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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) 1

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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