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ANALISI LIPIDOMICA DELLA MEMBRANA CELLULARE

La lipidomica della membrana cellulare è uno strumento diagnostico per la prevenzione di malattie e la qualità della vita.

COMPOSIZIONE DELLA MEMBRANA CELLULARE

Membrana cellulareLa membrana cellulare rappresenta una delle strutture fondamentali e degli elementi funzionali degli organismi viventi.
Questa miscela complessa di lipidi allo stato fluido, dove sono immerse proteine ed altre molecole come il colesterolo, forma il confine della cellula con il mondo esterno attraverso cui avvengono le comunicazioni e scambi necessari per la vita.

L’unità lipidica fondamentale della membrana cellulare è il fosfolipide, con una caratteristica struttura testa-coda di natura anfipatica (ovvero compatibile contemporaneamente con ambienti polari ed apolari).

Struttura molecolare cellulaLa struttura molecolare orienta l’aggregazione spontanea delle unità fosfolipidiche nella forma di doppio strato, con le sole teste polari che interagiscono con l’ambiente acquoso.
Il doppio strato si richiude su se stesso per delimitare un compartimento, che è appunto quello cellulare. La parte idrofobica della membrana è costituita dalle code di acidi grassi, lunghe catene tipicamente di 16-22 atomi di carbonio, che si organizzano l’una accanto all’altra nel doppio strato.
La modalità di organizzazione delle membrane dipende dal tipo di acidi grassi presenti nei fosfolipidi, e ciascun tessuto ha la sua tipica composizione di acidi grassi.

E’ riconosciuto ampiamente che il ruolo degli acidi grassi sia quello di mantenere un’idonea struttura del doppio strato, per ottenere favorevoli caratteristiche di fluidità e permeabilità. Ciò permette alla cellula di mantenere la sua identità, ma anche di collegarsi efficientemente all’esterno, scambiare nutrienti ed espellere le sostanze del catabolismo.

Già in questo ambito, le code idrofobe sono fondamentali per regolare le caratteristiche della membrana – fluidità e permeabilità – con effetti diversi a seconda dell’appartenenza alle due categorie principali degli acidi grassi:

    1. acidi grassi saturi (saturated fatty acids, SFA) , con una tipica struttura lineare che si può organizzare in modo fortemente impaccato, ovvero portando ad una ridotta permeabilità e fluidità della membrana;
    2. acidi grassi insaturi (unsaturated fatty acid, UFA), con una tipica struttura ripiegata data dalla presenza di insaturazioni o doppi legami lungo la catena di atomi di carbonio. Quando è presente solo un doppio legame, la struttura si dice MONOINSATURA (monounsaturated fatty acid, MUFA). La tipica forma ripiegata si spiega per la particolare configurazione del doppio legame, dove la catena degli atomi di carbonio si dispone in una geometria specifica detta CIS (= dalla stessa parte). Durante la biosintesi, l’acido grasso saturo viene trasformato, tramite un enzima detto DESATURASI, che provvede a creare l’insaturazione lungo la catena, in determinate posizioni (solitamente nelle posizioni 5, 6 oppure 9) e solamente nella configurazione CIS. Nelle cellule eucariotiche sono presenti acidi grassi quasi sempre come isomeri geometrici CIS.

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La struttura ripiegata è importantissima, perchè permette di distanziare maggiormente le code nella disposizione del doppio strato, conferendo maggiore mobilità e spazio di interazione. Senza la presenza delle insaturazioni, la membrana non avrebbe le caratteristiche idonee agli scambi, pertanto la conservazione della geometria dei doppi legami è una delle necessità più impellenti per la cellula eucariotica.

Gli acidi grassi insaturi possono avere più di un doppio legame, e quindi si chiamano poliinsaturi (polyunsaturated fatty acids, PUFA) divisi in due famiglie, gli acidi grassi omega-6 ed omega-3. Questi particolari componenti sono anche detti ESSENZIALI (EFA, Essential Fatty Acids), perché essi provengono solo dalla nutrizione. L’acido LINOLEICO, precursore degli omega-6, e l’acido ALFA-LINOLENICO, precursore degli omega-3, devono essere presi dagli alimenti, quindi se non si consumano gli alimenti che li contengono, si crea una situazione di deficit. Ciascuno di questi due acidi grassi possono essere processati enzimaticamente nell’organismo, dando luogo a tutti i costituenti delle due famiglie di acidi grassi poliinsaturi (PUFA = polyunsaturated fatty acids) omega-3 ed omega-6.

Come si vede dal percorso biosintetico, oltre all’enzima desaturasi, l’altro enzima che lavora con le molecole di acidi grassi si chiama ELONGASI. Esso effettua l’assemblaggio delle catene di atomi di carbonio, procedendo con un assemblaggio di tipo 2+2, quindi le catene degli acidi grassi sono sempre con un numero pari di atomi di carbonio.

Alle famiglie omega-6 ed omega-3 appartengono importanti componenti poliinsaturi, come l’acido arachidonico (omega-6), l’acido eicosapentaenoico (EPA, omega-3) e l’acido docosaesaenoico (DHA, omega-3) che sono anche caratteristici delle composizioni di tessuti diversi nell’organismo, come la membrana eritrocitaria e le cellule nervose.

LA LIPIDOMICA DELLA MEMBRANA CELLULARE ED IL BILANCIAMENTO DI ACIDI GRASSI

Le membrane sono strutture dinamiche, che si organizzano ad accogliere proteine e canali funzionali alla vita cellulare, e nel realizzare l’assemblaggio tra tutte le possibili strutture di acidi grassi deve avvenire anche contemporaneamente un bilanciamento che viene attentamente regolato durante il processo biosintetico. Difatti le famiglie di acidi grassi vengono utilizzate dagli enzimi a livello delle strutture dei fosfolipidi, in modo che alla fine risulti una miscela atta a mantenere quanto più possibile costante la funzionalità della membrana stessa.

Si può pertanto dire che ciascun tessuto abbia una tipica composizione di acidi grassi che lo contraddistingue, e che è ben nota da decenni di studi sulle analisi lipidiche di tessuti.

Mentre l’analisi lipidica mette in luce la composizione standard, la lipidomica si interessa non solo dei livelli di acidi grassi presenti ma anche delle correlazioni tra le vie biosintetiche, evidenziando scompensi tra le varie piste. Inoltre, l’approccio lipidomico è quello di monitorare ed interpretare le trasformazioni che la membrana può subire, a causa di eventi fisiologici e patologici, e che hanno inevitabilmente influenza sulla reale disponibilità e quantità dei diversi tipi di acidi grassi presenti in quell’organismo. Tra di essi, è stato evidenziato con sempre maggiore frequenza che lo stress creato da un eccesso di radicali liberi – come si dirà a breve – può determinare la modifica della composizione lipidica di una membrana cellulare, scompaginando le percentuali relative degli acidi grassi.

stress radicalico

La visione della lipidomica è dinamica, permettendo di entrare nel merito del metabolismo che collega la nutrizione alla realizzazione delle strutture cellulari, ma è anche fortemente personalizzata, perché sulla base delle notizie raccolte sul paziente (tramite anamnesi e questionario alimentare) esamina e cerca di razionalizzare la situazione creata dal metabolismo soggettivo. In molti casi fisiologici, come l’attività sportiva, una vita stressante o l’impossibilità di seguire una nutrizione razionalizzata, oppure nello stato di gravidanza e la familiarità per alcune patologie, la lipidomica può dare un ottimo contributo ad inquadrare la situazione e portare il soggetto a recuperare il migliore bilancio possibile per la funzionalità di membrana. Siccome sulla membrana avvengono una serie di segnalazioni cellulari e processi di riconoscimento molecolare, l’equilibrio raggiunto può avere un effetto positivo anche nel coadiuvare l’intero metabolismo, e a dare una buona base per far fronte ad eventi imprevisti nel ciclo vitale.

La membrana cellulare di un individuo viene conservata anche se il suo bilanciamento non è perfetto, per cui eventuali scompensi esistenti possono rimanere silenti, ovvero senza causare alcuna patologia, per diverso tempo. L’esempio più classico in questo caso, è dato dal livello di acido arachidonico, mediatore del processo infiammatorio, e dal bilancio di tutta la pista omega-6 ad azione pro-infiammatoria. Con la lipidomica si può ritenere che, effettuando un controllo annuale del bilanciamento lipidico, si possa efficacemente operare nel senso della prevenzione di possibili scompensi silenti. Il confronto tra la lipidomica dello stato fisiologico ed il bilanciamento tra gli acidi grassi in condizioni normali con la lipidomica dello stato scompensato permette di individuare la strategia migliore per trattare lo squilibrio, utilizzando il modello della normalità come parametro di arrivo.

prevenzione stress radicalicoQui sta la grande potenzialità della lipidomica e della terapia lipidica integrata con il trattamento dello stress radicalico, che consentono di disegnare ed attuare una vera e propria strategia di prevenzione – trattando le carenze individuate con opportune supplementazioni dietetiche e regimi nutrizionali –
e ne controllano l’efficacia per il benessere cellulare ed il miglioramento della qualità della vita.