione

In alcune malattie congenite da deficienza di enzimi della β β β β-ossidazione e nelle uirne di soggetti chetosici, si può

riscontrare la presenza di questi acidi bicarbossilici: acidosi chetosica dicarbossilica

78

ACIDI GRASSI A CATENA RAMIFICATA

• è’ un processo ossidativo che richiede l’azione combinata della αααα e della ββββ-ossidazione

• interessa in particolare l’acido fitanico che si forma nell’organismo per ossidazione del fitolo componenete della clorofilla presente nelle verdure e nel latte bovino

• Il morbo di Refsum è un difetto genetico in cui è assente la

monossiggenasi fitanato αααα-idrossilasi.L’acido fitanico si accumula negli arti e nei tessuti soprattutto nel tessuto cerebrale, con perdita dell’olfatto, emeralopia, sordità e sintomi neurologici ( tremori e atassia ).

79

80

Sintesi deicorpi chetonici

(nei mitocondri epatici)

81

Corpi chetonici: carburanti metabolici alternativi

per cuore, muscolo e, nel digiuno, per il cervello

CERVELLO: durante il digiuno i corpi chetonici costituiscono unimportante surrogato del glucosio.

82

Formazione dei corpi chetonici

• nello stato di digiuno l’ossalacetato viene consumato per formare glucosio (via glucogenetica ) e quindi non è disponibile per la condensazione con l’acetil CoA

L’acetil CoA viene deviato verso la formazione di acetoacetatoe di D-3-idrossibutirrato

L’acetoacetato, il D-3-idrossibutirrato e l’acetone sono i corpi chetonici

83

Chetogenesi

H

OH

O

3

ββββ-idrossibutirrato acetone

riduzione decarbossilazione

84

Conversione metabolica dei

corpi chetonici in

acetil CoA

reazione di attivazionedell’acetoacetato

85

In alcuni tessuti i corpi chetonici sono un importante combustibile

• Sono una forma idrosolubile, trasportabile di unità acetile

• Le due molecole di acetile che si formano possono entrare nel ciclo dell’acido citrico

• I corpi chetonici sono utilizzati prevalentemente dal muscolo e dalla corteccia renale. Il cervello si adatta ad usare l’acetoacetato durante il digiuno e nello stato diabetico.

86

PATOLOGIE DA ELEVATA CONCENTRAZIONE DEI CORPI CHETONICI

• La più comune è la chetosi diabetica nei pazienti affetti da diabete mellito insulino-dipendente

• L’assenza di insulina ha due importanti conseguenze biochimiche:

1. Il fegato non è in grado di assorbire il glucosio e di fornire ossalacetato per processare l’ acetilCoA derivato dagli acidi grassi

2. Il fegato produce grandi quantità di corpi chetonici, che sono acidi moderatamente forti che causano uno stato di acidosi di grado elevato

87

disponibilità di ossalacetato

NADH/NAD+

88

DA RICORDARE

I grassi bruciano al fuoco dei carboidrati

Il motivo sta nel fatto che l’entrata dell’acetilCoA (proveniente dall’ossidazione degli acidi grassi) nel ciclo dell’ acido citrico, avviene soltanto se la degradazione dei grassi e quella dei carboidrati sono bilanciate in modo appropiato: l’entrata dell’ acetil CoA nel ciclo dipende dalla disponibilità di ossalacetato per la formazione di citrato

89

IMPORTANTI ACIDI GRASSI

Acido stearico 18:0

Acido linoleico 18: 2(9,12)Acido oleico 18: 1(9)

Acido linolenico 18:3 (9,12,15)

L’acido linoleico è particolarmente importante poiché viene convertito, attraverso una serie di allungamenti e desaturazioni in acido arachidonico, un precursore della sintesi delle prostaglandine e altri eicosanoidi

Essi sono indispensabili:1) per la produzione di energia

2) per la formazione delle membrane cellulari

3) per il trasferimento dell'ossigeno dall'aria al sangue

4) per la sintesi di emoglobina

5) per la funzione delle prostaglandine

6) per il corretto equilibrio ormonale

7) per la produzione ormonale (ad esempio del testosterone).

La carenza di questi acidi produce astenia, pelle secca, deficit immunitario, ritardo della crescita, sterilità.

�L’organismo non riesce a produrre gli acidi grassi essenziali linoleico e linolenico.

�I grassi omega-3 si trovano nei pesci grassi, come il salmone, mentre quelli omega-6 in oli quali: l'olio di lino spremuto a freddo, l'olio di mais, di soia e di girasole.

�Gli acidi omega-3 aiutano persino a difendere il cervello dai disturbi da deficit di attenzione

L’acido arachidonico può essere sintetizzato dall’acido linoleico se esso è fornito all’organismo in quantitàsufficiente dalla dieta.

92

Desaturazione dell’acido linoleico

18:2(9, 12) acido linoleico

18:3 (6,9,12) ac.γγγγ-linoleico

2CO2

20:3(8,11,14)

20:4(5,8,11,14) ac.arachidonico

O2

2H2O

NADPH(H)+

NADP

L’uomo è incapace di desaturareun acido monomerico nella porzione della catena compresa fra doppio legame ed estremità metilica (ω) per cui devono essere introdotti con la dieta e quindi sono essenziali:

L’acido linoleico

L’acido linolenico

NAPH(H)+ NADP+

O2 2H2O

l'acido linoleico (un acido 6 omega) l'acido linolenico (un acido 3 omega).

93

L’ARACONOIDATO E’ IL PRINCIPALE PRECURSORE DEGLI ORMONI EICOSANOIDI ( prostaglandine, prostacicline,

trombossani )

L’arachidinato può essere convertito in leucotrieni per azione

della lipossigenasi

Questi composti scoperti inizialmente nei leucociti, contengono tre doppi legami coniugati

ciclo-ossigenasi

FANS-

CORTICO-STEROIDI - -

94

derivano dall’acido arachidonico

Sono coinvolti nelle produzione di dolore e febbre, nellaregolazione della pressione sanguigna, della coagulazione del sangue e della riproduzione

L’aspirina inibisce la sintesi delle prostaglandine

Gli eicosanoidi

95

Confronto tra β-ossidazione e biosintesi degli acidi grassi

Riassunto schematico del metabolismo lipidico

Siti di regolazione del metabolismo degli acidi grassi

1

2

3

Il malonil CoA inibisce il

trasportatore

carnitina transferasi.

Il rapporto glucagone/insulinadetermina la velocità e la direzione del metabolismo degli acidi grassi

4

5

6

98

• La sintesi e la degradazione degli acidi grassi sono regolate reciprocamente

• Il malonil CoA inibisce la carnitina acil transferasi I impedendo l’accesso degli acil CoA alla matrice mitocondriale nei momenti di abbondanza

• Nello stato di digiuno la concentrazione degli acidi grassi liberi aumenta poiché ormoni quali l’adrenalina e il glucagonestimolano la lipasi delle cellule adipose

REGOLAZIONE GLOBALE

1

99

• Nel controllo a lungo termine si ha la modulazione della sintesi degli enzimi coinvolti nella sintesi degli acidi grassi:

Citrato liasi,enzima malico,l’acetil-CoA carbossilasi, l’acido grassi sintasi

Il contenuto epatico di questi enzimi, che hanno tutti una breve

emivita diminuisce a digiuno e nel diabete insulino privo, aumentain seguito a somministrazione di glucosio e insulina con:

aumento dei glucidi

Stimola la biosintesi degli enzimi della lipogenesi

conversione dei glucidi in lipidi

2

Il controllo dell’equilibrio energetico, e quindi dell’adiposità, è attuato attraverso l’integrazionedi diversi fattori:

fattori geneticifattori ambientali