Sfingolipidi
Cosa sono i sfingolipidi?
Gli sfingolipidi sono una classe di molecole lipidiche che rappresenta una delle maggiori componenti del doppio strato lipidico delle membrane cellulari.
Il primo a descrivere questo gruppo di molecole fu Johann Thudichum, alla fine dell'800, e diede loro il nome di sfingolipidi in omaggio alla leggendaria sfinge della mitologia. Così come il mitico essere metà donna e metà leone sfidava i contendenti con irrisolvibili enigmi, così Thudichum ritenne che queste molecole rappresentassero un complicato dilemma, non riuscendo a trovare per esse la funzione biologica specifica.
Oggi si sa che gli sfingolipidi, insieme ai fosfolipidi di membrana sono responsabili delle caratteristiche proprie delle membrane cellulari, tra cui la fluidità e la capacità autoriparativa.
La natura elettromagnetica degli sfingolipidi li classifica tra le molecole anfipatiche, cioè dotate di una porzione polare, quella rivolta verso l'esterno della membrana, e una porzione idrofoba apolare, rivolta verso l'interno.
In caso di accidentale rottura della membrana, tale caratteristica propria di sfingolipidi e fosfolipidi determina un automatico ripristino della lacerazione, per lo spontaneo raggruppamento delle porzioni idrofobe, protette dall'acqua grazie alla presenza dalle teste polari.
La concentrazione più elevata di sfingolipidi è riscontrabile nelle cellule nervose e nelle fibre mielinizzate, facendo presupporre un ruolo importante degli sfingolipidi nel funzionamento di questo delicato e fondamentale sistema dell'organismo.
Formula generale di uno sfingolipide, formato da una molecola di sfingosina (A) a cui è legato un acido grasso al gruppo amminico del carbonio 2 (B) e un gruppo polare al carbonio 1 (C).
Struttura e diversità degli sfingolipidi
Gli sfingolipidi sono caratterizzati da uno scheletro di sfingosina a cui è legato un acido grasso ed un gruppo polare.
La sfingosina è una molecola di amminoalcol insaturo, formata da una breve catena lineare di 3 atomi di carbonio che legano alternativamente, come sostituenti, un gruppo alcolico, un gruppo amminico ed un secondo gruppo alcolico. Ad uno dei gruppi alcolici terminali è poi legata una lunga catena di idrocarburi contenente 15 atomi di carbonio.
Il legame di un acido grasso al gruppo amminico della sfingosina, mediante legame carboamminico, porta alla formazione di una classe di molecole molto importanti, le ceramidi.
Quando una ceramide lega un gruppo polare si genera uno sfingolipide, che a seconda della natura del gruppo polare associato viene classificato all'interno di tre distinte categorie:
- Cerebrosidi: sono sfingolipidi in cui la ceramide è legata un monomero di zucchero a sei atomi di carbonio, generalmente galattosio (ma raramente anche glucosio). L'acido grasso legato ala sfingosina di questi sfingolipidi è uno tra l'acido lignocerico, l'acido idrossilignocerico e l'acido cerebronico.
- Gangliosidi: in questi sfingolipidi il ceramide è legato con l'acido sialico. Tipici delle membrane delle cellule gangliari del sistema nervoso, i gangliosidi sono coinvolti nei processi di comunicazione intercellulare e nei processi di differenziamento e crescita del tessuto. Spesso rappresentano il bersaglio (target) di molecole ormonali o di specifiche tossine. Una scarsità di questi sfingolipidi nelle cellule gangliari è stata riscontrata in individui affetti da malattie del sistema nervoso causanti ritardi dello sviluppo cerebrale. Anche alcune forme tumorali appaiono associate ad un incompleto sviluppo di questa classe di sfingolipidi, che risulta una classe estremamente diversificata, contemplando al suo interno più di 200 molecole diverse.
- Sfingomielina: in questa classe di sfingolipidi la ceramide non è associata ad uno zucchero, ma la componente polare è rappresentata dalla fosfocolina, ossia un sale d'ammonio quaternario (la colina) legato ad un gruppo fosfato. La colina è un micronutriente molto importante nell'organismo e prende anche il nome di vitamina J. Le sfingomieline quindi non sono sfingoglicolipidi, al contrario dei cerebrosidi e dei gangliosidi, non contenendo una molecola glucidica come porzione polare, e sono parte del complesso di colesteroli che regolano la regolare fluidità della membrana. La sfingomielina è la classe di sfingolipidi più abbondante, arrivando a rappresentare oltre l'85% della concentrazione di queste molecole nell'organismo umano e sono una componente essenziale delle membrane delle cellule che compongono la guaina mielinica dei neuroni dei vertebrati.
Sintesi degli sfingolipidi
La sintesi degli sfingolipidi è un processo che avviene in quattro tappe e coinvolge diversi enzimi e intermedi di reazione.
Si parte dalla sintesi della sfinganina, un composto originato dalla condensazione della serina con una molecola di Palmitoil-Coenzima-A, con la formazione di un intermedio chiamato β-cheto-sfinganina, con l'intervento dell'enzima Serina-C-palmitoil-transferasi.
La reazione prosegue con il consumo di una molecola di NADPH ed un protone (H+) che portano all'aggiunta di un atomo di idrogeno al carbonio 3 della catena carboniosa della molecola ed uno all'ossigeno ad esso legato, con la conseguente eliminazione di un doppio legame tra il carbonio e l'ossigeno.
Il secondo passaggio è l'aggiunta della molecola di acido grasso al gruppo amminico legato al carbonio 2 e la formazione dell'N-acil-sfinganina ad opera dell'enzima acil-transferasi.
L'N-acil-sfinganina viene desaturata con l'intervento di una ossidasi a funzione mista formando infine il ceramide.
Con l'attacco della testa polare si completa la formazione di un cerebroside, se ad essere inserita è una molecola di zucchero, o una sfingomielina in caso si inserisse una fosfocolina. In ogni caso, l'attacco della porzione polare avviene al carbonio 1 della catena.
Sintesi degli sfingolipidi.
Catabolismo degli sfingolipidi
La degradazione degli sfingolipidi avviene in seno ai lisosomi e coinvolge specifici enzimi detti idrolasi.
La degradazione avviene attraverso steps successivi in cui, ad ognuno di essi, corrisponde l'eliminazione di uno dei gruppi sostituenti della molecola.
Le reazioni sono irreversibili, così ad ogni step può solo succederne un altro di ulteriore rimozione.
L'ambiente interno ai lisosomi, per favorire lo svolgimento della sequenza di reazioni, è mantenuto a pH decisamente acido, tra i 5 e i 3,5 punti della scala logaritmica.
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