2011-05-19
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).
1
2011-05-19
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
2
2011-05-19
" Białka mają gęstość powyżej e" 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.
" Podczas ultrawirowania osocza lipoproteiny rozdzielają się na 4
frakcje o różnej gęstości.
" Rozdział z użyciem ultrawirówki i NaCl o stężeniu 1,063 g/ml
" 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.
3
2011-05-19
" Lipoproteiny osoczowe mogą być
rozdzielone drogą elektroforezy
lub ultrawirowania
" Najszybciej w kierunku anody (+)
wędrują HDL (ą-lipoproteiny),
po nich VLDL (pre-�-lipoproteiny,
poz
niej LDL (�-lipoproteiny),
natomiast chylomikrony (CH),
jako cząsteczki elektrycznie
obojętne, pozostają na miejscu
startu
KLASYFIKACJA LIPOPROTEIN
4
2011-05-19
Funkcje głównych apolipoprotein
FUNKCJA
Apoproteina
" A-I " Aktywator enzymu acylotransferaza lecytyna-
cholesterol (LCAT)
" Rozpoznawana jest przez receptor komórek wątroby
" B-100
oraz innych komórek układu obwodowego, i odgrywa
istotną rolę w wyłapywaniu przez te komórki
odpowiedniej lipoproteiny
" C-II " Aktywator enzymu lipaza lipoproteinowa. Niedobór
tej apoproteiny związany jest z podwyższonym
stężeniem triacylgliceroli w osoczu.
" Komórki wątroby wyposażone są w receptor, który
" E
rozpoznaje apo E ;
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
5
2011-05-19
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.
6
2011-05-19
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
7
2011-05-19
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)
8
2011-05-19
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
9
2011-05-19
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
10
2011-05-19
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 przekaz
nikami.
11
2011-05-19
LIPIDY BA
ONY
" 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.
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
12
2011-05-19
Lipidy i białka mają zdolność kowalencyjnego
tworzenia kompleksu lipid-białko
" Białka są związane kowalencyjnie z 3 klasami
lipidów:
1. Jednostką izoprenową jak: jednostka farnezylu (C15)
i geranylogeranylu (C20). 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
13
2011-05-19
Białka zawierające reszty acylowe
Dwie reszty kwasów
tłuszczowych są
kowalencyjnie
związane z białkami:
(1) Kwas mirystynowy, jest
nasyconym rzadkim kwasem
tłuszczowym C14 , który jest
przyłączony do białka
wiązaniem amidowym do N -
końcowej grupy aminowej
reszty glicyny (Gly)
(2) Kwas palmitynowy  nasycony
kwas tłuszczowy C16 , 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.
14
2011-05-19
" 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.
15
2011-05-19
Fosfatydyloinozytol (PI) jako prekursor związków
pełniących funkcje przekaz
ników
" Dalsza fosforylacja PI powoduje " W wyniku hydrolizy
powstanie szeregu pochodnych Fosfatydyloinozytolo (4,5)-
fosfolipidów inozytolowych difosforanu (PIP2) przez
spełniających kluczową rolę fosfolipazę C powstają dwie
wtórnych przekaz
ników w cząsteczki działające jako
komórce wtórne przekaz
niki
diacylglycerol (DAG) i
inozytolo-tris-fosforan (IP3)
Struktura DAG i IP3
Fosfolipaza C uwalnia z fosfatydyloinozytolu 1,4,5 fosfoinozytol (IP3 ) i
diacyloglicerol (DAG)
Oba związki są wtórnymi przekaz
nikami
16
2011-05-19
" DAG pozostaje w błonie,
gdzie stymuluje kinazę
białka C (PKC)
" IP3 dyfunduje do
cytoplazmy, gdzie uwalnia
Ca2+ z retikulum
endoplazmatycznego
przyłączając się do
specyficznego receptora na
błonie ER
Kwas arachidonowy
9 8 6 5 3 1
10
20
11 12 14 15 17 19
Kwas arachidonowy:
kwas eikoza-5,8,11,14-tetraenowy
wzór półstrukturalny:
CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3COOH
17
2011-05-19
Kwas arachidonowy (AA)
" Głównym z
ródłem 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 z
ródłem kwasu arachidonowego jest
hydroliza fosfolipidów błonowych poprzez działanie
fosfolipazy A2
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: ą i �.
" A
ańcuch ą jest zakończony grupą
karboksylową, od którego rozpoczyna
się numeracja atomów węgla,
natomiast łańcuch � jest zakończony
grupą metylową
18
2011-05-19
" 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 PGFą
" Wartość cyfrowa w subskrypcie, przy symbolu trójliterowym
wskazuje liczbę podwójnych wiązań w cząsteczce PG, a symbol ą
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.
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
19
2011-05-19
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
LTA4, która wprowadza wiązanie epoksydowe do C-5
i powstaje LTA4, a ten przekształca się dalej (w
dwojaki sposób do LTB4 lub LTC4)
20