CARDIOLIPINA: STRUTTURA, SINTESI, FUNZIONI - BIOLOGIA - 2025

La cardiolipina, nota anche come difosfatidilglicerolo, è una famiglia dei glicerofosfolipidi lipidici e il gruppo dei poliglicerofosfolipidi. Si trova nella membrana mitocondriale di organismi eucarioti, nella membrana plasmatica di molti batteri e anche in alcuni archei.

Fu scoperto da Pangborn nel 1942 dall'analisi dei lipidi di membrana del tessuto cardiaco di un bovino. La sua struttura fu proposta nel 1956 e la sintesi chimica avvenne circa 10 anni dopo.

Struttura della cardiolipina (Fonte: Edgar181 tramite Wikimedia Commons)

Alcuni autori ritengono che la sua presenza sia limitata alle membrane che producono ATP, come nel caso dei mitocondri negli eucarioti, delle membrane plasmatiche nei batteri e degli idrogensomi (organelli simili ai mitocondri) in alcuni protisti.

Il fatto che la cardiolipina si trovi nei mitocondri e nella membrana plasmatica dei batteri è stato utilizzato per rafforzare le basi della teoria endosimbiotica, secondo la quale i mitocondri sono sorti nelle cellule progenitrici degli eucarioti dalla fagocitosi di un batterio, che poi è diventato dipendente dalla cellula e viceversa.

Il suo percorso biosintetico negli animali è stato descritto tra il 1970 e il 1972 e in seguito è stato dimostrato che è lo stesso percorso che si verifica nelle piante, nei lieviti, nei funghi e negli invertebrati. Non è un lipide molto abbondante, ma le cellule lo richiedono per funzionare correttamente.

L'importanza di questo fosfolipide per i mitocondri e, quindi, per il metabolismo cellulare, è evidente quando il malfunzionamento delle vie metaboliche ad esso associate produce una patologia umana nota come sindrome di Barth (miopatia cardio-scheletrica).

Struttura

La cardiolipina o difosfatidilglicerolo è composta da due molecole di acido fosfatidico (il fosfolipide più semplice) legate tra loro tramite una molecola di glicerolo.

L'acido fosfatidico, uno degli intermedi comuni nelle vie biosintetiche di altri fosfolipidi, è costituito da una molecola di glicerolo 3-fosfato, a cui vengono esterificate due catene di acidi grassi nelle posizioni dei carboni 1 e 2, quindi è anche noto come 1,2-diacilglicerolo 3-fosfato.

Pertanto, la cardiolipina è composta da tre molecole di glicerolo: un glicerolo centrale, attaccato a un gruppo fosfato al carbonio 1, un altro gruppo fosfato al carbonio 3 e un gruppo idrossile al carbonio 2; e due gliceroli "laterali".

Le due molecole di glicerolo "laterali" sono attaccate alla molecola centrale da "ponti di glicerolo" attraverso i loro carboni in posizione 3. In corrispondenza degli atomi di carbonio nelle posizioni 1 e 2, due catene di acidi grassi di lunghezza e saturazione vengono esterificate. variabile.

La cardiolipina è un lipide che può o meno formare doppi strati, a seconda della presenza o dell'assenza di cationi bivalenti. Ciò è legato al fatto che è una molecola simmetrica, il che la rende importante nelle membrane che sono responsabili dei processi di trasduzione dell'energia.

Come gli altri lipidi del gruppo dei poliglicerofosfolipidi, la cardiolipina ha diversi gruppi idrossilici che possono servire per il legame degli acidi grassi. Pertanto, ha più stereoisomeri posizionali.

I tuoi acidi grassi

Diversi studi hanno determinato che gli acidi grassi attaccati alle molecole di glicerolo laterali della cardiolipina sono tipicamente insaturi, ma il grado di insaturazione non è stato determinato.

Quindi, tali acidi grassi possono avere una lunghezza di 14-22 atomi di carbonio e 0-6 doppi legami. Questo e il fatto che la cardiolipina abbia quattro molecole di acidi grassi collegate, implica che ci possono essere molteplici variabili e combinazioni di questo fosfolipide.

Sintesi

La biosintesi della cardiolipina, come ci si potrebbe aspettare, inizia con la sintesi di acido fosfatidico o 1,2-diacilglicerolo 3-fosfato da glicerolo 3-fosfato e acidi grassi. Questo processo si verifica nei mitocondri degli eucarioti e nella membrana plasmatica dei batteri.

Sintesi negli eucarioti

Dopo essere stato formato, l'acido fosfatidico reagisce con una molecola ad alta energia analoga all'ATP: CTP. Quindi si forma un intermedio, anche di alta energia, noto come fosfatidil-CMP. Il gruppo fosfatidile attivato viene trasferito al gruppo idrossile nella posizione C1 della molecola centrale di glicerolo che funge da spina dorsale.

Questo processo si traduce in una molecola chiamata fosfatidilglicerofosfato, che viene idrolizzato per produrre fosfatidilglicerolo. Questo riceve un altro gruppo fosfatidile attivato da un'altra molecola di fosfatidil-CMP, una reazione catalizzata da una fosfatidiltransferasi nota anche come cardiolipina sintasi.

L'enzima cardiolipina sintasi risiede nella membrana mitocondriale interna e sembra formare un grande complesso, almeno nel lievito. Il suo gene è espresso in grandi quantità nei tessuti ricchi di mitocondri come il cuore, il fegato e il muscolo scheletrico dei vertebrati.

La regolazione della sua attività dipende, in larga misura, dagli stessi fattori di trascrizione e fattori endocrini che modulano la biogenesi mitocondriale.

Una volta sintetizzata nella membrana mitocondriale interna, la cardiolipina deve essere traslocata verso la membrana mitocondriale esterna in modo che nella membrana avvengano una serie di processi topologici e altri elementi strutturali della stessa siano alloggiati.

Sintesi nei procarioti

Il contenuto di cardiolipina nei batteri può essere molto variabile e dipende principalmente dallo stato fisiologico delle cellule: è solitamente meno abbondante nella fase di crescita esponenziale e più abbondante quando si ha una sua riduzione (nella fase stazionaria, per esempio).

Il suo percorso biosintetico può essere innescato da diversi stimoli stressanti come deficit energetici o stress osmotico.

Fino alla formazione del fosfatidilglicerolo, il processo negli eucarioti e nei procarioti è equivalente, ma nei procarioti il ​​fosfatidilglicerolo riceve, per transesterificazione, un gruppo fosfatidile da un'altra molecola di fosfatidilglicerolo. Questa reazione è catalizzata da un enzima di tipo D fosfolipasi noto anche come cardiolipina sintasi.

Questa reazione è nota come reazione di "transfosfatidilazione" (dall'inglese "transfosfatidilazione"), dove uno dei fosfatidilgliceroli funge da donatore del gruppo fosfatidile e l'altro da accettore.

Caratteristiche

Le caratteristiche fisiche delle molecole di cardiolipina evidentemente consentono alcune interazioni che giocano un ruolo importante nell'organizzazione strutturale delle membrane in cui si trovano.

Tra queste funzioni vi sono la discriminazione di alcuni domini di membrana, l'interazione o "crossover" con proteine ​​transmembrana o loro sottodomini, tra gli altri.

Grazie alle sue caratteristiche fisico-chimiche, la cardiolipina è riconosciuta come un lipide che non forma un doppio strato, ma la cui funzione può essere quella di stabilizzare e “accogliere” le proteine ​​transmembrana nei doppi strati lipidici.

Le sue caratteristiche elettriche, in particolare, gli conferiscono funzioni nei processi di trasferimento protonico che avvengono nei mitocondri.

Sebbene le cellule possano sopravvivere senza questo fosfolipide, alcuni studi hanno stabilito che è necessario per il loro funzionamento ottimale.

Riferimenti

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