Biochimie - curs4.pdf

7/24/2019 Biochimie - curs4.pdf

1/10

Biochimie-Curs 4-2010

LIPIDE

Lipidele (grec. lipos, grasime) constituie o alta clasa de molecule prezente in toatecelulele. In contrast cu proteinele, polizaharurile sau acizii nucleici (care sunt polimeri)

aceste substante sunt relativ simple. Una din cele mai importante functii ale lipidelor esteaceea de a se situa in membrana membranelor (matricea membranara) sub forma unoragregate. Functiile bilogice ale lipidelor sunt diverse (la fel ca si structura lor chimica).Grasimile si uleiurile constituie o forma rezerva principala de energie in multeorganisme. Fosfolipidele si sterolii sunt elemente structurale majore ale membranelorbiologice. Alte lipide, desi prezente in cantitati relativ mici, joaca roluri importante decofactori, purtatori de electroni, pigmenti care absorb lumina, ancora hidrofoba pentruproteine, chaperoni (care ajuta proteinele membranare sa se impacheteze adecvat), agentide emulsifiere in tractul digestiv, hormoni si mesageri intracelulari.

Grasimile si uleiurile, sursa de energie universala pentru organismele vii, sunt derivati aiacizilor grasi. Oxidarea celulara a acizilor grasi (la CO2si H2O) este un proces exoterm.

Acizii grasisunt acizi carboxilici cu catene variind intre 4 si 36 atomi de carbon. Acestiacizi pot fi saturati (avand catena liniara sau ramificata) sau nesaturati (avand incomponenta una sau mai multe legaturi duble). Pozitia legaturilor duble este indicata prinavand indici care reprezinta pozitia acestei legaturi (un acid gras nesaturat, de exempluacidul ecosadienoic, cu doua legaturi duble intre atomii de carbon 4 si 5 respectiv 8 si 9va fi reprezentat cu 20:2 4,8).Cei mai des intalniti acizi grasi sunt liniari si au catena cuprinsa intre 12 si 24 atomi decarbon. Dintre acestia acizii grasi care au in catena 16 sau 18 atomi de carbon (palmitic sistearic) sunt intalniti in plantele superioare si animale. Acizii grasi nesaturati reprezintamai mult de jumatate din totalul de lipide al plantelor si animalelor. In mod normal catenaacizilor grasi contine un numar par de atomi de carbon acesta fiind rezultatul sintezeiacestor compusi. Acizii grasi saturati suntmolecule flexibile fapt datorat rotatie libere injurul legaturilor C-C.

Triaciliglicerolii sunt esteri ai acizilor grasi cuglicerina.Functia triacilglicerolilor este aceea derezervor energetic in animale si de aceeasunt lipidele cele mai abundente.

Majoritatea triglicerolilor au in componenta cel putin 2 sau 3 tipuri diferite de acizi grasi

(saturati sau nesaturari) si sunt denumiti in acord cu pozitia lor pe restul de glicerina.Grasimile si uleiurilesunt amestecuricomplexe detriacilgliceroli a carorcompozitie in acizigrasi difera de la unorganism la altul.


2/10

Uleiurile din plante sunt mai bogate in acizi grasi nesaturati decat cei ai animalelor.Triglicerolii sunt mai stabili la oxidare fata de polizaharuri sau proteine. Mai mult, acestiasunt compusi nepolari si pot fi depozitati in forma anhidra, pe cand glicogenul leaga dedoua ori mai multa apa fata de greutatea sa. In comparatie cu glicogenul, grasimile pun ladispozitie de 6 ori mai multa energie decat glicogenul hidratat.

Adipocitele sunt specializate pentru sinteza si depozitarea triacilglicerolilor. Pe cand altetipuri de celule au cateva granule de grasime dispersate in citozol, adipozitele pot fiaproape in totalitate acoperite cu globule de grasime. Tesutul adipos este abundent instratul subcutanar si in cavitatea abdominala. Continutul de grasime al oamenilor (21%pentru barbati si 26% pentru femei) permite acestora sa supravietuiasca in conditii deinfometare timp de 2-3 luni. Stratul subcutanar de grasime asigura protectia termica,in special in cazul animalelor acvatice (balena, pinguin, etc).

Glicerofosfolipide (fosfogliceride) sunt o componenta a membranelor biologice. Acesteasunt esteri micsti ai glicerinei cu acizilor grasi (de obicei pozitia 1 este ocupata de un acidgras saturat iar pozitia 2 de un acid gras nesaturat) si acidului fosforic. In mod curent pe

gruparea fosforil este grefata o grupare polara. Din acest motiv glicerofosfolipidele suntmolecule amfifile (cu o coada alifatica si un cap polar). Prin autoorganizarea lor sepot forma membrane, entitati necesare tuturor celulelor pentru o functionare adecvata.

Grupari polare care apar in glicero-fosfo-lipide


3/10

In organismul uman fosfolipidele joaca rolul de agenti de emulsifiere (in bila) sau deagenti de umezire aflati la suprafata unor organe (in plamani, intestine sau rinichi).Fosfolipidele formeaza amsamble cu lipoproteinele circularorii (LDL sau HDL)permitand transportul nutrientilor mai greu solubili in organism.

Fosfatidil-etanolamina este o lipida zwitterionica care are tendinta de a nu forma straturi

bilipidice si care este cea mai abundenta fosfolipida din celulele eucariote.Fosfatidil-colina (lecitina, in greacalekihos= galbenus de ou) este cea mai abundentafosfolipida din plante si animale. Prin intermediul grupei sale incarcate pozitiv fosfatidil-colina permite livrarea radicalilor metil in ficat. Aceste reactii de metilare sprijina o seriede cai metabolice si sunt necesare pentru procesul de duplicare a genelor, etapa careprecede diviziunea celulara.Comparativ cu alte lipide fosfatidil-colina joaca un rol important in activarea celulelor,proliferarea maturarea sau regenerarea acestora.In zile noastre lecitina este folosita larg in industria alimentara drept agent de emulsifiere,drept agent de curgere in industria ciocolatei, stabilizator in panificatie, potentiator dearoma sau supliment in alimentatia animalelor.

Fosfatidil serina este importanta pentru functiile creierului (memoria, invatarea saureamintirea; starea de spirit). Datorita instabilitatii reduse in apa suplimentele bogate infosfatidil serina este mai stabila in suplimentele solide (pudre, cereale sau batoane).Dipalmitoil-fosfatidil-colina este ocomponenta majora a lipidelor prezentepe suprafata celulelor pulmonare.

Glicerofosfolipidele pot fi enzimatic scindatede catre fosfolipaze. Acesta clasa de enzimescindeaza legaturile esterice aleglicerofosfolipidelor. Fosfolipaza A2cliveaza restul acidului gras de la carbonul 2

al glicerinei. Compusul rezultat(lizofosfolipid) este un detergent puternicfolosit la distrugerea membranei celulare.

Plasmogenii sunt glicerofosfolipide care au grefate resturi de acizi nesaturati la atomul decarbon 1 al glicerolului. Cei mai cunoscuti plasmogeni sunt derivati ai etanol-aminei,serinei sau colidinei. Datorita restului vinilic acesti compusi se pare ca joaca un rol inprotejarea celulei de radicalii de oxigen liberi.

Scindarea enzimatica a uneiglicero-fosfolipide


4/10

Sfingolipidelesuntderivati de sfingozina (amino-alcoolcu 18 atomi de carbon) si sunt abundente in tesutulnervos. In general ele acestea se concentreaza in partea

exterioara a membranei plasmatice. Derivatii N-acil-sfingozinicisunt cunoscuti sub numele de ceramide.In urma atasarea restului acil la gruparea amino asfingozinei se formeaza o legatura amidica care esterezistenta la hidroliza in solutie alcalina, iar pe bazaacestei proprietati pot fi diferentiati de acil-gliceroli careau legaturi esterice.

Exista 3 tipuri de ceramide:a)Sfingomielinesunt ceramide care au o

grupare fosfocolinica (sau

fosfoetanolaminica). Ele constituie 10-20% din totalul lipidelor plasmeimembranare. Sfingomielinele suntcomponente ale membranei mielinice(care inconjoara axonii celulelornervoase).

b)Cerebrozidelesunt glicofosolipide(ceramide) ce contin o monozaharida (glucoza sau galactoza) legata prin intermediulunei legaturi 1-O--glicozidice de o grupare alcoolica primara a N-acil-sfingozinei (N-sfingoid). In plante monozaharida este de regula glucoza, iar in animale acest zahareste galactoza , desi acest rest poate varia in functie de tesut, glucoza fiind prezenta in

cerebrozidele din sange. In plante sfingoidul este de obicei fitosfingozina, in animalesfingozina sau dihidrosfingozina (sfinganina). Cerebrozidele contin frecvent cantitatiinsemnate de acizi grasi cu catena lunga (acidul behenic-22:0, lignoceric-24:0,nervonic-24:1 sau 2-hidroxi-acizi grasi cum ar fi acizii 2-hidroxi-nervonic sicerebronic--OH24:0). Sinteza cerebrozidelor poate fi facuta prin acilarea psihozineisau transferul glucozei sau galactozei la o molecula de ceramida.


5/10

Structura de baza a sfingolipidelor

c)Gangliozidele Sunt ceramide care au atasate oligozaharide (ce contin si resturi de acidsialic, vezi glicoproteine). Glicolipidele cu o molecula de acid sialic sunt numitemonosialogangliozide (indice M), iar cele cu doua molecule de acid sialic sunt numitedisialogangliozide (D). Gangliozidele (cunoscute - aproximativ 60) sunt in principalcomponenti ai membranei celulare si constituie 6% din lipidele creierului.

Gangliozidele sunt receptori pentru proteine toxice(toxina colerica).

Rest de carbohidrat din galactozida GM2(Glc = glucoza, Gal = galactoza, GalNAc =

N-acetil-galactozamida, Neu5Ac =N-acetil-neuraminidat sau acidul sialic)

Sterolii au roluri fiziologice importante

Sterolii sunt substante comune din membranaorganismelor eucariote, unde acestia joaca un rolimportant in asigurarea stabilitatii, dar mai putinintalnite la procariote.Colesterolul este cel mai cunoscut sterol deoarece eleste asociat cu ateroscleroza. In plante si alge o

proportie mare o au sitosterolul (70%) sistigmasterolul (20%). Drojdiile acumuleaza ocantitate mare de steroli (peste 10% din masauscata), in timp ce ficomicetele (ciuperci paraziteinferioare) contin exclusiv ergosterol. Acest sterols este majoritar si in alte drojdii sauciuperci


6/10

Toti sterolii prezinta in structura un element structural comun fenantrenul (ciclurile A,B si C) la este atasat un nucleu de ciclopentan (ciclul D). Astfel ei sunt derivati deciclopentanoperhidrofenantren.

Colestrolulliber intra componenta majora a plasmei membranare animale (constituind

30-40% din totalul lipidelor) si a lipoproteinelor din plasma. Datorita gruparii OHcolesterolul are un caracter amfifilic moderat. Prezenta celor patru nuclee conferacolesterolului o rigiditate crescuta comparativ cu celelalte lipide. In glandele cortico-suprarenale colesterolul participa la sinteza hormonilor steroidici (glucocorticoides,aldosterone si androgeni sau estrogeni).Colesterolul poate fi de asemenea esterificat cu acizii grasi. In forma esterificata estedepozitat in citoplasma celulelor sau poate circula in sange (in componenta

lipoproteinelor). In contrast, in creier si alte tesuturi nervoase, unde colesterolul este ocomponenta a membranei mielinice, cantitatea de colesterol esterificat este foarte mica.Gruparea OH din pozitia 3 a sterolului poate forma o legatura O-glicozidica cu pozitia 1dintr-o hexoza (de obicei glucoza). Glicozidele steolilor sunt raspanditi un plante saualge. Mai mult, hidroxilul din pozitia 6 a hexozei poate fi esterificat cu acizi grasi inscopul producerii sterol glicozidelor acilate.Colesterolul poate fi transformat in acizi biliari (primari sau conjugati), acizi care suntsecretati in caile biliare, unde intra in componenta bilei (sub forma de saruri).


7/10

Ergosteroluleste un precursor alvitaminei D3. Aceasta molecula este intalnita in plantesi drojdii. In cazul in care este iradiat cu lumina UV rezulta vitamina D3 prin deschidereaciclului B, compus cu proprietati antirahiticePlantele, drojdiile si ciupercile contin si alti steroli. Glucocorticoizii(ex. cortizol)influenteaza metabolismul carbohidratilor, proteinelor si lipidelor, influenteaza o varieate

larga de functii vitale, incluzand reactiile inflamatorii si capacitatea de a face fatastresului. Glucocorticoizii sunt sintetizati in zona fasciculara a cortexului suprarenal.Aldosterona controleaza excretia de saruri si apa din rinichi.Androgenii (hormoni sexual masculin) si estrogenii (hormoni sexuali femini) afecteazadezvoltarea si functiile sexuale.

Testosteronul se formeaza dinandrostendiona ,sub actiunea uneienzime, in celulele Leydig din testicule.Este responsabil de virilizare in timpulvietii embrionare si initiaza si mentinecaracterele secundare masculine indecursul vietii. Este sintetizat si deovare, majoritatea fiind convertit laestradiol, iar restul este secretat in sange.In celulele tinta este transformat indihidrotestosterona (androgen).

Ecosanoidele sunt derivati ai aciduluiarahidonicProstaglandinele (ecosanoidele) suntcompusi cu 20 atomi de carbon (Grec.eikosi= douazeci). Aceasta clasa desubstante actioneaza la concentratiifoarte mici si sunt implicati in

producerea durerii si a febrei, controlulpresiunii sangelui, si reproducere. Eiactioneaza indeosebi local, in apropiereacelulelor care-i produc. Aspirina inhibasitusul activ al ciclooxigenazei (prinacetilarea serinei din pozitia 530)Produsii specifici ai metabolismului arachidonatului depind de tesutul in care are loc.


8/10

Lipida amfifila

Grupe nepolare

(hidrofobe)

Grupe polare

(hidrofile)

Lipide bistratificateIn organismele vii lipidele sunt gasite adesea in stare libera, dar in majoritatea

cazurilor acestea sunt asociate cu alte molecule (de regula cu alte lipide). Proprietatilelipidelor bistratificate sunt importante deoarece acestea formeaza baza structurala amembranelor biologice. Aceste membrane constituie bariere care delimiteaza interiorul

celulei de exteriorul acesteia. Membranele au structuri dinamice in care proteineleplutesc intr-o mare de lipide. Componentele lipidice ale membranei formeaza o barierapermeabila, in care componentele proteice alcatuiesc un sistem de transport. Alaturi demembrana externa celulele eucariotelor contin de asemenea membrane interne caredelimiteaza organitele celulare (mitocondrie, cloroplaste, peroxizomi si lizozomi).Membranele externe si interne au trasaturile esentiale comune.

Formarea bistraturilor

In solutii apoase, moleculele amfifile (ca detergentii si sapunurile) formeazamicelii (agregate globulare care au resturile hidrofobe lanturile hidrocarbonate inafara contactului cu apa). Acest aranjament molecular elimina contactele nefavorabiledintre apa si partile hidrofobe a moleculelor amfifile si permite hidratarea partilor polare

(capului lipidei). Formarea straturilor bilipidice este un proces de auto-amsamblare.Cresterea straturilor bilipidice din fosfolipide este un proces rapid in prezenta mediilorapoase. Interactiile hidrofobe constituie forta majora de formare a straturilor bilipidice.Aceste forte hidrofobe nu intervin numai in cazul lipidelor ci si in cazul proteinelor(procesul de impachetare) sau in cazul acizilor nucleici. Odata cu formarea stratuluibilipidic moleculele de apa sunt expulzate catre exterior, in timp ce lanturile hidrofobedevin sechestrate in interiorul acestuia. Mai mult, fortele de atractie de tip van der Waalsdintre lanturile hidrocarbonate favorizeaza impachetarea acestora. De asemenea, trebuiementionate legaturile de hidrogen (de atractie) dintre partea polara a lipidei si moleculelede apa. Asadar, straturile bilipidice sunt stabilizate de un spectru variat de interactiuni,forte care mediaza interactiile moleculare din sistemele biologice.

Amfifilii care sunt monostratificati (forma anionica a detergentilor) formeaza micelesferice sau elipsoidale (partea hidrofila fiind mai mare decat coada hidrofoba).Numarul de molecule care intra in componenta unei micele este de ordinul sutelor.

Strat bilipidic

Faza nepolara (resturi de acizi grasi, colesterol)

Faza polara

(apoasa)


9/10

Faza

polara

(apoasa)

Faza nepolara

Lipozom

unilamelar

Cele doua lanturi hidrocarbonate aleglicerofosfolipidelor si sfingolipidelor imprimaamfifililor o structura sub forma unui disc, careare in componenta straturi bimoleculare.Motivul este acela ca resturile de acizi grasi din

interiorul unei fosfolipide sunt prea voluminosipentru a permite organizarea acestora ininteriorul unei micele. In contrast, sarurileacizilor grasi (palmitatul de sodiu, constituental sapunurilor), care contin numai un singurlant, sunt capabile sa formeze micele. Formareade straturi bilipidice in favoarea micelelor are oimportanta biologica deosebita. Aceste straturibilipidice constituie bariere pentru moleculelepolare si au aproximativ 60-100 grosime sise pot desfasura pe distante de pana la 1mm (in

schimb micelele au o structura limitata, sferica,de obicei cu diametrul de circa 200 ). Structura lor pot fi determinata prin microscopieelectronica sau difractia cu raze X.O suspensie de fosfolipide (glicerofosfolipidelor si sfingomieline) poate forma lipozomi,vezicule inchise (umplute cu apa) care sunt constituite dintr-un singur bistrat. De regulaacestea au diametru de cateva sute de grosime. Odata formati lipozomii sunt destul destabili si pot fi purificati prin centrifugare, dializa sau cromatografie (gel filtrare).Lipozomii servesc drept model pentru membranele biologice si de asemenea pot fifolosite si drept vezicule purtatoare de medicamente dat fiind faptul ca acestia se pot fixape diferite celule (prin fuziune cu plasma acestora).

Mobilitatea lipidelor

Transferul unei molecule de lipida dintr-un monostrat in celalalt (in cazul unuibistrat) este cunoscut sub denumirea de difuzie transversala sau flip-flop. Acesteveniment este destul de rar intalnit dat fiind faptul ca o asemenea miscare presupune capartea hidrofila a acestei lipide sa strabata bariera hidrofoba a bistratului. Pentrufosfolipide rata de difuzie transversala are timpul de injumatatire de cateva zile (sau maimult). In mod contrar, lipidele difuzeaza foarte usor in planul unui monostrat dincomponenta bistratului. Acest fenomen poarta numele de difuzie laterala. S-a estimat catimpul difuziei laterale al unei lipide (din cadrul celulei bacteriene) pe distanta de 1m

este in jur de 1 s. Datorita mobilitatii ridicate a lipidelor se poate considera faptul cabistratul lipidic este un fluid bidimensional.

Difuzia lipidelor intr-un bistrat

(a) Difuzia transversala

zile sec

(b) Difuzie laterala


10/10

Tranzitia intr-un strat bilipidic: in stangalantul nepolar al

lipidelor este mobil in planul bilipidei la T Tm; in dreapta

lantul lipidic este mult mai ordonat la TTm

Interiorul unui bistrat este in continua miscare datorita libertatii de miscare in jurullagaturilor C-C ale restului hidrocarbonat. Vascozitatea bistratului creste dramatic odatacu apropierea de capatul hidrofil (de la capul lipidei pana la gruparea carbonil alegaturilor amidice sau esterice), a carei mobilitate este contransa de interactiile cu altegrupe polare sau incarcate.

O membrana biologica are in compozitie o diversitate de lipide (cu diferite lungimi saugrade de nesaturare). In conditii fiziologice lanturile cu mobilitate mai mare vor umplegolurile din bistrat.Bacteriile (E. coli) au in componeta 2 membrane (interioara bariera de permeabilitate si

exterioara protectie suplimentara).Acelasi numar de membrane esteintalnit in cazul mitocondriilor sauporilor nucleari. Mai mult archea siperoxizomii au in componentanumai o singura membrana.Fluiditatea bistraturilor este

dependenta de temperatura

Daca un bistrat este racit la o

temperatura mai mica de asa-numitatemperatura de tranzitie acesta suferamofificari devenind asemeni unui gel.Peste aceasta temperatura de tranzitie

lipidele mobile sunt in stadiul de cristal lichid, stadiu in care lipidele sunt ordonateintr-o anumita directie.Temperatura de tranzitie (Tm) a unui bistrat creste odata cu lungimea lantului si cu gradulde saturare al acizilor grasi din componenta lipidelor. Temperaturile de tranzitie alemembranelor biologice variaza intre 10 si 40 C.

Bacteriile reguleaza fluiditatea membranei lor variind numarul de legaturi duble silungimea lanturilor acizilor grasi.Colesterolul formeaza complecsi specifici cu cateva fosfolipide. Dat fiind faptul ca acestanu formeaza un bistrat acesta distruge interactiunile care au loc in mod normal intre doualanturi de acizi grasi si in consecinta modereaza fluiditatea membranei (plasticizeazamembrana).

Tabel 1. Distributia lipidelor in diverse membraneCloroplaste

(spanac)

Protoplaste

(B. megaterium)

Mitocondrie

(soarece)

Eritrocite

(soarece)

Mielina

(soarece)

Fosfolipide 12 48 90 61 41Glicolipide 80 52 - 11 42

Sterol Urme 0 Urme 28 17Acilgliceroli - - 10 - -

Biochimie - curs4.pdf

Documents

Transcript of Biochimie - curs4.pdf