Lipoproteina - Lipoprotein

Budowa chylomikronu .
ApoA, ApoB, ApoC, ApoEapolipoproteinami ; zielone cząsteczki to fosfolipidy ; T oznacza triacyloglicerol ; C to ester cholesterolu .

Lipoproteiny jest biochemiczne zespół, którego główną funkcją jest przenoszenie hydrofobowej lipidu (znany również jako tłuszcz ) cząsteczek wody, jak w osoczu krwi lub w innych płynach . Składają się one z centrum triglicerydowego i cholesterolowego , otoczonego zewnętrzną powłoką fosfolipidową , z częściami hydrofilowymi skierowanymi na zewnątrz w kierunku otaczającej wody i częściami lipofilowymi skierowanymi do wewnątrz, w kierunku centrum lipidowego. W zewnętrznej powłoce osadzony jest specjalny rodzaj białka, zwany apolipoproteiną , który zarówno stabilizuje kompleks, jak i nadaje mu funkcjonalną tożsamość, która determinuje jego rolę.

Wiele enzymów , transporterów , białek strukturalnych, antygenów , adhezyn i toksyn to lipoproteiny. Przykłady obejmują cząsteczki lipoprotein osocza ( HDL , LDL , IDL , VLDL i chylomikrony ). Podgrupy tych cząstek plazmy są głównymi czynnikami napędzającymi lub modulatorami miażdżycy .

Zakres

Lipoproteiny transbłonowe

Niektóre proteolipidy transbłonowe , zwłaszcza te znajdujące się w bakteriach , określane są jako lipoproteiny; nie są one związane z cząsteczkami lipoproteinowymi, o których jest ten artykuł. Takie białka transbłonowe są trudne do wyizolowania, ponieważ ściśle wiążą się z błoną lipidową, często wymagają lipidów do wykazania właściwej struktury i mogą być nierozpuszczalne w wodzie. Detergenty są zwykle wymagane do izolacji lipoprotein transbłonowych z powiązanych z nimi błon biologicznych.

Cząsteczki lipoprotein osocza

Ponieważ tłuszcze są nierozpuszczalne w wodzie, nie mogą być transportowane samodzielnie w wodzie pozakomórkowej, w tym w osoczu krwi. Zamiast tego są otoczone hydrofilową powłoką zewnętrzną, która pełni funkcję pojazdu transportowego. Rolą cząsteczek lipoprotein jest transport cząsteczek tłuszczu, takich jak triacyloglicerole (znane również jako triglicerydy ), fosfolipidy i cholesterol w wodzie pozakomórkowej organizmu do wszystkich komórek i tkanek ciała. Białka zawarte w zewnętrznej powłoce tych cząstek, zwane apolipoproteinami, są syntetyzowane i wydzielane do wody pozakomórkowej zarówno przez komórki jelita cienkiego, jak i wątroby . Powłoka zewnętrzna zawiera również fosfolipidy i cholesterol.

Wszystkie komórki wykorzystują i polegają na tłuszczach i cholesterolu jako elementach budulcowych do tworzenia wielu błon używanych przez komórki zarówno do kontrolowania wewnętrznej zawartości wody, jak i wewnętrznych elementów rozpuszczalnych w wodzie oraz do organizowania ich wewnętrznej struktury i białkowych systemów enzymatycznych. Zewnętrzna powłoka cząstek lipoprotein zawiera hydrofilowe grupy fosfolipidów, cholesterolu i apolipoprotein skierowane na zewnątrz. Takie właściwości sprawiają, że są one rozpuszczalne w puli krwi na bazie słonej wody. Triacyloglicerole i estry cholesterolu są przenoszone wewnętrznie, osłonięte przed wodą przez zewnętrzną powłokę. Rodzaj apolipoprotein zawartych w zewnętrznej powłoce determinuje funkcjonalną tożsamość cząstek lipoproteinowych. Oddziaływanie tych apolipoprotein z enzymami we krwi, między sobą lub z określonymi białkami na powierzchni komórek, określa, czy triacyloglicerole i cholesterol będą dodawane lub usuwane z cząstek transportujących lipoproteiny.

Charakterystyka w ludzkim osoczu

Chylomikrony VLDL LDL HDL
Ruchliwość elektroforetyczna Początek Pre-Beta Beta Alfa
Gęstość mniej niż 0,96 0,96-1,006 1.006-1.063 1,063-1,21
Średnica (nm) 100-1000 30-90 20-25 10-20
apolipoproteiny B 48 , Al, Wszystkie B 100 CI, CII B 100 AI, AI, CI
Skład
(% całkowitej zawartości)
Białko 2 10 20 40
Lipid 98 90 80 60
Składnik lipidowy
(% całkowitej zawartości lipidów)
Triacyloglicerole 88 55 12 12
Estry cholesterolu 4 24 59 40
Fosfolipidy 8 20 28 47
Wolne kwasy tłuszczowe - 1 1 1

Struktura

Lipoproteiny są złożonymi cząstkami, które mają centralny hydrofobowy rdzeń z niepolarnych lipidów, głównie estrów cholesterolu i triglicerydów. Ten hydrofobowy rdzeń otoczony jest hydrofilową błoną składającą się z fosfolipidów, wolnego cholesterolu i apolipoprotein. Lipoproteiny osocza dzielą się na siedem klas w zależności od wielkości, składu lipidów i apolipoprotein.

Funkcje

Metabolizm

Obchodzenie się z cząstkami lipoproteinowymi w organizmie jest określane jako metabolizm cząstek lipoproteinowych . Dzieli się on na dwie ścieżki, egzogenną i endogenną , w dużej mierze zależnie od tego, czy omawiane cząsteczki lipoprotein składają się głównie z lipidów pokarmowych (egzogennych), czy też powstały w wątrobie (endogenne), poprzez syntezę de novo triacylogliceroli.

W hepatocyty są główną platformą do obsługi triacylogliceroli i cholesterolu; wątroba może również przechowywać pewne ilości glikogenu i triacylogliceroli. Chociaż adipocyty są głównymi komórkami magazynującymi triacyloglicerole, nie wytwarzają żadnych lipoprotein.

Ścieżka egzogenna

Uproszczony schemat blokowy przedstawiający podstawy metabolizmu lipoprotein.

Żółć emulguje tłuszcze zawarte w treści pokarmowej , następnie lipaza trzustkowa rozszczepia cząsteczki triacyloglicerolu na dwa kwasy tłuszczowe i jeden 2-monoacyloglicerol. Enterocyty łatwo absorbują małe cząsteczki z chymusa. Wewnątrz enterocytów kwasy tłuszczowe i monoacyloglicerydy są ponownie przekształcane w triacyloglicerydy. Następnie te lipidy są łączone z apolipoproteiną B-48 w powstające chylomikrony . Cząsteczki te są następnie wydzielane do komórek mlecznych w procesie silnie zależnym od apolipoproteiny B-48. Gdy krążą w naczyniach limfatycznych , powstające chylomikrony omijają krążenie wątroby i są odprowadzane przez przewód piersiowy do krwiobiegu.

W krwiobiegu powstające cząstki chylomikronu oddziałują z cząstkami HDL, powodując oddanie HDL apolipoproteiny C-II i apolipoproteiny E do powstającego chylomikronu. Chylomikron na tym etapie jest uważany za dojrzały. Poprzez apolipoproteinę C-II dojrzałe chylomikrony aktywują lipazę lipoproteinową (LPL), enzym na komórkach śródbłonka wyścielających naczynia krwionośne. LPL katalizuje hydrolizę triacyloglicerolu, która ostatecznie uwalnia glicerol i kwasy tłuszczowe z chylomikronów. Glicerol i kwasy tłuszczowe mogą być następnie wchłaniane w tkankach obwodowych, zwłaszcza w tkance tłuszczowej i mięśniowej , w celu uzyskania energii i magazynowania.

Zhydrolizowane chylomikrony są obecnie nazywane pozostałościami chylomikronów . Resztki chylomikronu kontynuują krążenie w krwiobiegu, aż wejdą w interakcję poprzez apolipoproteinę E z receptorami pozostałości chylomikronu, znajdującymi się głównie w wątrobie. Ta interakcja powoduje endocytozę pozostałości chylomikronów, które są następnie hydrolizowane w lizosomach . Hydroliza lizosomalna uwalnia glicerol i kwasy tłuszczowe do komórki, które mogą być wykorzystane jako energia lub zmagazynowane do późniejszego wykorzystania.

Szlak endogenny

Wątroba jest centralną platformą do obsługi lipidów: jest w stanie magazynować glicerol i tłuszcze w swoich komórkach, hepatocytach . Hepatocyty są również zdolne do wytwarzania triacylogliceroli poprzez syntezę de novo. Wytwarzają również żółć z cholesterolu. Za wchłanianie cholesterolu odpowiedzialne są jelita. Przenoszą go do krwiobiegu.

W hepatocytach triacyloglicerole i estry cholesterolu są łączone z apolipoproteiną B-100, tworząc powstające cząstki VLDL . Powstające cząsteczki VLDL są uwalniane do krwiobiegu w procesie zależnym od apolipoproteiny B-100.

W krwiobiegu powstające cząsteczki VLDL zderzają się z cząsteczkami HDL; w rezultacie cząstki HDL przekazują apolipoproteinę C-II i apolipoproteinę E do powstającej cząstki VLDL. Po załadowaniu apolipoproteinami C-II i E powstająca cząstka VLDL jest uważana za dojrzałą. Cząsteczki VLDL krążą i napotykają LPL wyrażane na komórkach śródbłonka . Apolipoproteina C-II aktywuje LPL, powodując hydrolizę cząsteczki VLDL oraz uwalnianie glicerolu i kwasów tłuszczowych. Produkty te mogą być wchłaniane z krwi przez tkanki obwodowe, głównie tłuszcz i mięśnie. Zhydrolizowane cząstki VLDL są teraz nazywane pozostałościami VLDL lub lipoproteinami o średniej gęstości (IDL). Resztki VLDL mogą krążyć i, poprzez interakcję między apolipoproteiną E a receptorem resztek, być absorbowane przez wątrobę lub mogą być dalej hydrolizowane przez lipazę wątrobową .

Hydroliza przez lipazę wątrobową uwalnia glicerol i kwasy tłuszczowe, pozostawiając pozostałości IDL , zwane lipoproteinami o niskiej gęstości (LDL), które zawierają stosunkowo wysoką zawartość cholesterolu ( patrz natywna struktura LDL w 37°C na YouTube ). LDL krąży i jest wchłaniany przez wątrobę i komórki obwodowe. Wiązanie LDL z jego tkanką docelową zachodzi poprzez interakcję między receptorem LDL a apolipoproteiną B-100 na cząstce LDL. Wchłanianie następuje poprzez endocytozę , a zinternalizowane cząsteczki LDL ulegają hydrolizie w lizosomach, uwalniając lipidy, głównie cholesterol.

Możliwa rola w transporcie tlenu

Lipoproteiny osocza mogą przenosić gazowy tlen. Ta właściwość wynika z hydrofobowej struktury krystalicznej lipidów, co zapewnia odpowiednie warunki do O 2 rozpuszczalność w porównaniu do wodnego medium.

Rola w zapaleniu

Zapalenie , odpowiedź układu biologicznego na bodźce, takie jak wprowadzenie patogenu , odgrywa zasadniczą rolę w wielu układowych funkcjach biologicznych i patologiach. Jest to użyteczna odpowiedź układu odpornościowego, gdy organizm jest narażony na patogeny, takie jak bakterie w miejscach, które okażą się szkodliwe, ale mogą również mieć szkodliwe skutki, jeśli nie zostaną uregulowane. Wykazano, że lipoproteiny, a konkretnie HDL, odgrywają ważną rolę w procesie zapalnym.

Wykazano, że HDL jest korzystny na kilka sposobów, gdy organizm funkcjonuje w normalnych, stabilnych warunkach fizjologicznych. LDL zawiera apolipoproteinę B (apoB), która umożliwia LDL wiązanie się z różnymi tkankami, takimi jak ściana tętnicy, jeśli glikokaliks został uszkodzony przez wysoki poziom cukru we krwi . Utleniony LDL może zostać uwięziony w proteoglikanach, uniemożliwiając jego usunięcie przez wypływ cholesterolu HDL. Prawidłowo funkcjonujący HDL jest w stanie zapobiegać procesowi utleniania LDL i następującym po nim procesom zapalnym obserwowanym po oksydacji.

Lipopolisacharyd lub LPS jest głównym czynnikiem patogennym ściany komórkowej bakterii Gram-ujemnych . Bakterie Gram-dodatnie mają podobny składnik zwany kwasem lipotejchojowym lub LTA. HDL ma zdolność wiązania LPS i LTA, tworząc kompleksy HDL-LPS, które neutralizują szkodliwe działanie w organizmie i usuwają LPS z organizmu. HDL odgrywa również znaczącą rolę w interakcji z komórkami układu odpornościowego, modulując dostępność cholesterolu i modulując odpowiedź immunologiczną.

W pewnych nieprawidłowych warunkach fizjologicznych, takich jak infekcja systemu lub posocznica , główne składniki HDL ulegają zmianie. Skład i ilość lipidów i apolipoprotein ulegają zmianie w porównaniu z normalnymi warunkami fizjologicznymi, takimi jak obniżenie poziomu cholesterolu HDL (HDL-C), fosfolipidy, apoA-I (główna lipoproteina w HDL, która, jak wykazano, ma korzystne właściwości przeciwzapalne) i wzrost amyloidu A w surowicy . Ten zmieniony skład HDL jest powszechnie określany jako HDL ostrej fazy w odpowiedzi zapalnej ostrej fazy, podczas której HDL może utracić swoją zdolność do hamowania utleniania LDL. W rzeczywistości ten zmieniony skład HDL jest związany ze zwiększoną śmiertelnością i gorszymi wynikami klinicznymi u pacjentów z sepsą.

Klasyfikacja

Według gęstości

Lipoproteiny można podzielić na pięć głównych grup, wymienionych od większej i mniejszej gęstości do mniejszej i większej gęstości. Lipoproteiny są większe i mniej gęste, gdy wzrasta stosunek tłuszczu do białka. Są one klasyfikowane na podstawie elektroforezy , ultrawirowania i spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego za pomocą analizatora Vantera .

  • Chylomikrony przenoszą trójglicerydy (tłuszcz) z jelit do wątroby, mięśni szkieletowych i tkanki tłuszczowej.
  • Lipoproteiny o bardzo małej gęstości (VLDL) przenoszą (nowo zsyntetyzowane) trójglicerydy z wątroby do tkanki tłuszczowej.
  • Lipoproteiny o średniej gęstości (IDL) są pośrednie pomiędzy VLDL i LDL. Zazwyczaj nie są wykrywalne we krwi podczas postu .
  • Lipoproteiny o niskiej gęstości (LDL) przenoszą w organizmie od 3000 do 6000 cząsteczek tłuszczu (fosfolipidy, cholesterol, triglicerydy itp.). Cząsteczki LDL są czasami określane jako „złe” lipoproteiny, ponieważ stężenia zależne od dawki korelują z progresją miażdżycy.
    • duże, pływające cząstki LDL (lb LDL)
    • małe gęste cząsteczki LDL (sd LDL)
    • Lipoproteina(a) to cząsteczka lipoproteinowa o określonym fenotypie
  • Lipoproteiny o wysokiej gęstości (HDL) zbierają cząsteczki tłuszczu z komórek/tkanek organizmu i zabierają je z powrotem do wątroby. HDL są czasami określane jako „dobre” lipoproteiny, ponieważ wyższe stężenia korelują z niskimi wskaźnikami progresji i/lub regresji miażdżycy.

W przypadku młodych, zdrowych osób badanych, ~70 kg (154 funty), dane te reprezentują średnie dla badanych osób, procenty reprezentują % suchej masy:

Gęstość (g/ mL ) Klasa Średnica (nm) % białka % cholesterolu i estru cholesterolu % fosfolipidów % triacyloglicerol
>1,063 HDL 5–15 33 30 29 4-8
1,019–1,063 LDL 18–28 25 46-50 21-22 8-10
1.006–1.019 IDL 25-50 18 29 22 31
0,95–1,006 VLDL 30–80 10 22 18 50
<0,95 Chylomikrony 75-1200 1-2 8 7 83-84

Jednak dane te niekoniecznie są wiarygodne dla jednej osoby lub dla ogólnej populacji klinicznej.

Alfa i beta

Możliwa jest również klasyfikacja lipoprotein jako „alfa” i „beta”, zgodnie z klasyfikacją białek w elektroforezie białek surowicy . Terminologia ta jest czasami używana do opisu zaburzeń lipidowych, takich jak abetalipoproteinemia .

Podziały

Lipoproteiny, takie jak LDL i HDL, można dalej podzielić na podgatunki izolowane różnymi metodami. Są one podzielone według gęstości lub zawartości białka/białek, które niosą. Chociaż badania są obecnie w toku, naukowcy dowiadują się, że różne podgatunki zawierają różne apolipoproteiny, białka i lipidy między gatunkami, które pełnią różne role fizjologiczne. Na przykład w podgatunkach lipoprotein HDL duża liczba białek bierze udział w ogólnym metabolizmie lipidów. Jednak wyjaśnia się, że podgatunki HDL zawierają również białka zaangażowane w następujące funkcje: homeostazę , fibrynogen , kaskadę krzepnięcia , reakcje zapalne i immunologiczne, w tym układ dopełniacza , inhibitory proteolizy , białka ostrej fazy odpowiedzi i białko wiążące LPS , metabolizm hemu i żelaza, regulacja płytek krwi , wiązanie witamin i ogólny transport.

Studia

Miażdżyca tętnic jest główną przyczyną choroby wieńcowej . A choroba niedokrwienna serca jest główną przyczyną śmiertelności na świecie. W wielu badaniach zbadano możliwe korelacje między występowaniem choroby a stężeniem cząstek lipoprotein w osoczu we krwi. Istnieją hipotezy dotyczące możliwych przyczyn, ale do tej pory żadna z nich nie została udowodniona. Badania te wykazały korelację (a korelacja nie implikuje związku przyczynowego ) między miażdżycą a koncentracją cząstek. Potrzebne są badania ukierunkowane na różne fenotypy, aby ustalić, czy ilość cząstek jest reakcją na skład diety. Naukowcy obywatele próbują to zrobić.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki