Biochimie-Curs 4-2010

Biochimie-Curs 4-2010
LIPIDE
Lipidele (grec. lipos, grasime) constituie o alta clasa de molecule prezente in toate
celulele. In contrast cu proteinele, polizaharurile sau acizii nucleici (care sunt polimeri)
aceste substante sunt relativ simple. Una din cele mai importante functii ale lipidelor este
aceea de a se situa in membrana membranelor (matricea membranara) sub forma unor
agregate. Functiile bilogice ale lipidelor sunt diverse (la fel ca si structura lor chimica).
Grasimile si uleiurile constituie o forma rezerva principala de energie in multe
organisme. Fosfolipidele si sterolii sunt elemente structurale majore ale membranelor
biologice. Alte lipide, desi prezente in cantitati relativ mici, joaca roluri importante de
cofactori, purtatori de electroni, pigmenti care absorb lumina, ancora hidrofoba pentru
proteine, chaperoni (care ajuta proteinele membranare sa se impacheteze adecvat), agenti
de emulsifiere in tractul digestiv, hormoni si mesageri intracelulari.
Grasimile si uleiurile, sursa de energie universala pentru organismele vii, sunt derivati ai
acizilor grasi. Oxidarea celulara a acizilor grasi (la CO2 si H2O) este un proces exoterm.
Acizii grasi sunt acizi carboxilici cu catene variind intre 4 si 36 atomi de carbon. Acesti
acizi pot fi saturati (avand catena liniara sau ramificata) sau nesaturati (avand in
componenta una sau mai multe legaturi duble). Pozitia legaturilor duble este indicata prin
∆ avand indici care reprezinta pozitia acestei legaturi (un acid gras nesaturat, de exemplu
acidul ecosadienoic, cu doua legaturi duble intre atomii de carbon 4 si 5 respectiv 8 si 9
va fi reprezentat cu 20:2 ∆ 4,8 ).
Cei mai des intalniti acizi grasi sunt liniari si au catena cuprinsa intre 12 si 24 atomi de
carbon. Dintre acestia acizii grasi care au in catena 16 sau 18 atomi de carbon (palmitic si
stearic) sunt intalniti in plantele superioare si animale. Acizii grasi nesaturati reprezinta
mai mult de jumatate din totalul de lipide al plantelor si animalelor. In mod normal catena
acizilor grasi contine un numar par de atomi de carbon acesta fiind rezultatul sintezei
acestor compusi. Acizii grasi saturati sunt
molecule flexibile fapt datorat rotatie libere in
jurul legaturilor C-C.
Triaciliglicerolii sunt esteri ai acizilor grasi cu
glicerina.
Functia triacilglicerolilor este aceea de
“rezervor” energetic in animale si de aceea
sunt 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 uleiurile
sunt amestecuri
complexe de
triacilgliceroli a caror
compozitie in acizi
grasi difera de la un
organism la altul.

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, acestia
sunt compusi nepolari si pot fi depozitati in forma anhidra, pe cand glicogenul leaga de
doua ori mai multa apa fata de greutatea sa. In comparatie cu glicogenul, grasimile pun la
dispozitie de 6 ori mai multa energie decat glicogenul hidratat.
Adipocitele sunt specializate pentru sinteza si depozitarea triacilglicerolilor. Pe cand alte
tipuri de celule au cateva granule de grasime dispersate in citozol, adipozitele pot fi
aproape in totalitate acoperite cu globule de grasime. Tesutul adipos este abundent in
stratul subcutanar si in cavitatea abdominala. Continutul de grasime al oamenilor (21%
pentru barbati si 26% pentru femei) permite acestora sa supravietuiasca in conditii de
infometare 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. Acestea
sunt esteri micsti ai glicerinei cu acizilor grasi (de obicei pozitia 1 este ocupata de un acid
gras 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 sunt
molecule amfifile (cu o “coada” alifatica si un “cap” polar). Prin autoorganizarea lor se
pot forma membrane, entitati necesare tuturor celulelor pentru o functionare adecvata.
Grupari polare care apar in glicero-fosfo-lipide

In organismul uman fosfolipidele joaca rolul de agenti de emulsifiere (in bila) sau de
agenti 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 greaca”lekihos”= galbenus de ou) este cea mai abundenta
fosfolipida din plante si animale. Prin intermediul grupei sale incarcate pozitiv fosfatidilcolina
permite livrarea radicalilor metil in ficat. Aceste reactii de metilare sprijina o serie
de cai metabolice si sunt necesare pentru procesul de duplicare a genelor, etapa care
precede 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 de
aroma sau supliment in alimentatia animalelor.
Fosfatidil serina este importanta pentru functiile creierului (memoria, invatarea sau
reamintirea; starea de spirit). Datorita instabilitatii reduse in apa suplimentele bogate in
fosfatidil serina este mai stabila in suplimentele solide (pudre, cereale sau batoane).
Dipalmitoil-fosfatidil-colina este o
componenta majora a lipidelor prezente
pe suprafata celulelor pulmonare.
Scindarea enzimatica a unei
glicero-fosfolipide
Glicerofosfolipidele pot fi enzimatic scindate
de catre fosfolipaze. Acesta clasa de enzime
scindeaza legaturile esterice ale
glicerofosfolipidelor. Fosfolipaza A2
cliveaza restul acidului gras de la carbonul 2
al glicerinei. Compusul rezultat
(lizofosfolipid) este un detergent puternic
folosit la distrugerea membranei celulare.
Plasmogenii sunt glicerofosfolipide care au grefate resturi de acizi nesaturati la atomul de
carbon 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 in
protejarea celulei de radicalii de oxigen liberi.

Sfingolipidele sunt derivati de sfingozina (amino-alcool
cu 18 atomi de carbon) si sunt abundente in tesutul
nervos. In general ele acestea se concentreaza in partea
exterioara a membranei plasmatice. Derivatii N-acilsfingozinici
sunt cunoscuti sub numele de ceramide.
In urma atasarea restului acil la gruparea amino a
sfingozinei se formeaza o legatura amidica care este
rezistenta la hidroliza in solutie alcalina, iar pe baza
acestei proprietati pot fi diferentiati de acil-gliceroli care
au legaturi esterice.
Exista 3 tipuri de ceramide:
a) Sfingomieline sunt ceramide care au o
grupare fosfocolinica (sau
fosfoetanolaminica). Ele constituie 10-
20% din totalul lipidelor plasmei
membranare. Sfingomielinele sunt
componente ale membranei mielinice
(care inconjoara axonii celulelor
nervoase).
b) Cerebrozidele sunt glicofosolipide
(ceramide) ce contin o monozaharida (glucoza sau galactoza) legata prin intermediul
unei legaturi 1-O--glicozidice de o grupare alcoolica primara a N-acil-sfingozinei (Nsfingoid).
In plante monozaharida este de regula glucoza, iar in animale acest zahar
este 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 animale
sfingozina sau dihidrosfingozina (sfinganina). Cerebrozidele contin frecvent cantitati
insemnate 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 si
cerebronic--OH24:0). Sinteza cerebrozidelor poate fi facuta prin acilarea psihozinei
sau transferul glucozei sau galactozei la o molecula de ceramida.

Structura de baza a sfingolipidelor
c) Gangliozidele Sunt ceramide care au atasate oligozaharide (ce contin si resturi de acid
sialic, vezi glicoproteine). Glicolipidele cu o molecula de acid sialic sunt numite
monosialogangliozide (indice M), iar cele cu doua molecule de acid sialic sunt numite
disialogangliozide (D). Gangliozidele (cunoscute - aproximativ 60) sunt in principal
componenti 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 membrana
organismelor eucariote, unde acestia joaca un rol
important in asigurarea stabilitatii, dar mai putin
intalnite la procariote.
Colesterolul este cel mai cunoscut sterol deoarece el
este asociat cu ateroscleroza. In plante si alge o
proportie mare o au sitosterolul (70%) si
stigmasterolul (20%). Drojdiile acumuleaza o
cantitate mare de steroli (peste 10% din masa
uscata), in timp ce ficomicetele (ciuperci parazite
inferioare) contin exclusiv ergosterol. Acest sterols este majoritar si in alte drojdii sau
ciuperci

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 de
ciclopentanoperhidrofenantren.
Colestrolul liber intra componenta majora a plasmei membranare animale (constituind
30-40% din totalul lipidelor) si a lipoproteinelor din plasma. Datorita gruparii –OH
colesterolul are un caracter amfifilic moderat. Prezenta celor patru nuclee confera
colesterolului o rigiditate crescuta comparativ cu celelalte lipide. In glandele corticosuprarenale
colesterolul participa la sinteza hormonilor steroidici (glucocorticoides,
aldosterone si androgeni sau estrogeni).
Colesterolul poate fi de asemenea esterificat cu acizii grasi. In forma esterificata este
depozitat in citoplasma celulelor sau poate circula in sange (in componenta
lipoproteinelor). In contrast, in creier si alte tesuturi nervoase, unde colesterolul este o
componenta 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 1
dintr-o hexoza (de obicei glucoza). Glicozidele steolilor sunt raspanditi un plante sau
alge. Mai mult, hidroxilul din pozitia 6 a hexozei poate fi esterificat cu acizi grasi in
scopul producerii sterol glicozidelor acilate.
Colesterolul poate fi transformat in acizi biliari (primari sau conjugati), acizi care sunt
secretati in caile biliare, unde intra in componenta bilei (sub forma de saruri).

Ergosterolul este un precursor al vitaminei D3. Aceasta molecula este intalnita in plante
si drojdii. In cazul in care este iradiat cu lumina UV rezulta vitamina D3 prin deschiderea
ciclului B, compus cu proprietati antirahitice
Androgenii (homoni sexuali masculini) si estrogenii (homoni sexuali femini) afecteaza
dezvoltarea si functiile sexuale.
Plantele, 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 fata
stresului. Glucocorticoizii sunt sintetizati in zona fasciculara a cortexului suprarenal.
Aldosterona controleaza excretia de saruri si apa din rinichi.
Androgenii (homoni sexuali femini) si estrogenii (homoni sexuali femini) afecteaza
dezvoltarea si functiile sexuale.
Testosteronul se formeaza din
androstendiona ,sub actiunea unei
enzime, in celulele Leydig din testicule.
Este responsabil de virilizare in timpul
vietii embrionare si initiaza si mentine
caracterele secundare masculine in
decursul vietii. Este sintetizat si de
ovare, majoritatea fiind convertit la
estradiol, iar restul este secretat in sange.
In celulele tinta este transformat in
dihidrotestosterona (androgen).
Ecosanoidele sunt derivati ai acidului
arahidonic
Prostaglandinele (ecosanoidele) sunt
compusi cu 20 atomi de carbon (Grec.
eikosi = douazeci). Aceasta clasa de
substante actioneaza la concentratii
foarte mici si sunt implicati in
producerea durerii si a febrei, controlul
presiunii sangelui, si reproducere. Ei
actioneaza indeosebi local, in apropierea
celulelor care-i produc. Aspirina inhiba
situsul activ al ciclooxigenazei (prin
acetilarea serinei din pozitia 530)

Produsii specifici ai metabolismului arachidonatului depind de tesutul in care are loc.
Lipide bistratificate
In organismele vii lipidele sunt gasite adesea in stare libera, dar in majoritatea
cazurilor acestea sunt asociate cu alte molecule (de regula cu alte lipide). Proprietatile
lipidelor bistratificate sunt importante deoarece acestea formeaza baza structurala a
membranelor biologice. Aceste membrane constituie bariere care delimiteaza interiorul
celulei de exteriorul acesteia. Membranele au structuri dinamice in care proteinele
“plutesc” intr-o mare de lipide. Componentele lipidice ale membranei formeaza o bariera
permeabila, in care componentele proteice alcatuiesc un sistem de transport. Alaturi de
membrana externa celulele eucariotelor contin de asemenea membrane interne care
delimiteaza 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) formeaza
micelii (agregate globulare care au resturile hidrofobe – lanturile hidrocarbonate – in
afara contactului cu apa). Acest aranjament molecular elimina contactele nefavorabile
dintre 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 mediilor
apoase. 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 stratului
bilipidic moleculele de apa sunt expulzate catre exterior, in timp ce lanturile hidrofobe
devin sechestrate in interiorul acestuia. Mai mult, fortele de atractie de tip van der Waals
dintre lanturile hidrocarbonate favorizeaza impachetarea acestora. De asemenea, trebuie
mentionate legaturile de hidrogen (de atractie) dintre partea polara a lipidei si moleculele
de apa. Asadar, straturile bilipidice sunt stabilizate de un spectru variat de interactiuni,
forte care mediaza interactiile moleculare din sistemele biologice.
Lipida amfifila
Grupe nepolare
(hidrofobe)
Grupe polare
(hidrofile)
Strat bilipidic
Faza nepolara (resturi de acizi grasi, colesterol)
Faza polara
(apoasa)
Amfifilii care sunt monostratificati (forma anionica a detergentilor) formeaza micele
sferice sau elipsoidale (partea hidrofila fiind mai mare decat “coada” hidrofoba).
Numarul de molecule care intra in componenta unei micele este de ordinul sutelor.
Cele doua lanturi hidrocarbonate ale glicerofosfolipidelor si sfingolipidelor imprima
amfifililor o structura sub forma unui disc, care are in componenta straturi bimoleculare.
Motivul este acela ca resturile de acizi grasi din interiorul unei fosfolipide sunt prea

voluminosi pentru a permite organizarea
acestora in interiorul unei micele. In contrast,
sarurile acizilor grasi (palmitatul de sodiu,
constituent al sapunurilor), care contin numai
un singur lant, sunt capabile sa formeze micele.
Formarea de straturi bilipidice in favoarea
micelelor are o importanta biologica deosebita.
Aceste straturi bilipidice constituie bariere
pentru moleculele polare si au aproximativ 60-
100 Å grosime si se pot desfasura pe distante
de pana la 1mm (in schimb micelele au o
structura limitata, sferica, de obicei cu
diametrul de circa 200 Å ). Structura lor pot fi
determinata prin microscopie electronica sau
difractia cu raze X.
O suspensie de fosfolipide
(glicerofosfolipidelor si sfingomieline) poate
Faza
polara
(apoasa)
Faza nepolara
Lipozom
unilamelar
forma lipozomi, vezicule inchise (umplute cu apa) care sunt constituite dintr-un singur
bistrat. De regula acestea au diametru de cateva sute de Å grosime. Odata formati
lipozomii sunt destul de stabili si pot fi purificati prin centrifugare, dializa sau
cromatografie (gel filtrare). Lipozomii servesc drept model pentru membranele biologice
si de asemenea pot fi folosite si drept vezicule purtatoare de medicamente dat fiind faptul
ca acestia se pot fixa pe diferite celule (prin fuziune cu plasma acestora).
Mobilitatea lipidelor
Transferul unei molecule de lipida dintr-un monostrat in celalalt (in cazul unui
bistrat) este cunoscut sub denumirea de difuzie transversala sau “flip-flop”. Acest
eveniment este destul de rar intalnit dat fiind faptul ca o asemenea miscare presupune ca
partea hidrofila a acestei lipide sa strabata bariera hidrofoba a bistratului. Pentru
fosfolipide rata de difuzie transversala are timpul de injumatatire de cateva zile (sau mai
mult). In mod contrar, lipidele difuzeaza foarte usor in planul unui monostrat din
componenta bistratului. Acest fenomen poarta numele de difuzie laterala. S-a estimat ca
timpul difuziei laterale al unei lipide (din cadrul celulei bacteriene) pe distanta de 1µm
este in jur de 1 s. Datorita mobilitatii ridicate a lipidelor se poate considera faptul ca
bistratul lipidic este un fluid bidimensional.
zile
(a) Difuzia transversala
Difuzia lipidelor intr-un bistrat
Interiorul unui bistrat este in continua miscare datorita libertatii de miscare in jurul
lagaturilor C-C ale restului hidrocarbonat. Vascozitatea bistratului creste dramatic odata
cu apropierea de capatul hidrofil (de la “capul” lipidei pana la gruparea carbonil a
sec
(b) Difuzie laterala

legaturilor amidice sau esterice), a carei mobilitate este contransa de interactiile cu alte
grupe polare sau incarcate.
O membrana biologica are in compozitie o diversitate de lipide (cu diferite lungimi sau
grade de nesaturare). In conditii fiziologice lanturile cu mobilitate mai mare vor umple
“golurile” din bistrat.
Bacteriile (E. coli) au in componeta 2 membrane (interioara – bariera de permeabilitate si
exterioara – protectie suplimentara).
Acelasi numar de membrane este
intalnit in cazul mitocondriilor sau
porilor nucleari. Mai mult archea si
peroxizomii au in componenta
numai o singura membrana.
Fluiditatea bistraturilor este
dependenta de temperatura
Daca un bistrat este racit la o
Tranzitia intr-un strat bilipidic: in stanga lantul nepolar al
lipidelor este mobil in planul bilipidei la T Tm; in dreapta
lantul lipidic este mult mai ordonat la TTm
temperatura mai mica de asa-numita
temperatura de tranzitie acesta sufera
mofificari devenind asemeni unui gel.
Peste aceasta temperatura de tranzitie
lipidele “mobile” sunt in stadiul de “cristal lichid”, stadiu in care lipidele sunt ordonate
intr-o anumita directie.
Temperatura de tranzitie (Tm) a unui bistrat creste odata cu lungimea lantului si cu gradul
de saturare al acizilor grasi din componenta lipidelor. Temperaturile de tranzitie ale
membranelor biologice variaza intre 10 si 40 ºC.
Bacteriile reguleaza fluiditatea membranei lor variind numarul de legaturi duble si
lungimea lanturilor acizilor grasi.
Colesterolul formeaza complecsi specifici cu cateva fosfolipide. Dat fiind faptul ca acesta
nu formeaza un bistrat acesta distruge interactiunile care au loc in mod normal intre doua
lanturi de acizi grasi si in consecinta modereaza fluiditatea membranei (plasticizeaza
membrana).
Tabel 1. Distributia lipidelor in diverse membrane
Cloroplaste Protoplaste Mitocondrie Eritrocite Mielina
(spanac) (B. megaterium) (soarece) (soarece) (soarece)
Fosfolipide 12 48 90 61 41
Glicolipide 80 52 - 11 42
Sterol Urme 0 Urme 28 17
Acilgliceroli - - 10 - -