1

LIPOPROTEINY.

Lipidy błony biologicznej

i

ich rola jako związków o

szczególnym znaczeniu

biologicznym

LIPOPROTEINY

• Hydrofobowy charakter lipidów sprawia, iż ich

transport w środowisku wodnym (drogą krwi)

jest możliwy dzięki powstawaniu

rozpuszczalnych kompleksów z białkami

osoczowymi

• Większość lipidów transportowana jest w

postaci lipoprotein

(LPs).

2

LIPOPROTEINY

• Wnętrze

kompleksu lipoproteino-

wego

stanowi silnie hydrofobowy

rdzeń, złożony z triacylogliceroli i
estrów cholesterolu.

• Rdzeń ten jest otoczony hydrofilną

powłoką zbudowaną z lipidów
mających

grupy

polarne

(fosfolipidy, wolny cholesterol)
oraz białek zwanych

apoproteinami

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

3

• Białka mają gęstość powyżej ≥ 1.3 g/ml. Skoro lipidy mają

niższą gęstość niż woda, to gęstość lipoproteiny zależy od
proporcji lipidów i białek.

• Gęstość lipoproteiny zależy nie tylko od całkowitej ilości

lipidów, ale także od zawartości poszczególnych klas lipidów.

• Na przykład, fosfolipidy mają wyższą gęstość niż lipidy

obojętne, a zatem lipoproteiny o wyższej zawartości
fosfolipidów mają wyższą gęstość w porównaniu z
lipoproteinami zawierającymi głównie di- i triacyloglicerole.

• Lipoproteiny osoczowe mogą być rozdzielone drogą elektroforezy

lub ultrawirowania

• 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

4

KLASYFIKACJA LIPOPROTEIN

Funkcje głównych apolipoprotein

Apoproteina

• A-I

• B-100

• C-II

• E

FUNKCJA

•

Aktywator enzymu acylotransferaza lecytyna-
cholesterol (LCAT)

•

Rozpoznawana jest przez receptor komórek wątroby
oraz innych komórek układu obwodowego, i odgrywa
istotną rolę w wyłapywaniu przez te komórki
odpowiedniej lipoproteiny

•

Aktywator enzymu lipaza lipoproteinowa. Niedobór
tej apoproteiny związany jest z podwyższonym
stężeniem triacylgliceroli w osoczu.

•

Komórki wątroby wyposażone są w receptor, który
rozpoznaje apo E ;

5

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.

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 wolnej.

• Tłuszcze ulegają emulsyfikacji poprzez działanie kwasów

żółciowych i tworzą micele

• Proces ten umożliwia ich hydrolizę przez enzymy trawienne w

dwunastnicy

6

Trzy rodzaje transportu lipidów

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

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.

7

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

• VLDL

są wytwarzane przez wątrobę, zawierają

apoB-100

i apoC-II 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

• W wyniku tych przemian VLDL zawarte w osoczu

przekształcają się w LDL

• LDL są usuwane z krążenia przez receptory dla LDL w

wątrobie i w mniejszym stopniu w tkankach
pozawątrobowych

8

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

Dwie drogi syntezy estrów cholesterolu

• Enzymami katalizującymi estryfikację cholesterolu są

ACAT

(Acyl CoA: Cholesterol Acylotransferaza

)

oraz uczestniczący w zwrotnym transporcie
cholesterolu enzym

LCAT

(acylotransferaza

lecytyna : cholesterol)

9

Reakcja katalizowana przez acylotransferazę

AcyloCo: cholesterol (ACAT)

Zlokalizowana głównie w retikulum endoplazmatycznym ACAT katalizuje tworzenie
estrów cholesterolu. Estry cholesterolu będące produktem reakcji ACAT są albo
magazynowane w cytosolu lub wydzielane z komórki jako element apo-B lipoprotein
(LDL).

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

10

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

11

Lipidy błony komórkowej

• Rolą błony komórkowej jest rozdzielenie dwóch

przedziałów

komórkowych

tj.

cytoplazmy

komórkowej od płynu pozakomórkowego

lub

wewnętrznej

przestrzeni

mitochondrialnej

od

cytoplazmy.

• Dwuwarstwa fosfolipidów tworzy fizyczną barierę,

która ułatwia tę kompartmentację.

Model płynnej mozaiki błony

biologicznej

Dwuwarstwa lipidowa zawiera: białka, węglowodany i

cholesterol.

Obecność nienasyconych kwasów tłuszczowych

powoduje, że błona jest raczej płynna.

Białka i węglowodany

na powierzchni błony służą do

komunikowania z hormonami i przekaźnikami.

12

Białka występujące w błonach biologicznych można podzielić na peryferyczne i
integralne. Białka integralne osadzone są tak, że ich polarne domeny wystają po obu
stronach błony (lokalizacja transbłonowa), natomiast białka peryferyczne związane
są z powierzchniami błony głownie przez interakcje elektrostatyczne i wodorowe

LIPIDY BŁONY

• Głównym składnikiem wszystkich błon

biologicznych są lipidy.

• W skład lipidów błony biologicznej wchodzą -

glicerofosfolipidy, fosfosfingolipidy i

glikosfingolipidy,

które zawierają grupy

polarne i reszty kwasów tłuszczowych.

13

Związek między lipidami, a płynnością błony

• Przy stałej długości łańcuchów acylowych kwasów

tłuszczowych i przy stałej temperaturze,

duża liczba

podwójnych wiązań zwiększa płynność błony

• Przy stałej liczbie podwójnych wiązań i stałej temperaturze,

dłuższe łańcuchy acylowe zmniejszają płynność błony

• Przy różnych kombinacjach długości łańcucha i liczby

podwójnych wiązań,

wyższa temperatura zwiększa płynność

błony

• Cholesterol przez wpasowywanie się między łańcuchy

węglowodorowe

zapobiega ich krystalizacji

, a duże stężenie

cholesterolu likwiduje ostrość przejścia faz w dwuwarstwie

• Odwrotnym efektem działania cholesterolu jest utrudnianie

ruchu łańcuchów węglowodorowych, co z kolei zmniejsza
płynność błony

Główne lipidy występujące w błonie biologicznej

5 - 20

0 - 10

0

0

Sfingomielina

Cholesterol

5 - 10

-1

Fosfatydyloinozytol

0 - 20

-2

Kardiolipina

20 – 30

5 - 15

0

-1

Fosfatydyloetanolamina

Fosfatydyloseryna

40 - 60

0

Fosfatydylocholina

50 - 90

od 0 do -2

Fosfoglicerydy

Skład procentowy
%

Wypadkowa
ładunków grup
polarnych

Główne lipidy błonowe

14

Lipidy i białka mają zdolność kowalencyjnego

tworzenia kompleksu

lipid-białko

•

Białka są związane kowalencyjnie z 3 klasami

lipidów

:

1. Jednostką izoprenową jak

:

jednostka

farnezylu (C

15

)

i geranylogeranylu (C

20

).

Prenylowane białka mają

kowalencyjnie przyłączoną grupę izoprenową

2. Reszty kwasów tłuszczowych takich jak

:

reszta

kwasu mirystynowego i palmitynowego

3. Glikozylofosfatydyloinozytol (GPIs)

Białka prenylowane

mają dołączone reszty

farnezylu lub
geranylogeranylu

do

cysteiny

Cys.

Ester metylowy S-farnezylocysteiny

15

Białka zawierające reszty acylowe

Dwie reszty kwasów

tłuszczowych są

kowalencyjnie

związane z białkami:

(1)

Kwas mirystynowy

, jest

nasyconym rzadkim kwasem
tłuszczowym C

14

, który jest

przyłączony do białka
wiązaniem amidowym do N -
końcowej grupy aminowej
reszty

glicyny (Gly)

(2)

Kwas palmitynowy

– nasycony

kwas tłuszczowy C

16

, który jest

związany z białkiem wiązaniem
tioestrowym ze specyficzną
resztą

cysteiny (Cys)

.

• Białka zawierające resztę kwasu palmitynowego

występują głównie po zewnętrznej stronie

cytoplazmy błony komórkowej, podczas gdy białka

zawierające resztę

kwasu mirystynowego

występują

w większości subkomórkowych przedziałów takich

jak cytosol, retikulum endoplazmatyczne, błona

cytoplazmatyczna i jądro.

16

• Cząsteczki sygnałowe powstające z

lipidów obecnych w błonie komórkowej

Fosfatydyloinozytol (PI)

• Fosfatydyloinozytol

zawiera w pozycji sn-1
kwas stearynowy a w
pozycji sn-2 nienasycony

kwas arachidonowy.

17

Fosfatydyloinozytol (PI) jako prekursor związków

pełniących funkcje przekaźników

• Dalsza fosforylacja

PI

powoduje

powstanie szeregu pochodnych
fosfolipidów inozytolowych
spełniających kluczową rolę
wtórnych przekaźników w
komórce

• W wyniku

hydrolizy

Fosfatydyloinozytolo (4,5)-

difosforanu

(PIP

2

) przez

fosfolipazę C powstają dwie

cząsteczki działające jako

wtórne przekaźniki

diacylglycerol (DAG)

i

inozytolo-tris-fosforan (IP

3

)

Struktura DAG i IP

3

Fosfolipaza C

uwalnia z fosfatydyloinozytolu

1,4,5 fosfoinozytol (IP

3

) i

diacyloglicerol (DAG)

Oba związki są wtórnymi przekaźnikami

18

• DAG

pozostaje w błonie,

gdzie

stymuluje

kinazę

białka C (PKC)

• IP

3

dyfunduje

do

cytoplazmy, gdzie uwalnia
Ca

2+

z

retikulum

endoplazmatycznego
przyłączając

się

do

specyficznego receptora na
błonie ER

Kwas arachidonowy

Kwas arachidonowy:

kwas eikoza-5,8,11,14-tetraenowy

wzór półstrukturalny:

CH

3

(CH

2

)

4

CH=CHCH

2

CH=CHCH

2

CH=CHCH

2

CH=CH(CH

2

)

3

COOH

9 8 6 5 3 1

11 12 14 15 17 19

10

20

19

Kwas arachidonowy (AA)

• Głównym źródłem kwasu arachidonowego jako

substratu do syntezy prostaglandyn (PG), jest
przemiana kwasu linolowego (18C, ∆9,12) poprzez
elongację i desaturację.

• Niedobór kwasu linolowego znacząco obniża

biosyntezę PG

• Drugim źródłem kwasu arachidonowego jest

hydroliza fosfolipidów błonowych poprzez działanie
fosfolipazy A

2

Budowa prostaglandyn (PG)

• Prostaglandyny są kwasami

tłuszczowymi zbudowanymi z 20
atomów węgla, zawierającymi w swej
strukturze pierścień cyklopentanowy.

• Prostaglandyny można uważać za

pochodne kwasu prostanowego, który
zawiera pięcioczłonowy pierścień
węglowy (cyklopentan) i dwa
łańcuchy boczne: α i ω.

• Łańcuch α jest zakończony grupą

karboksylową, od którego rozpoczyna
się numeracja atomów węgla,
natomiast łańcuch ω jest zakończony
grupą metylową

20

• Poszczególne prostaglandyny różnią się sposobem modyfikacji

pierścienia cyklopentanowego i łańcuchów bocznych.

• Ze względu na strukturę pierścienia 5-cio członowego wyróżnia się

3 główne klasy prostaglandyn: PGA, PGE i PGF

α

• Wartość cyfrowa w subskrypcie, przy symbolu trójliterowym

wskazuje liczbę podwójnych wiązań w cząsteczce PG, a symbol α
oznacza położenie grupy –OH w pozycji C-9 pod płaszczyzną
pierścienia

• Tromboksany (łac. Thrombus=zakrzep) różnią się od PG

charakterem pierścienia.

• Pierścień tromboksanu jest 6-cio członowy i zawiera dodatkowo

atom tlenu

• Tromboksany występują w dwóch postaciach A i B.

Struktury głównych prostaglandyn

i tromboksanów

Wszystkie naturalnie występujące prostaglandyny mają w łańcuchu ω
podwójne wiązanie pomiędzy C-13 i C-14 o konfiguracji

trans

oraz grupę

hydroksylową w pozycji C-15

21

Międzykomórkowy metabolizm AA

1. Płytki / komórki śródbłonka -

PGI

2,

TXA

2. Granulocyty / płytki, komórki śródbłonka, komórki

mięśni gładkich naczyń –

peptydoleukotrieny

3. Granulocyty / płytki, komórki nabłonkowe, komórki

śródbłonka -

lipoksyny

22

Prostaglandyny w układzie krążenia

PGI

2

(prostacyklina)

1. Hamowanie agregacji i adhezji płytek
2. Rozszerzenie naczyń krwionośnych
3. Hamowanie proliferacji komórek mięśni gładkich
4. Cytoprotekcja

TxA

2

(tromboksan)

1. Aktywacja płytek
2. Skurcz naczyń krwionośnych
3. Działanie mitogenne

Leukotrieny (LT) są także produktami

przekształceń kwasu arachidonowego

• Pod wpływem działania lipooksygenaz (dioksygenazy

= wprowadzają do substratu dwa atomy tlenu)) kwas
arachidonowy przekształca się w różne kwasy
hydroperoksyeikozatetraenowe (HPETE)

• Leukotrieny powstają z niestabilnego prekursora

5-HPETE w reakcji katalizowanej przez syntazę
LTA

4

, która wprowadza wiązanie epoksydowe do C-5

i powstaje LTA

4

, a ten przekształca się dalej (w

dwojaki sposób do LTB

4

lub LTC

4

)

23

LEUKOTRIENY