SINTESI DEI LIPIDI: TIPOLOGIE E LORO PRINCIPALI MECCANISMI - BIOLOGIA - 2025

La sintesi dei lipidi consiste in una serie di reazioni enzimatiche per mezzo delle quali gli idrocarburi a catena corta si condensano formando molecole a catena più lunga che possono successivamente subire diverse modificazioni chimiche.

I lipidi sono una classe di biomolecole altamente variate sintetizzate da tutte le cellule viventi e che sono specializzate in molteplici funzioni essenziali per il mantenimento della vita cellulare.

Alcuni esempi di lipidi comuni: glicerofosfolipidi, steroli, glicerolipidi, acidi grassi, sfingolipidi e prenoli (Fonte: l'uploader originale era Lmaps su Wikipedia in inglese. / GFDL 1.2 (http://www.gnu.org/licenses/old-licenses/ fdl-1.2.html) tramite Commons, adattato da Raquel Parada)

I lipidi sono i componenti principali delle membrane biologiche, fatto che li rende molecole fondamentali per l'esistenza delle cellule come entità isolate dal loro ambiente.

Alcuni lipidi hanno anche funzioni specializzate come pigmenti, cofattori, trasportatori, detergenti, ormoni, messaggeri intra ed extracellulari, ancoraggi covalenti per proteine ​​di membrana, ecc. Pertanto, la capacità di sintetizzare diversi tipi di lipidi è fondamentale per la sopravvivenza di tutti gli organismi viventi.

Questo ampio gruppo di composti è tradizionalmente classificato in diverse categorie o sottogruppi: acidi grassi (saturi e insaturi), gliceridi (fosfogliceridi e gliceridi neutri), lipidi non gliceridi (sfingolipidi (sfingomieline e glicolipidi), steroidi e cere) e lipidi complessi (lipoproteine).

Tipi di lipidi e loro principali meccanismi di sintesi

Tutte le sequenze di reazione delle vie di biosintesi dei lipidi sono endergoniche e riduttive. In altre parole, usano tutti l'ATP come fonte di energia e un vettore di elettroni ridotto, come NADPH, come potere riducente.

Successivamente verranno descritte le principali reazioni delle vie biosintetiche dei principali tipi di lipidi, ovvero degli acidi grassi e degli eicosanoidi, dei triacilgliceroli e fosfolipidi e degli steroli (colesterolo).

- Sintesi di acidi grassi

Gli acidi grassi sono molecole estremamente importanti dal punto di vista lipidico, in quanto fanno parte dei lipidi più rilevanti nelle cellule. La sua sintesi, contrariamente a quanto pensavano molti scienziati durante i primi studi a riguardo, non consiste nella via inversa della sua β-ossidazione.

Infatti, questa via metabolica si verifica in diversi compartimenti cellulari e richiede la partecipazione di un intermedio a tre atomi di carbonio noto come malonil-CoA, che non è necessario per l'ossidazione.

Malonyl-CoA. NEUROtiker / Dominio pubblico

Inoltre, è strettamente correlato ai gruppi sulfidrilici di proteine ​​note come proteine ​​trasportatrici aciliche (ACP, dall'inglese Acyl Carrier Proteins).

In linea generale, la sintesi degli acidi grassi, soprattutto quelli a catena lunga, è un processo sequenziale in cui quattro passaggi vengono ripetuti in ogni "turno", e durante ogni turno viene prodotto un gruppo acilico saturo che è il substrato per il successivo , che comporta un'altra condensazione con una nuova molecola di malonil-CoA.

In ogni turno o ciclo di reazione, la catena degli acidi grassi si estende per due atomi di carbonio, fino a raggiungere una lunghezza di 16 atomi (palmitato), dopodiché abbandona il ciclo.

Formazione di malonil-CoA

Questo intermedio di tre atomi di carbonio è formato irreversibilmente da acetil-CoA grazie all'azione di un enzima acetil-CoA carbossilasi, che ha un gruppo protesico di biotina che è legato covalentemente all'enzima e che partecipa a questa catalisi in Due passi.

In questa reazione, un gruppo carbossilico derivato da una molecola di bicarbonato (HCO3-) viene trasferito alla biotina in modo dipendente dall'ATP, dove il gruppo biotinile agisce come un "trasportatore temporaneo" della molecola trasferendola ad acetil-Coa. , producendo malonil-CoA.

Nella sequenza di sintesi degli acidi grassi, l'agente riducente utilizzato è NADPH ei gruppi attivanti sono due gruppi tiolo (-SH) che fanno parte di un complesso multienzimatico chiamato sintasi degli acidi grassi, che è il più importante nella catalisi sintetico.

Nei vertebrati, il complesso di acido grasso sintasi fa parte di un'unica grande catena polipeptidica, in cui sono rappresentate le 7 attività enzimatiche caratteristiche della via di sintesi, nonché l'attività idrolitica necessaria per il rilascio degli intermedi al termine del sintesi.

Struttura dell'enzima sintasi degli acidi grassi (Fonte: Boehringer Ingelheim / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) tramite Wikimedia Commons)

Le 7 attività enzimatiche di questo complesso sono: proteina trasportatrice del gruppo acile (ACP), acetil-CoA-ACP transacetilasi (AT), β-chetoacil-ACP sintasi (KS), malonil-CoA-ACP transferasi (MT), β- chetoacil-ACP reduttasi (KR), β-idrossiacil-ACP disidratasi (HD) ed enoil-ACP reduttasi (ER).

Prima che possano verificarsi le reazioni di condensazione per assemblare la catena degli acidi grassi, i due gruppi tiolo nel complesso enzimatico si "caricano" con i gruppi acilici: in primo luogo, un acetil-CoA viene trasferito al gruppo -SH di un cisteina nella parte β-chetoacil-ACP sintasi del complesso, una reazione catalizzata dall'enzima acetil-CoA-ACP transacetilasi (AT).

Successivamente, un gruppo malonile viene trasferito da una molecola malonil-CoA al gruppo -SH della parte trasportatrice del gruppo acile (ACP) del complesso enzimatico, una reazione catalizzata da un enzima malonil-CoA-ACP transferasi (MT), che anche Fa parte del complesso sintasi degli acidi grassi.

La sequenza di quattro reazioni per ogni "turno" del ciclo di reazione è la seguente:

1. Condensazione: i gruppi acetile e malonile "caricati" sull'enzima si condensano per formare una molecola acetoacetil-ACP, che è attaccata alla frazione ACP attraverso un gruppo -SH. In questa fase, una molecola di CO2 viene prodotta e catalizzata dalla β-chetoacil-ACP sintasi (il gruppo acetile occupa la posizione "metile terminale" del complesso acetoacetil-ACP).
2. Riduzione del gruppo carbonile: il gruppo carbonile nella posizione C3 dell'acetoacetil-ACP viene ridotto a formare D-β-idrossibutiril-ACP, una reazione catalizzata dalla β-chetoacil-ACP reduttasi, che utilizza NADPH come donatore di elettroni.
3. Disidratazione: i carboni C2 e C3 di D-β-idrossibutiril-ACP sono privi di molecole d'acqua, formando un doppio legame che termina con la produzione del nuovo composto trans-trans2-butenoil-ACP. Questo processo è mediato da un enzima β-idrossiacil-ACP disidratasi (HD).
4. Riduzione del doppio legame: il doppio legame del composto formato nella fase di disidratazione viene saturato (ridotto) per dare butiril-ACP attraverso la reazione catalizzata dall'enzima enoil-ACP reduttasi (ER), che utilizza anche NADPH come agente riducente .

Le reazioni di sintesi avvengono fino alla formazione di una molecola di palmitato (16 atomi di carbonio), che viene idrolizzata dal complesso enzimatico e rilasciata come possibile precursore di acidi grassi a catene più lunghe, prodotti da sistemi di allungamento. di acidi grassi situati nella porzione liscia del reticolo endoplasmatico e nei mitocondri.

Le altre modificazioni che queste molecole possono subire, come le desaturazioni, per esempio, sono catalizzate da diversi enzimi, che generalmente si verificano nel reticolo endoplasmatico liscio.

- Sintesi di eicosanoidi

Gli eicosanoidi sono lipidi cellulari che funzionano come molecole messaggere "a corto raggio", prodotte da alcuni tessuti per comunicare con le cellule nei tessuti vicini. Queste molecole sono sintetizzate da acidi grassi polinsaturi di 20 atomi di carbonio.

Le prostaglandine

In risposta alla stimolazione ormonale, l'enzima fosfolipasi A attacca i fosfolipidi di membrana e rilascia arachidonato dal glicerolo a 2 atomi di carbonio. Questo composto viene convertito in prostaglandine grazie ad un enzima del reticolo endoplasmatico liscio con attività bifunzionale: cicloossigenasi (COX) o prostaglandina H2 sintasi.

trombossani

Le prostaglandine possono essere convertite in trombossani grazie alla trombossano sintasi presente nelle piastrine del sangue (trombociti). Queste molecole partecipano alle fasi iniziali della coagulazione del sangue.

- Sintesi di triacilgliceroli

Gli acidi grassi sono molecole essenziali per la sintesi di altri composti più complessi nelle cellule, come i triacilgliceroli o i lipidi di membrana glicerofosfolipidi (processi che dipendono dai bisogni metabolici cellulari).

Gli animali producono triacilgliceroli e glicerofosfolipidi da due comuni precursori: l'acil-CoA grasso e l'L-glicerolo 3-fosfato. Gli acil-CoA grassi sono prodotti dalle sintetasi acil-CoA che partecipano alla β-ossidazione, mentre l'L-glicerolo 3-fosfato è ottenuto dalla glicolisi e dall'azione di due enzimi alternativi: glicerolo 3-fosfato deidrogenasi e glicerolo chinasi.

I triacilgliceroli sono formati dalla reazione tra due molecole di acil-CoA grasso e una molecola di diacilglicerolo 3-fosfato; Queste reazioni di trasferimento sono catalizzate da specifiche acil transferasi.

In questa reazione, inizialmente viene prodotto acido fosfatidico, che viene defosforilato da un enzima fosfatasi dell'acido fosfatidico per produrre 1,2-diacilglicerolo, che è nuovamente in grado di accettare una terza molecola di acil-CoA grasso, producendo triacilglicerolo.

- Sintesi fosfolipidica

I fosfolipidi sono molecole altamente variabili, poiché molte differenti possono essere formate dalla combinazione di acidi grassi e diversi gruppi "testa" con lo scheletro del glicerolo (glicerofosfolipidi) o della sfingosina (sfingolipidi) che li caratterizzano.

L'assemblaggio generale di queste molecole richiede la sintesi della spina dorsale del glicerolo o della sfingosina, l'unione con i corrispondenti acidi grassi, sia per esterificazione che per amidazione, l'aggiunta di un gruppo di "testa" idrofilo attraverso un legame fosfodiestere e, se necessario, l'alterazione o lo scambio di questi ultimi gruppi.

Negli eucarioti questo processo si verifica nel reticolo endoplasmatico liscio e anche nella membrana mitocondriale interna, dove possono rimanere indefinitamente o da dove possono essere traslocati in altri luoghi.

Fasi di reazione

I primi passi della reazione di sintesi dei glicerofosfolipidi sono equivalenti a quelli della produzione di triacilgliceroli, poiché una molecola di glicerolo 3-fosfato viene esterificata a due molecole di acido grasso ai carboni 1 e 2, formando acido fosfatidico. È comune trovare fosfolipidi che hanno acidi grassi saturi nel C1 e insaturi nel C2 del glicerolo.

L'acido fosfatidico può anche essere prodotto mediante fosforilazione di una molecola di diacilglicerolo già sintetizzata o "riciclata".

I gruppi polari "testa" di queste molecole sono formati da legami fosfodiestere. La prima cosa che deve accadere affinché questo processo avvenga correttamente è l '"attivazione" di uno dei gruppi idrossilici che partecipa al processo legandosi a un nucleotide come la citidina difosfato (CDP), che viene spostato nucleofilo dall'altro gruppo. idrossile che partecipa alla reazione.

Se questa molecola si lega al diacilglicerolo, si forma il CDP-diacilglicerolo (la forma "attivata" dell'acido fosfatidico), ma ciò può verificarsi anche sul gruppo idrossile del gruppo "testa".

Nel caso della fosfatidilserina, ad esempio, il diacilglicerolo viene attivato dalla condensazione della molecola di acido fosfatidico con una molecola di citidina trifosfato (CTP), formando CDP-diacilglicerolo ed eliminando un pirofosfato.

Se una molecola di CMP (citidina monofosfato) viene spostata da un attacco nucleofilo dell'idrossile della serina o dell'idrossile al carbonio 1 del glicerolo 3-fosfato, si può liberare fosfatidilserina o fosfatidilglicerolo 3-fosfato, da cui si può liberare il fosfato monoestere e produrre fosfatidilglicerolo.

Entrambe le molecole prodotte in questo modo fungono da precursori per altri lipidi di membrana, che spesso condividono percorsi biosintetici tra loro.

- Sintesi del colesterolo

Il colesterolo è una molecola essenziale per gli animali che può essere sintetizzata dalle loro cellule, quindi non è essenziale nella dieta quotidiana. Questa molecola di 27 atomi di carbonio è prodotta da un precursore: l'acetato.

Questa molecola complessa è formata da acetil-CoA in quattro fasi principali:

1. Condensazione di tre unità di acetato per formare mevalonato, una molecola intermedia a 6 atomi di carbonio (prima una molecola di acetoacetil-CoA si forma con due acetil-CoA (enzima tiolasi) e poi un'altra di β-idrossi-β-metilglutaril-CoA ( HMG-CoA) (enzima HMG-CoA sintetasi) Il mevalonato è formato da HMG-CoA e grazie all'enzima HMG-CoA reduttasi.
2. Conversione del mevalonato in unità di isoprene. I primi 3 gruppi fosfato vengono trasferiti da 3 molecole di ATP al mevalonato. Uno dei fosfati viene perso insieme al gruppo carbonile adiacente e si forma ∆3-isopentenil pirofosfato, che viene isomerizzato per produrre dimetilallil pirofosfato
3. Polimerizzazione o condensazione di 6 unità di isoprene C 5 per formare squalene C 30 (una molecola lineare).
4. Ciclizzazione dello squalene per formare i 4 anelli del nucleo steroideo del colesterolo e successive modificazioni chimiche: ossidazioni, migrazione ed eliminazione dei gruppi metilici, ecc., Che produce colesterolo.

Riferimenti

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