Microsoft PowerPoint - MatLipopr13.14 [tryb zgodności]

2013-10-25

LIPOPROTEINY I ICH METABOLIZM.

Zaburzenia metabolizmu

lipoprotein

Zakład Biochemii Klinicznej i Medycyny Laboratoryjnej

Katedra Chemii i Biochemii Klinicznej UM

• Tłuszcze wchłonięte z pokarmem oraz syntetyzowane w

wątrobie i tkance tłuszczowej muszą być transportowane
między różnymi tkankami i narządami, aby mogły być
zużywane i magazynowane.

• Kwasy tłuszczowe o długim łańcuchu wiążą się z albuminami,

a krótkołańcuchowe rozpuszczają się w osoczu, natomiast inne
lipidy transportowane są w kompleksach lipoproteinowych,
które w osoczu krwi występują w kilku rodzajach różniących
się wielkością i składem.

2013-10-25

LIPOPROTEINY

• Hydrofobowy charakter lipidów sprawia, iż ich

transport w środowisku wodnym (drogą krwi)

jest możliwy dzięki powstawaniu

rozpuszczalnych kompleksów z białkami

osoczowymi (wiążą wodę)

• Większość lipidów transportowana jest w

postaci lipoprotein

(LPs).

Ogólna struktura lipoproteiny

Lipoproteiny osocza zbudowane są z hydrofobowego rdzenia otoczonego
przez warstwę hydrofilną.

2013-10-25

• Wnętrze

kompleksu lipoproteinowego

stanowi

silnie

hydrofobowy

rdzeń,

złożony

triacylogliceroli i estrów cholesterolu.

• Rdzeń ten jest otoczony hydrofilną powłoką

zbudowaną z lipidów mających grupy polarne
(fosfolipidy, wolny cholesterol) oraz białek
zwanych

apoproteinami

• Podczas ultrawirowania osocza lipoproteiny rozdzielają się na 4

frakcje o różnej gęstości.

• Różnią się one składem lipidowym oraz zawartością apoprotein.

• Skład poszczególnych klas lipoprotein osoczowych ulega pewnym

wahaniom, gdyż cząsteczki lipoprotein są stale syntetyzowane,
degradowane i usuwane z osocza, stale też wymieniają między sobą
swoje składniki lipidowe i apoproteinowe.

2013-10-25

Rozdział lipoprotein osocza przy użyciu

elektroforezy

• Lipoproteiny osoczowe mogą być rozdzielone drogą

elektroforezy

• Najszybciej w kierunku anody (+) wędrują HDL (α-

lipoproteiny), po nich VLDL (pre-β-lipoproteiny,
poźniej LDL (β-lipoproteiny), natomiast chylomikrony
(CH), jako cząsteczki elektrycznie obojętne, pozostają
na miejscu startu

Rozdział lipoprotein osocza przy użyciu elektroforezy

2013-10-25

VLDL

IDL

LDL

HDL

Skład Lipoprotein

Główne

apoB apoB apoB apoB apoA-I

Białko

Główny

Lipid

CM= chylomikrony

TG=triglicerydy

VLDL= lipoproteiny o bardzo niskiej g

sto

ci CE= estry cholesterolu

IDL= lipoproteiny o po

redniej g

sto

LDL= lipoproteiny o niskiej g

sto

HDL= lipoproteiny o wysokiej g

sto

Apo = apolipoproteina

2013-10-25

KLASYFIKACJA LIPOPROTEIN

Istnieje 5 głównych klas lipoprotein, z których każda ma inną

funkcję.

1. Chylomikrony

— Chylomikrony są dużymi cząsteczkami, które

przenoszą lipidy pożywienia. Są one związane z różnymi
apolipoproteinami, takimi jak: B-48, C-I, C-II, C-III, E.

2. Lipoproteiny o bardzo niskiej gęstości

(VLDL) transportują

endogenne triacyloglicerole i cholesterol. Głównymi apoproteinami tej
frakcji są: B-100, C-I, C-II, C-III, i E.

3. Lipoproteiny o pośredniej gęstości

(IDL) przenoszą estry

cholesterolu i triacyloglicerole. Apolipoproteiny B-100, C-III, i E.

4. Lipoproteiny o niskiej gęstości

(LDL) przenoszą przede wszystkim

estry cholesterolu, a główną apoproteiną jest apo B-100.

5. Lipoproteiny o wysokiej gęstości

(HDL) także przenoszą estry

cholesterolu. Główne apolipoproteiny to: A-I, A-II, C-I, C-II, C-III, D,
oraz E.

Lipoprotein
class

Density
(g/mL)

Diameter
(nm)

Protein %
of dry wt

Phosphol
ipid %

Triacylglycerol
% of dry wt

HDL

1.063-1.21

5 – 15

LDL

1.019 –
1.063

18 – 28

IDL

1.006-1.019

25 - 50

VLDL

0.95 – 1.006

30 - 80

chylomicrons

< 0.95

100 - 500

1 - 2

Skład i właściwości lipoprotein osocza

2013-10-25

Funkcja

Lipoproteina

Transport egzogennych triacylogliceroli

Chylomikrony

Transport endogennych triacylogliceroli

VLDL

Transport cholesterolu z wątroby do innych
tkanek

LDL

Transport cholesterolu z tkanek
obwodowych i innych lipoprotein do
wątroby

HDL

Funkcje lipoprotein

Białkowa część lipoprotein nazywana jest

apolipoproteiną

lub

apoproteiną.

• Część

białkowa

ułatwia

transport lipidów i pomaga
w

utrzymaniu

struktury

lipoprotein.

• Różne apolipoproteiny

służą jako kofaktory dla
enzymów i jako ligandy
receptorów.

2013-10-25

Struktura lipoproteiny

• Apoproteiny

(„apo”)

są

hydrofilnymi

składnikami

lipoprotein, zapewniającymi im rozpuszczalność

• Część białkowa ułatwia utrzymanie struktury lipoproteiny.

• Służy ona również jako ligand dla receptorów lipoprotein oraz

wpływa na aktywność enzymów uczestniczących w ich
przemianach

• Ze względu na ich budowę i funkcje dzielą się na wiele klas,

noszących symbole literowe od apoA do apoJ

• Większość z nich dzieli się na podklasy np.: apo-AI, apoC-II

Apolipoproteiny

Lipoproteina

AI,

B-48,

CI, CII, CIII

Chylomikrony

B-100,

CI,

CII,

CIII, E

VLDL

B-100, E

IDL

B-100

LDL

AI,

AII

HDL

(a), B-100

Lp(a)

Rodzaje Apolipoprotein obecnych w lipoproteinach

2013-10-25

Apoproteiny-białkowe części

lipoprotein

• A-I

- główne białko HDL

• aktywuje LCAT

•

A-II

– występuje jako dimer głównie w HDL

• Zwiększa aktywność lipazy wątrobowej (HL)

•

B-48

– wykryta tylko w

chylomikronach

• B-100

–

główne białko obecne w LDL

• Pośredniczy w wychwytywaniu LDL przez tkanki

2013-10-25

• C-I

– obecne w chylomikronach, VLDL, HDL

• Może także aktywować LCAT

• C-II

- obecne w chylomikronach, VLDL, HDL

•

aktywuje lipazę lipoproteinową

• C-III

– obecne w chylomikronach, VLDL, IDL, HDL

• Hamuje lipazę lipoproteinową

• D

- obecna w HDL

• Zwana również białkiem transportującym estry

cholesterolu (CETP)

• E

- obecna w chylomikronach, VLDL, IDL HDL

• wiąże się do LDL receptora

• H

– obecna w chylomikronach; także znana pod nazwą jako

β-2-

glikoproteina I (uczestniczy w metabolizmie TG)

Apoproteiny rodzaje cont.

Lipoproteina (a)

Lipoproteina (a) Lp(a) to zmodyfikowana cząsteczka posiadająca

dodatkowo składnik białka

apoproteinę a

, syntetyzowaną w

wątrobie i łączącą z LDL już w krążeniu

W przypadku nadmiernej syntezy Lp(a) dochodzi do aktywacji

proliferacji komórek mięśni gładkich i patologicznej przebudowy
ściany naczyń.

Lp(a) sprzyja procesom prozakrzepowym

2013-10-25

W skład

cząsteczki Lp(a)

wchodzi białko zwane apoproteiną (a) oraz cząsteczka

apo B taka sama jak w LDL.

Budowa

Lp(a)

podobna do plazminogenu, co może spowodować, że wiąże się ona z

fibryną i hamuje proces fibrynolizy.

Skład lipidowy podobny do LDL. Głównym miejscem syntezy jest wątroba.
Apo(a) jest połączone mostkiem S-S z apo B.

From Medical Biochemistry,
Baynes & Dominiczak,
Mosby, 1999.

Budowa domenowa w
postaci „kringle” zbli

apo(a) do budowy
plazminogenu

2013-10-25

Trzy rodzaje transportu lipidów

•

Lipoproteiny spełniają 3 główne funkcje:

1. Transport lipidów pożywienia ze ściany jelita, gdzie

są absorbowane, do innych tkanek nazywany jest

egzogennym transportem lipidów.

2. Transport triacylglyceroli i cholesterolu z wątroby do

innych tkanek nazywany jest

endogennym

transportem lipidów.

3. Transfer cholesterolu z tkanek pozawątrobowych do

wątroby nazywany jest

zwrotnym transportem

cholesterolu

Kluczowe enzymy w metabolizmie

lipoprotein

•

Lipaza Lipoproteinowa (LPL): przeprowadza hydroliz

stek bogatych w TAG

•

Lecytyna:cholesterol acyltransferaza (LCAT)

: uczestniczy

w usuwaniu nadmiaru cholesterolu z komórek obwodowych

2013-10-25

Trawienie i wchłanianie lipidów zawartych w

diecie

• Z dietą dostarczane są głównie triacyloglicerole.
• Cholesterol choć w mniejszej ilości jest również

przyjmowany z pokarmem, najczęściej w postaci
niezestryfikowanej.

• Tłuszcze ulegają emulgacji poprzez działanie kwasów

żółciowych i tworzą micele

• Proces ten umożliwia ich hydrolizę przez enzymy

trawienne w dwunastnicy

2013-10-25

Wchłanianie lipidów zawartych w diecie

• Produkty hydrolizy: cholesterol, kwasy tłuszczowe i

monoglicerydy dyfundują z miceli do komórek błony
śluzowej jelita cienkiego, gdzie zachodzi resynteza
triacylogliceroli i estrów cholesterolu.

• Następnie lipidy, wraz z fosfolipidami i apo B-48 są

włączane do

chylomikronów

, które są wydzielane z

błony śluzowej jelita do naczyń chłonnych i dostają
się do krwioobiegu przez przewód piersiowy

• Cholesterol i kwasy żółciowe wracają do wątroby

przez żyłę wrotną w krążeniu jelitowo-wątrobowym.

Trawienie i transport

Chylomicron

Chylomikrony:

hydrofobowe TAGs znajdują się w środku,

hydrofilne głowy fosfolipidów i białek na stronie zewnętrznej

1. Lipaza lipoproteinowa

uwalnia kw. tł. + glicerol
(glicerol mo

e by

yty w glikolizie)

2. Komórki wyłapuj

kw. tłuszcz.

adipocyty:

magazynuj

jako TAGs

ęś

nie

: jako

ródło energii

3. Nadmiar chylomikronów wyłapuje w

troba

a pozostałe składniki ulegaj

recyklizacji

2013-10-25

Chylomikrony (CH)

Są wydzielane przez nabłonek jelitowy do krążenia ogólnego

Cechą charakterystyczną jest zawartość apoproteiny B

najwyższa zawartość TAGs

W krążeniu CH wzbogacają się w apo C-II i C-III i apo E

pochodzące głównie z HDL, a tracą w krążeniu apoA-I i apo-AII

Wzbogacenie CH w apoC zapoczątkowuje kaskadę lipolityczną w

wyniku działania lipazy lipoproteinowej (LPL), która przekształca
CH w chylomikrony resztkowe (remnanty CH).

Transport egzogenny z jelit w chylomikronach

• We krwi

chylomikrony

otrzymują apoproteiny C i E pochodzące z

HDL

• Lipaza lipoproteinowa

szybko hydrolizuje rdzeń triacylogliceroli

• Chylomikrony zmniejszają się i przekształcają w remnanty

chylomikronów

• Następuje wymiana triacylogliceroli na estry cholesterolu z

dojrzałych HDL, z udziałem CETP

• Powstająca cząsteczka lipoproteiny ma pośrednią gęstość (IDL),

została zubożona w TAG i wzbogacona w estry cholesterolu i
zawiera apo B-48 i apo E

• Apo E na powierzchni cząstki jest rozpoznawana przez receptory

dla apo E, znajdujące się na komórkach miąższu wątroby, i szybko
usuwana z krwioobiegu.

2013-10-25

Lipaza Lipoproteinowa (LPL)

LPL

Excess Surface

Material

HDL assembly

Kw. Tłuszcz.

Glicerol

Energy

apoC-II

VLDL

apoE

apoA-I

cholesterol

phospholipid

Komórki

ródłonka

VLDL

apoE

troba

Lipolytic
products

Kw.

ółciowe

ęś

nie

“Remnant”

TG = triglyceride

LDL

2013-10-25

Endogenny transport lipidów

• Endogenny

transport lipidów zaczyna się od syntezy

VLDL

przez wątrobę.

• Rdzeń czasteczki VLDL stanowią triacyloglicerole

(60 %) i estry cholesterolu (20 %).

• Apoproteinami istotnymi

dlaVLDL jest apo C-II

które jest kofaktorem

lipazy lipoproteinowej

apo C-III hamuje ten enzym, apo B-100 i E są

ligandami dla receptorów lipoprotein LDL (B/E
receptor).

Endogenny transport lipidów

• VLDL

są wytwarzane przez wątrobę, zawierają

apoB-100 oraz triacyloglicerole

pochodzenie

endogennego

• Ich rola polega na przenoszeniu lipidów z wątroby do

tkanek peryferyjnych

• Lipaza lipoproteinowa

zlokalizowana na powierzchni

śródbłonka, zaktywowana przez apoC-II, rozkłada
triacyloglicerole zawarte w VLDL, powodując
zmniejszenie ich średnicy i zwiększenie gęstości

2013-10-25

Endogenny transport lipidów

• Od tego momentu następuje intensywna wymiana

składników między zmniejszonymi VLDL a HDL

• Składniki białkowe VLDL, wśród nich apoE i apoC,

powracają do HDL, skąd pochodzą

• Estry cholesterolu są przenoszone z HDL do VLDL,

wymieniając się z triacyloglicerolami i fosfolipidami,
które przemieszczają się z VLDL do HDL

• W wymianie tej uczestniczy

„ białko przenoszące

estry cholesterolu” (CETP)

2013-10-25

Metabolizm LDL

• LDL są głównym transporterem cholesterolu z wątroby do

innych narządów przede wszystkim nerek, mięśni i kory
nadnerczy.

• W nich zawarta jest większość cholesterolu osoczowego
• Cząsteczki LDL zachowują apoB-100, lecz tracą inne

apoproteiny na rzecz HDL.

• Zawierają

mniej

TAG

niż

VLDL,

natomiast

więcej

cholesterolu i jego estrów

• LDL

pełnią

swą

funkcję

przez

odkładanie

wolnego

cholesterolu na powierzchni błon komórkowych lub przez
wiązanie się z receptorem błonowym, który rozpoznaje
zawartą w nich apoB-100

CE/TG

B100

VLDL

CII

Z w

troby

LPL

WKT

adipocyty

sie

CE/TG

IDL

B100 E

LDL receptor

LDL

B100

troba

Cholesterol endogenny

Tkanki

pozaw

trobowe

ół

LDL receptor

2013-10-25

Wiązanie LDL z receptorem błonowym, który

rozpoznaje apo B-100

Mechanizmy przeciwdziałąjace nadmiernej

akumulacji cholesterolu

1. Cholesterol pochodzący z resztek chylomikronów, HDL i LDL

hamuje biosyntezę cholesterolu endogennego poprzez wpływ na
ilość i aktywność reduktazy HMG-CoA

2. Nadmiar cholesterolu przekraczający aktualne potrzeby

metaboliczne komórki powoduje jego estryfikację przez
acylotransferazę acyloCoA : cholesterol, a powstajacy ester
cholesterolu może być przechowywany w komórce

3. Wysokie stężenie cholesterolu w komórce hamuje biosyntezę

receptora białkowego LDL poprzez obniżenie transkrypcji genu
obniżając pobór cholesterolu z LDL do komórki

2013-10-25

Dwie drogi syntezy estrów cholesterolu

• W ścianie jelita (i wewnątrz innych komórek) część

zaabsorbowanego cholesterolu ulega estryfikacji z
kwasami tłuszczowymi, tworząc

estry cholesterolu

• Enzymem katalizujacym estryfikację cholesterolu jest

ACAT

(Acyl CoA: Cholesterol Acylotransferaza

)

Reakcja katalizowana przez acylotransferazę

AcyloCo: cholesterol (ACAT)

Zlokalizowana głównie w retikulum endoplazmatycznym ACAT katalizuje tworzenie
estrów cholesterolu. Estry cholesterolu b

ce produktem reakcji ACAT s

albo

magazynowane w cytosolu lub wydzielane z komórki jako element apo-B lipoprotein
(LDL).

2013-10-25

Reakcja tworzenia estrów z udziałem acylotransferazy

lecytyna : cholesterol (LCAT)

Enzym ten występuje na powierzchni HDL i jest aktywowany przez apoA-I.

Układ LCAT-HDL działa by chronić komórkę przed szkodliwym nadmiarem
cholesterolu

Metabolizm HDL

• Kompleksy HDL są syntetyzowane w wątrobie oraz

w ścianie jelita, a następnie uwalniane do krążenia
drogą egzocytozy

• Cholesterol uwalniany do osocza jest wiązany przez

HDL i natychmiast estryfikowany przez enzym
osoczowy

acylotransferazę lecytyna : cholesterol

syntetyzowaną w wątrobie ,

a aktywowaną przez

apoA-I

zawartą w HDL.

• Powstały ester cholesterolu jest tak hydrofobowy, że

jest silnie wiązany przez HDL i nie może już być
wykorzystany do budowy błon biologicznych

2013-10-25

Zwrotny transport cholesterolu z udziałem HDL.

Zwrotny transport Cholesterolu

Transport cholesterolu do w

troby

z udziałem HDL, apoA-I i LCAT

Tkanki

obwodowe

HDL

HDL
CE

HDL
UC

ABCA1

troba

VLDL
or LDL apoB

LDLr

SR-B1

diffusion

LCAT

apoA-I

UC = cholesterol wolny
CE = cholesterol zestryfikowany
PL = fosfolipid
LDLr = LDL receptor

Nascent

HDL

Bile to gut

Macrophage/ Foam cell

Chol

Kw.

ółciowe

2013-10-25

Charakterystyka apolipoprotein zawartych w

HDL

Udział cholesterolu w powstawaniu zmian

miażdżycowych

Cholesterol z wątroby do tkanek transportowany jest głównie

przez lipoproteiny o niskiej gęstości (LDL). Lipoproteiny te

powstają

osoczu

jako

końcowy produkt

katabolizmu

lipoprotein o bardzo niskiej gęstości (VLDL).

Cząsteczki LDL w swej zewnętrznej powłoce zawierają białka:

apoproteinę B-100 (apoB-100) i apoproteinę E (apoE), są one

odpowiedzialne za wiązanie LDL z receptorami dla LDL, które

podlegają regulacji na zasadzie ujemnego sprzężenia zwrotnego.

2013-10-25

Utlenianie LDL (oxLDL)

•

Utlenianie

= proces w którym wolne rodniki atakują i uszkadzają

komórki / tkanki

• Celem ataku wolnych rodników są:

– DNA -Węglowodany
– Białka

- PUFA’s (wielonienasycone kwasy tł.)

• LDL ulegają modyfikacji: PUFA’s ulegają peroksydacji i pociąga

to za sobą utlenienie białka apoB

100

→

oxLDL

• oxLDL są zatrzymywane przez makrofagi w warstwie

podśródbłonkowej

Oksydacyjna teoria miażdżycy

•Utlenienie

LDL

prowadzi

powstawania

różnorodnych fragmentów lipidowych i białkowych
(lipoprotein).

•Produkty rozpadu utlenionych lipidów takich jak, np. dialdehyd
malonowy oraz 4-hydroksynonenal mogą tworzyć związki typu zasady
Schiffa, modyfikując w ten sposób cząsteczkę lipoproteiny.

•Tak zmodyfikowana cząsteczka lipoproteiny nie jest rozpoznawana
przez receptor dla LDL, który podlega regulacji na zasadzie sprzężenia
zwrotnego, ale przez tzw. „scavenger receptor”, który powoduje ciągły
napływ obładowanych lipidami cząsteczek lipoprotein do ściany
naczyń.

2013-10-25

Dialdehyd malonowy
(MDA) modyfikuje białko
(apoB-100) otaczaj

steczk

LDL tworz

zwi

zek typu zasady

Schiffa

Oksydacyjna teoria miażdżycy

Komórki piankowate mogą

powstawać z makrofagów i
komórek mięśni gładkich
proliferujących w miejscu
tworzenia blaszki
miażdżycowej.

Komórki te zostają

naładowane lipidami
poprzez niekontrolowany
tzw. szlak zmiataczowy
(scavenger receptor).

2013-10-25

Monocyt

endothelium

Makrofag

Ox LDL

(+)

LDL

LDL (+)

Komórki piankowate

(-) HDL

Cholesterol do w

troby

ró

nicowanie

Tokoferol
β-karoten

Przeciwmia

ycowe HDL

• zwrotny transport cholesterolu z tk. obwod. do w

troby

• wła

ciwo

ci przeciwzapalne, przeciwzakrzepowe,

antyoksydacyjne i antyapoptotyczne (HDL - „stra

nik

ródbłonka”)

•

apo A (apo A

)

•

enzymy: acylotransferaza lecytyna:cholesterol (LCAT),

paraoksonaza 1 (PON-1),

acetylohydrolaza czynnika aktywuj

cego płytki (PAF-AH),

inhibitor aktywatora czynnika tkankowego (TFPI)

•

GSH (glutation zredukowany)

•

antyoksydanty lipofilne (witaminy - hamuj

powstawanie wolnych

rodników)

2013-10-25

Schemat mechanizmu działania HDL w

zapobieganiu mia

ycy

Przeciwmiażdżycowe HDL

WĄTROBA

prawidłowy

HDL

LCAT

apo A

PON-1, PAF-AH

Antyoksydanty

Lipoproteiny HDL są nośnikiem enzymów, takich jak: acylotransferaza

lecytyna:cholesterol (LCAT), paraoksonaza (PON1) i acetylohydrolaza czynnika
aktywującego płytki krwi (PAF-AH), które hydrolizują produkty peroksydacji
lipidów i zapobiegają oksydacji cząstek LDL.

2013-10-25

Aterogenna dyslipidemia - ↑ TAG

•

nadmiar WKT → wątroba:

↑

syntezy TAG → ↑ VLDL bogatych w TAG

• prawidłowy metabolizm VLDL → IDL → LDL (eliminacja TAG)

•

VLDL bogate w TAG → zmienione LDL

•

VLDL bogate w TAG → modyfikacja HDL

•

nadmiar WKT w komórce:

↓

napływu ADP do mitochondrium → ↓ produkcji ATP

i rozprzęgnięcie łańcucha oddechowego (uwalnianie ROS do

cytoplazmy, przyspieszenie proc. starzenia się komórki)

MODYFIKACJA LIPOPROTEIN

OSOCZA

Zaburzenia ilo

ciowe

↑↑↑↑

TAG

↓↓↓↓

HDL-C

↑

T-C

↑

LDL-C

↑

nie-HDL-C

↑

Lp(a)

↑

apo B

Zaburzenia jako

ciowe

oksydacja apoproteiny
ox LDL
oksydacja składników
lipidowych
glikacja apoproteiny
LDL-B (

małe g

ste LDL

)

modyfikacja HDL