LIPOPROTEINY.
Lipidy błony biologicznej i ich rola jako związków o
szczególnym znaczeniu
biologicznym
LIPOPROTEINY
" Hydrofobowy charakter lipidów sprawia, i\
ich
transport w środowisku wodnym (drogą krwi)
jest mo\
liwy dzięki powstawaniu
rozpuszczalnych kompleksów z białkami
osoczowymi
" Większość lipidów transportowana jest w
postaci lipoprotein (LPs).
1
LIPOPROTEINY
" Wnętrze kompleksu lipoproteino-
wego stanowi silnie hydrofobowy
rdzeń, zło\
ony z triacylogliceroli i
estrów cholesterolu.
" Rdzeń ten jest otoczony hydrofilną
powłoką zbudowaną z lipidów
majÄ…cych 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.
" SÅ‚u\
y ona równie\
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,
noszÄ…cych symbole literowe od apoA do apoJ
" Większość z nich dzieli się na podklasy np.: apo-AI, apoC-II
2
" Białka mają gęstość powy\
ej e" 1.3 g/ml. Skoro lipidy majÄ…
ni\
szą gęstość ni\
woda, to gęstość lipoproteiny zale\
y od
proporcji lipidów i białek.
" Gęstość lipoproteiny zale\
y nie tylko od całkowitej ilości
lipidów, ale tak\
e od zawartości poszczególnych klas lipidów.
" Na przykład, fosfolipidy mają wy\
szą gęstość ni\
lipidy
obojętne, a zatem lipoproteiny o wy\
szej zawartości
fosfolipidów mają wy\
szą 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 (ą-lipoproteiny), po
nich VLDL (pre-²-lipoproteiny, poz
niej LDL (²-lipoproteiny),
natomiast chylomikrony (CH), jako cząsteczki elektrycznie obojętne,
pozostajÄ… na miejscu startu
3
KLASYFIKACJA LIPOPROTEIN
Funkcje głównych apolipoprotein
FUNKCJA
Apoproteina
" A-I " Aktywator enzymu acylotransferaza lecytyna-
cholesterol (LCAT)
" B-100 " Rozpoznawana jest przez receptor komórek wątroby
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 zwiÄ…zany jest z podwy\
szonym
stÄ™\
eniem triacylgliceroli w osoczu.
" Komórki wątroby wyposa\
one są w receptor, który
" E
rozpoznaje apo E ;
4
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 mo\
e spowodować, \
e wiÄ…\
e siÄ™ ona z
fibrynÄ… 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 równie\
przyjmowany
z pokarmem, najczęściej w postaci wolnej.
" Tłuszcze ulegają emulsyfikacji poprzez działanie kwasów
\
ółciowych i tworzą micele
" Proces ten umo\
liwia ich hydrolizÄ™ przez enzymy trawienne w
dwunastnicy
5
Trzy rodzaje transportu lipidów
1. Transport lipidów po\
ywienia ze ściany jelita, gdzie
sÄ… absorbowane, do innych tkanek nazywany jest
egzogennym transportem lipidów.
2. Transport triacylglyceroli i cholesterolu z wÄ…troby
do innych tkanek nazywany jest endogennym
transportem lipidów.
3. Transfer cholesterolu z tkanek pozawÄ…trobowych
do wÄ…troby 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 \
ółciowe wracają do wątroby przez \
yłę
wrotnÄ… w krÄ…\
eniu jelitowo-wÄ…trobowym.
6
Endogenny transport lipidów
" Endogenny transport lipidów zaczyna się od syntezy VLDL
przez wÄ…trobÄ™.
" 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 sÄ… wytwarzane przez wÄ…trobÄ™, zawierajÄ… 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, powodujÄ…c
zmniejszenie ich średnicy i zwiększenie gęstości
" W wyniku tych przemian VLDL zawarte w osoczu
przekształcają się w LDL
" LDL sÄ… usuwane z krÄ…\
enia przez receptory dla LDL w
wÄ…trobie i w mniejszym stopniu w tkankach
pozawÄ…trobowych
7
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
" CzÄ…steczki LDL zachowujÄ… apoB-100, lecz tracÄ… inne
apoproteiny na rzecz HDL.
" ZawierajÄ… mniej TAG ni\
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
zawartÄ… w nich apoB-100
Dwie drogi syntezy estrów cholesterolu
" Enzymami katalizujÄ…cymi estryfikacjÄ™ cholesterolu sÄ…
ACAT (Acyl CoA: Cholesterol Acylotransferaza)
oraz uczestniczÄ…cy w zwrotnym transporcie
cholesterolu enzym LCAT (acylotransferaza
lecytyna : cholesterol)
8
Reakcja katalizowana przez acylotransferazÄ™
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
Metabolizm HDL
" Kompleksy HDL są syntetyzowane w wątrobie oraz w ścianie
jelita, a następnie uwalniane do krą\
enia drogÄ… egzocytozy
" Cholesterol uwalniany do osocza jest wiÄ…zany przez HDL i
natychmiast estryfikowany przez enzym osoczowy
acylotransferazÄ™ lecytyna : cholesterol, syntetyzowanÄ… w
wÄ…trobie , a aktywowanÄ… przez apoA-I zawartÄ… w HDL.
" Powstały ester cholesterolu jest tak hydrofobowy, \
e jest silnie
wiÄ…zany przez HDL i nie mo\
e ju\
być wykorzystany do
budowy błon biologicznych
10
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, \
e błona jest raczej płynna.
Białka i węglowodany na powierzchni błony słu\
Ä… do
komunikowania z hormonami i przekaz
nikami.
11
Białka występujące w błonach biologicznych mo\
na podzielić na peryferyczne i
integralne. Białka integralne osadzone są tak, \
e ich polarne domeny wystajÄ… po obu
stronach błony (lokalizacja transbłonowa), natomiast białka peryferyczne związane
są z powierzchniami błony głownie przez interakcje elektrostatyczne i wodorowe
LIPIDY BA
ONY
" Głównym składnikiem wszystkich błon
biologicznych sÄ… lipidy.
" W skład lipidów błony biologicznej wchodzą -
glicerofosfolipidy, fosfosfingolipidy i
glikosfingolipidy, które zawierają grupy
polarne i reszty kwasów tłuszczowych.
12
Związek między lipidami, a płynnością błony
" Przy stałej długości łańcuchów acylowych kwasów
tłuszczowych i przy stałej temperaturze, du\
a liczba
podwójnych wiązań zwiększa płynność błony
" Przy stałej liczbie podwójnych wiązań i stałej temperaturze,
dłu\
sze łańcuchy acylowe zmniejszają płynność błony
" Przy ró\
nych kombinacjach długości łańcucha i liczby
podwójnych wiązań, wy\
sza temperatura zwiększa płynność
błony
" Cholesterol przez wpasowywanie się między łańcuchy
węglowodorowe zapobiega ich krystalizacji, a du\
e stÄ™\
enie
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
Główne lipidy błonowe Wypadkowa Skład procentowy
ładunków grup %
polarnych
Fosfoglicerydy od 0 do -2 50 - 90
Fosfatydylocholina 0 40 - 60
Fosfatydyloetanolamina 0 20  30
Fosfatydyloseryna -1 5 - 15
Kardiolipina -2 0 - 20
Fosfatydyloinozytol -1 5 - 10
Sfingomielina 0 5 - 20
Cholesterol 0 0 - 10
13
Lipidy i białka mają zdolność kowalencyjnego
tworzenia kompleksu lipid-białko
" Białka są związane kowalencyjnie z 3 klasami
lipidów:
1. JednostkÄ… izoprenowÄ… 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
14
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
wiÄ…zaniem amidowym do N -
końcowej grupy aminowej
reszty glicyny (Gly)
(2) Kwas palmitynowy  nasycony
kwas tłuszczowy C16 , który jest
związany z białkiem wiązaniem
tioestrowym ze specyficznÄ…
resztÄ… 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 jÄ…dro.
15
" 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.
16
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
17
" DAG pozostaje w błonie,
gdzie stymuluje kinazÄ™
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
18
Kwas arachidonowy (AA)
" Głównym z
ródłem kwasu arachidonowego jako
substratu do syntezy prostaglandyn (PG), jest
przemiana kwasu linolowego (18C, "9,12) poprzez
elongacjÄ™ i desaturacjÄ™.
" Niedobór kwasu linolowego znacząco obni\
a
biosyntezÄ™ PG
" Drugim z
ródłem kwasu arachidonowego jest
hydroliza fosfolipidów błonowych poprzez działanie
fosfolipazy A2
Budowa prostaglandyn (PG)
" Prostaglandyny sÄ… kwasami
tłuszczowymi zbudowanymi z 20
atomów węgla, zawierającymi w swej
strukturze pierścień cyklopentanowy.
" Prostaglandyny mo\
na uwa\
ać za
pochodne kwasu prostanowego, który
zawiera pięcioczłonowy pierścień
węglowy (cyklopentan) i dwa
Å‚aÅ„cuchy boczne: Ä… i É.
" A
ańcuch ą jest zakończony grupą
karboksylową, od którego rozpoczyna
się numeracja atomów węgla,
natomiast Å‚aÅ„cuch É jest zakoÅ„czony
grupÄ… metylowÄ…
19
" Poszczególne prostaglandyny ró\
niÄ… siÄ™ sposobem modyfikacji
pierścienia cyklopentanowego i łańcuchów bocznych.
" Ze względu na strukturę pierścienia 5-cio członowego wyró\
nia siÄ™
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 poło\
enie grupy  OH w pozycji C-9 pod płaszczyzną
pierścienia
" Tromboksany (łac. Thrombus=zakrzep) ró\
niÄ… siÄ™ 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 wystÄ™pujÄ…ce prostaglandyny majÄ… w Å‚aÅ„cuchu É
podwójne wiązanie pomiędzy C-13 i C-14 o konfiguracji trans oraz grupę
hydroksylowÄ… w pozycji C-15
20
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
21
Prostaglandyny w układzie krą\
enia
PGI 2 (prostacyklina)
1. Hamowanie agregacji i adhezji płytek
2. Rozszerzenie naczyń krwionośnych
3. Hamowanie proliferacji komórek mięśni gładkich
4. Cytoprotekcja
TxA (tromboksan)
2
1. Aktywacja płytek
2. Skurcz naczyń krwionośnych
3. Działanie mitogenne
Leukotrieny (LT) sÄ… tak\
e produktami
przekształceń kwasu arachidonowego
" Pod wpływem działania lipooksygenaz (dioksygenazy
= wprowadzajÄ… do substratu dwa atomy tlenu)) kwas
arachidonowy przekształca się w ró\
ne kwasy
hydroperoksyeikozatetraenowe (HPETE)
" Leukotrieny powstajÄ… z niestabilnego prekursora
5-HPETE w reakcji katalizowanej przez syntazÄ™
LTA4, która wprowadza wiązanie epoksydowe do C-5
i powstaje LTA4, a ten przekształca się dalej (w
dwojaki sposób do LTB4 lub LTC4)
22
LEUKOTRIENY
23