A липопротеин - биохимический комплекс, основной целью которого является транспортировка гидрофобные липидные (также известные как жир ) молекулы в воде, например, в плазме крови или других внеклеточных жидкостях. Они состоят из центра триглицерида и холестерина, окруженного внешней оболочкой фосфолипида, с гидрофильными частями, ориентированными наружу, к окружающей воде, и липофильными частями, ориентированными внутрь, по направлению к окружающей воде. липидный центр. Особый вид белка, называемый аполипопротеином, встроен во внешнюю оболочку, стабилизируя комплекс и придавая ему функциональную идентичность, определяющую его судьбу.
Многие ферменты, переносчики, структурные белки, антигены, адгезины и токсины липопротеины. Примеры включают липопротеиновые частицы плазмы (HDL, LDL, IDL, VLDL и хиломикроны ). Подгруппы этих частиц плазмы являются первичными драйверами или модуляторами атеросклероза.
Некоторые трансмембранные протеолипиды, особенно те, которые содержатся в бактерии, называются липопротеинами; они не имеют отношения к липопротеиновым частицам, о которых идет речь в этой статье. Такие трансмембранные белки сложно выделить, поскольку они прочно связываются с липидной мембраной, часто требуют липидов для отображения правильной структуры и могут быть нерастворимыми в воде. Детергенты обычно требуются для выделения трансмембранных липопротеинов из связанных с ними биологических мембран.
Поскольку жиры нерастворимы в воде, они не могут транспортироваться сами по себе во внеклеточной воде, включая плазму крови. Вместо этого они окружены гидрофильной внешней оболочкой, которая функционирует как транспортное средство. Роль липопротеиновых частиц заключается в транспортировке молекул жира, таких как триацилглицерины (также известные как триглицериды ), фосфолипидов и холестерина во внеклеточной воде организма ко всем клеткам и тканям организма. Белки, включенные во внешнюю оболочку этих частиц, называемые аполипопротеинами, синтезируются и секретируются во внеклеточную воду как клетками тонкой кишки, так и печени. Внешняя оболочка также содержит фосфолипиды и холестерин.
Все клетки используют и полагаются на жиры и холестерин в качестве строительных блоков для создания множественных мембран, которые клетки используют как для контроля внутреннего содержания воды, так и внутренних водорастворимых элементов и организовать их внутреннюю структуру и ферментативные белковые системы. Внешняя оболочка липопротеиновых частиц имеет направленные наружу гидрофильные группы фосфолипидов, холестерина и аполипопротеинов. Такие характеристики делают их растворимыми в бассейне крови на основе соленой воды. Триацилглицерины и сложные эфиры холестерина переносятся внутри, защищенные от воды внешней оболочкой. Тип аполипопротеинов, содержащихся во внешней оболочке, определяет функциональную идентичность липопротеиновых частиц. Взаимодействие этих аполипопротеинов с ферментами в крови, друг с другом или со специфическими белками на поверхности клеток определяет, будут ли триацилглицерины и холестерин добавляться или удаляться из частиц транспорта липопротеинов.
Характеристика в плазме человека
Хиломикроны | ЛПОНП | ЛПНП | ЛПВП | |
---|---|---|---|---|
Электрофоретическая подвижность | Происхождение | Пре-бета | Бета | Альфа |
Плотность | меньше 0,96 | 0,96-1,006 | 1,006-1,063 | 1,063- 1,21 |
Диаметр (нм) | 100-1000 | 30-90 | 20-25 | 10-20 |
Аполипопротеины | B48, Al, Все | B100 CI, CII | B100 | AI, AII, CI |
Состав. (% от общего содержания) | ||||
Белок | 2 | 10 | 20 | 40 |
Липид | 98 | 90 | 80 | 60 |
Липидный компонент . (% от общего содержания липидов) | ||||
Триацилглицерины | 88 | 55 | 12 | 12 |
Эфиры холестерина | 4 | 24 | 59 | 40 |
Фосфолипиды | 8 | 20 | 28 | 47 |
Свободные жирные кислоты | - | 1 | 1 | 1 |
Обработка липопротеиновых частиц в организме называется метаболизмом липопротеиновых частиц. Он делится на два пути: экзогенный и эндогенный, в значительной степени в зависимости от того, состоят ли рассматриваемые липопротеиновые частицы в основном из пищевых (экзогенных) липидов или они происходят из печени. (эндогенный), посредством синтеза de novo триацилглицеринов.
гепатоциты являются основной платформой для работы с триацилглицеринами и холестерином; печень также может хранить определенные количества гликогена и триацилглицеринов. Хотя адипоциты являются основными клетками-хранилищами триацилглицеринов, они не производят липопротеинов.
Желчь эмульгирует жиры, содержащиеся в химусе, затем панкреатическая липаза расщепляет молекулы триацилглицерина на две жирные кислоты и одну 2-моноацилглицерин. Энтероциты легко поглощают небольшие молекулы из химуса. Внутри энтероцитов жирные кислоты и моноацилглицериды снова превращаются в триацилглицериды. Затем эти липиды собираются с аполипопротеином B-48 в возникающие хиломикроны. Затем эти частицы секретируются в млечные железы в процессе, который сильно зависит от аполипопротеина B-48. По мере того, как они циркулируют по лимфатическим сосудам, возникающие хиломикроны обходят кровообращение печени и выводятся через грудной проток в кровоток.
В кровотоке возникающие частицы хиломикрона взаимодействуют с частицами HDL, что приводит к донорству HDL аполипопротеина C-II и аполипопротеина E в зарождающийся хиломикрон. Тогда хиломикрон на этой стадии считается зрелым. Через аполипопротеин C-II зрелые хиломикроны активируют липопротеинлипазу (LPL), фермент на эндотелиальных клетках, выстилающих кровеносные сосуды. LPL катализирует гидролиз триацилглицерина, который в конечном итоге высвобождает глицерин и жирные кислоты из хиломикронов. Затем глицерин и жирные кислоты могут абсорбироваться периферическими тканями, особенно жировой и мышечной, для получения энергии и хранения.
Гидролизованные хиломикроны теперь называются остатками хиломикронов. Остатки хиломикронов продолжают циркулировать в кровотоке до тех пор, пока они не взаимодействуют через аполипопротеин E с рецепторами остатков хиломикронов, обнаруживаемыми в основном в печени. Это взаимодействие вызывает эндоцитоз остатков хиломикронов, которые впоследствии гидролизуются в лизосомах. Лизосомный гидролиз высвобождает в клетку глицерин и жирные кислоты, которые можно использовать для получения энергии или накапливать для дальнейшего использования.
Печень является центральной платформой для обработки липидов: она способна хранить глицерины и жиры в своих клетках, гепатоцитах. Гепатоциты также способны создавать триацилглицерины посредством синтеза de novo. Они также производят желчь из холестерина. Кишечник отвечает за всасывание холестерина. Они переносят его в кровоток.
В гепатоцитах триацилглицерины и сложные эфиры холестерина объединяются с аполипопротеином B-100 с образованием формирующихся частиц VLDL. Образующиеся частицы ЛПОНП попадают в кровоток посредством процесса, который зависит от аполипопротеина B-100.
В кровотоке возникающие частицы ЛПОНП сталкиваются с частицами ЛПВП; в результате частицы HDL отдают аполипопротеин C-II и аполипопротеин E формирующейся частице VLDL. После загрузки аполипопротеинов C-II и E возникающая частица VLDL считается зрелой. Частицы VLDL циркулируют и сталкиваются с LPL, экспрессируемым на эндотелиальных клетках. Аполипопротеин C-II активирует LPL, вызывая гидролиз частицы VLDL и высвобождение глицерина и жирных кислот. Эти продукты могут всасываться из крови периферическими тканями, в основном жировыми и мышечными. Гидролизованные частицы VLDL теперь называются остатками VLDL или липопротеинами промежуточной плотности (IDL). Остатки ЛПОНП могут циркулировать и, посредством взаимодействия между аполипопротеином Е и остаточным рецептором, абсорбироваться печенью, или они могут дополнительно гидролизоваться липазой печени.
Гидролиз печеночной липазой высвобождает глицерин и жирные кислоты, оставляя после себя Остатки IDL, называемые липопротеинами низкой плотности (LDL), которые содержат относительно высокое содержание холестерина (см. Нативную структуру LDL при 37 ° C на YouTube ). ЛПНП циркулирует и поглощается печенью и периферическими клетками. Связывание ЛПНП с тканью-мишенью происходит посредством взаимодействия между рецептором ЛПНП и аполипопротеином В-100 на частице ЛПНП. Абсорбция происходит посредством эндоцитоза, и интернализованные частицы ЛПНП гидролизуются в лизосомах, высвобождая липиды, главным образом холестерин.
Воспаление, реакция биологической системы на стимулы, такие как введение патогена, играет основную роль в многочисленных системных биологических функциях и патологиях. Это полезная реакция иммунной системы, когда организм подвергается воздействию патогенов, таких как бактерии, в местах, которые окажутся вредными, но также могут иметь пагубные последствия, если их не регулировать. Было продемонстрировано, что липопротеины, в частности ЛПВП, играют важную роль в воспалительном процессе.
Когда организм функционирует в нормальных, стабильных физиологических условиях, было показано, что ЛПВП полезны по нескольким причинам. ЛПНП содержит аполипопротеин В (апоВ), который позволяет ЛПНП связываться с различными тканями, такими как стенка артерии, если гликокаликс поврежден высоким уровнем сахара в крови. В случае окисления ЛПНП может попасть в протеогликаны, предотвращая его удаление путем оттока холестерина ЛПВП. Нормальное функционирование ЛПВП способно предотвратить процесс окисления ЛПНП и последующие воспалительные процессы, наблюдаемые после окисления.
Липополисахарид, или ЛПС, является основным патогенным фактором клеточной стенки грамотрицательных бактерий. грамположительные бактерии имеют аналогичный компонент, названный липотейхоевой кислотой, или LTA. ЛПВП обладает способностью связывать ЛПС и ЛТА, создавая комплексы ЛПВП-ЛПС, чтобы нейтрализовать вредное воздействие на организм и выводить ЛПС из организма. ЛВП также играет важную роль, взаимодействуя с клетками иммунной системы, чтобы модулировать доступность холестерина и модулировать иммунный ответ.
При определенных аномальных физиологических условиях, таких как системная инфекция или сепсис, основные компоненты ЛПВП изменяются. Состав и количество липидов и аполипопротеинов изменяются по сравнению с нормальными физиологическими условиями, такими как снижение холестерина ЛПВП (ХС-ЛВП), фосфолипидов, апоА-I (основной липопротеин в HDL, который, как было показано, обладает полезными противовоспалительными свойствами), и повышение сывороточного амилоида A. Этот измененный состав ЛПВП обычно называют ЛПВП острой фазы в острой фазе воспалительного ответа, в течение которого ЛПВП могут потерять свою способность ингибировать окисление ЛПНП. Фактически, этот измененный состав ЛПВП связан с повышенной смертностью и худшими клиническими исходами у пациентов с сепсисом.
Липопротеины можно разделить на пять основных группы, перечисленные от большей и меньшей плотности к меньшей и высокой плотности. Липопротеины становятся крупнее и менее плотными при увеличении соотношения жира к белку. Они классифицируются на основе электрофореза, ультрацентрифугирования и спектроскопии ядерного магнитного резонанса с помощью анализатора Вантера.
Для молодых здоровых субъектов исследования, ~ 70 кг (154 фунта), эти данные представляют собой средние значения для исследованных лиц, проценты представляют% сухой массы:
Плотность (г / м L ) | Класс | Диаметр (нм) | % белка | % холестерина и сложного эфира холестерина | % фосфолипидов | % триацилглицерина. |
>1,063 | ЛПВП | 5–15 | 33 | 30 | 29 | 4-8 |
1.019–1.063 | ЛПНП | 18–28 | 25 | 46-50 | 21-22 | 8-10 |
1,006–1,019 | IDL | 25–50 | 18 | 29 | 22 | 31 |
0,95–1,006 | ЛПОНП | 30–80 | 10 | 22 | 18 | 50 |
<0.95 | Хиломикроны | 75-1200 | 1-2 | 8 | 7 | 83-84 |
Однако эти данные не обязательно надежны для какого-либо отдельного человека или для общей клинической популяции.
Это также можно классифицировать липопротеины как «альфа» и «бета» в соответствии с классификацией белков в электрофорезе белков сыворотки. Эта терминология иногда используется при описании липидных расстройств, таких как абеталипопротеинемия.
Липопротеины, такие как ЛПНП и ЛПВП, могут быть дополнительно подразделены на подвиды, выделенные с помощью множества методов. Они подразделяются по плотности или по содержанию белка / белков, которые они несут. Хотя исследования в настоящее время продолжаются, исследователи узнают, что разные подвиды содержат разное содержание аполипопротеинов, белков и липидов между видами, которые выполняют разные физиологические роли. Например, в подвидах липопротеинов ЛПВП большое количество белков участвует в общем липидном метаболизме. Однако выясняется, что подвиды ЛПВП также содержат белки, участвующие в следующих функциях: гомеостаз, фибриноген, каскад свертывания, воспалительные и иммунные реакции, включая система комплемента, ингибиторы протеолиза, белки острофазового ответа и LPS-связывающий белок, гем и метаболизм железа, регуляция тромбоцитов, связывание витаминов и общий транспорт.
Атеросклероз является основной причиной ишемической болезни сердца, которая является ведущая причина смертности в мире. С 1980-х годов во многих исследованиях изучались возможные корреляции между заболеваемостью и концентрацией липопротеиновых частиц плазмы в крови. Существуют гипотезы о возможных причинно-следственных связях. Исследования показали корреляцию между атеросклерозом и концентрацией частиц. Дальнейшие исследования искали корреляции между питанием и концентрацией различимых липопротеиновых частиц, например повышает или понижает соотношение диетических жиров уровни ЛПНП в крови. Исследования показали, что существуют разные фенотипы в отношении количества частиц и реакции на состав рациона.