Липопротеин — это биохимический комплекс, основная функция которого заключается в транспортировке молекул гидрофобных липидов (также известных как жир ) в воде, например, в плазме крови или других внеклеточных жидкостях . Они состоят из триглицеридного и холестеринового центра, окруженного внешней оболочкой из фосфолипидов , причем гидрофильные части ориентированы наружу по отношению к окружающей воде, а липофильные части ориентированы внутрь к липидному центру. Особый вид белка, называемый аполипопротеином , встроен во внешнюю оболочку, одновременно стабилизируя комплекс и придавая ему функциональную идентичность, определяющую его роль.
Частицы липопротеинов плазмы обычно делят на пять основных классов в зависимости от размера, липидного состава и содержания аполипопротеинов: ЛПВП , ЛПНП , ЛПНП , ЛПОНП и хиломикроны . Подгруппы этих частиц плазмы являются основными движущими силами или модуляторами атеросклероза . [1]
Многие ферменты , транспортеры , структурные белки, антигены , адгезины и токсины иногда также относят к липопротеинам, поскольку они образованы липидами и белками.
Некоторые трансмембранные протеолипиды , особенно те, которые обнаружены в бактериях , называются липопротеинами; они не связаны с частицами липопротеинов, о которых идет речь в этой статье. [2] Такие трансмембранные белки трудно изолировать, поскольку они прочно связываются с липидной мембраной, часто требуют липидов для отображения правильной структуры и могут быть нерастворимыми в воде. Детергенты обычно необходимы для изоляции трансмембранных липопротеинов от связанных с ними биологических мембран.
Поскольку жиры нерастворимы в воде, они не могут самостоятельно транспортироваться во внеклеточной воде, включая плазму крови. Вместо этого они окружены гидрофильной внешней оболочкой, которая выполняет функцию транспортного средства. Роль частиц липопротеинов заключается в транспортировке молекул жира, таких как триглицериды , фосфолипиды и холестерин, из внеклеточной воды организма ко всем клеткам и тканям организма. Белки, входящие во внешнюю оболочку этих частиц, называемые аполипопротеинами, синтезируются и секретируются во внеклеточную воду как тонким кишечником , так и клетками печени . Внешняя оболочка также содержит фосфолипиды и холестерин.
Все клетки используют и полагаются на жиры и холестерин в качестве строительных блоков для создания многочисленных мембран , которые клетки используют как для контроля внутреннего содержания воды и внутренних водорастворимых элементов, так и для организации своей внутренней структуры и белковых ферментативных систем. Наружная оболочка липопротеиновых частиц имеет направленные наружу гидрофильные группы фосфолипидов, холестерина и аполипопротеинов. Такие характеристики делают их растворимыми в пуле крови на основе соленой воды. Триглицериды и эфиры холестерина переносятся внутри, защищенные от воды внешней оболочкой. Вид 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 триглицериды и холестерин добавлены к транспортным частицам липопротеинов или удалены из них.
Характеристика в плазме человека [3]
Липопротеины представляют собой сложные частицы, имеющие центральное гидрофобное ядро из неполярных липидов, в первую очередь эфиров холестерина и триглицеридов. Это гидрофобное ядро окружено гидрофильной мембраной, состоящей из фосфолипидов, свободного холестерина и аполипопротеинов. Плазменные липопротеины, обнаруженные в плазме крови , обычно делятся на пять основных классов в зависимости от размера, липидного состава и содержания аполипопротеинов: ЛПВП , ЛПНП , ЛПНП , ЛПОНП и хиломикроны . [4]
Обращение с частицами липопротеинов в организме называется метаболизмом частиц липопротеинов . Он делится на два пути: экзогенный и эндогенный , в зависимости от того, состоят ли рассматриваемые липопротеиновые частицы главным образом из пищевых (экзогенных) липидов или же они возникают в печени (эндогенные) в результате синтеза триглицеридов de novo .
Гепатоциты являются основной платформой для обработки триглицеридов и холестерина ; печень также может хранить определенное количество гликогена и триглицеридов. Хотя адипоциты являются основными клетками-хранилищами триглицеридов, они не производят липопротеинов.
Желчь эмульгирует жиры, содержащиеся в химусе , затем липаза поджелудочной железы расщепляет молекулы триглицеридов на две жирные кислоты и одну 2-моноацилглицерин. Энтероциты легко поглощают небольшие молекулы из химуса. Внутри энтероцитов жирные кислоты и моноацилглицериды снова превращаются в триглицериды. Затем эти липиды собираются с аполипопротеином В-48 в образующиеся хиломикроны . Эти частицы затем секретируются в млечные клетки в процессе, который в значительной степени зависит от аполипопротеина B-48. Циркулируя по лимфатическим сосудам , образующиеся хиломикроны минуют циркуляцию печени и попадают через грудной проток в кровоток.
В кровотоке возникающие частицы хиломикронов взаимодействуют с частицами ЛПВП, что приводит к донорству ЛПВП аполипопротеина C-II и аполипопротеина E возникающему хиломикрону. Хиломикрон на этой стадии считается зрелым. Посредством аполипопротеина C-II зрелые хиломикроны активируют липопротеинлипазу (ЛПЛ), фермент эндотелиальных клеток, выстилающих кровеносные сосуды. ЛПЛ катализирует гидролиз триглицеридов, который в конечном итоге высвобождает глицерин и жирные кислоты из хиломикронов. Глицерин и жирные кислоты затем могут всасываться в периферических тканях, особенно в жировой и мышечной , для получения энергии и хранения.
Гидролизованные хиломикроны теперь называются остатками хиломикронов . Остатки хиломикронов продолжают циркулировать в кровотоке до тех пор, пока не вступят во взаимодействие через аполипопротеин Е с рецепторами остатков хиломикронов, обнаруженными главным образом в печени. Это взаимодействие вызывает эндоцитоз остатков хиломикронов, которые впоследствии гидролизуются в лизосомах . Лизосомальный гидролиз высвобождает в клетку глицерин и жирные кислоты, которые можно использовать для получения энергии или хранить для дальнейшего использования.
Печень является центральной платформой для обработки липидов: она способна хранить глицерины и жиры в своих клетках, гепатоцитах . Гепатоциты также способны создавать триглицериды посредством синтеза de novo. Они также производят желчь из холестерина. Кишечник отвечает за поглощение холестерина. Они переносят его в кровоток.
В гепатоцитах триглицериды и эфиры холестерина собираются с аполипопротеином B-100 с образованием зарождающихся частиц ЛПОНП . Возникающие частицы ЛПОНП высвобождаются в кровоток посредством процесса, который зависит от аполипопротеина B-100.
В кровотоке возникающие частицы ЛПОНП сталкиваются с частицами ЛПВП; в результате частицы ЛПВП отдают аполипопротеин C-II и аполипопротеин E возникающим частицам ЛПОНП. После загрузки аполипопротеинами C-II и E зарождающаяся частица ЛПОНП считается зрелой. Частицы ЛПОНП циркулируют и сталкиваются с ЛПЛ, экспрессируемым на эндотелиальных клетках . Аполипопротеин C-II активирует ЛПЛ, вызывая гидролиз частиц ЛПОНП и высвобождение глицерина и жирных кислот. Эти продукты могут всасываться из крови периферическими тканями, главным образом жировыми и мышечными. Гидролизованные частицы ЛПОНП теперь называются остатками ЛПОНП или липопротеинами промежуточной плотности (ЛПНП). Остатки ЛПОНП могут циркулировать и посредством взаимодействия между аполипопротеином Е и остаточным рецептором поглощаться печенью или могут дополнительно гидролизоваться печеночной липазой .
Гидролиз печеночной липазы высвобождает глицерин и жирные кислоты, оставляя после себя остатки ЛНП , называемые липопротеинами низкой плотности (ЛПНП), которые содержат относительно высокое содержание холестерина [5] (см. структуру нативных ЛПНП при 37°C на YouTube ). ЛПНП циркулируют и поглощаются 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 , а интернализованные частицы ЛПНП гидролизуются в лизосомах, высвобождая липиды, главным образом холестерин.
Липопротеины плазмы могут переносить газообразный кислород. [6] Это свойство обусловлено кристаллической гидрофобной структурой липидов, обеспечивающей подходящую среду для растворимости O 2 по сравнению с водной средой. [7]
Воспаление , реакция биологической системы на такие стимулы, как внедрение 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 могут оказаться вредными, но также могут иметь пагубные последствия, если их не регулировать. Было продемонстрировано, что липопротеины, особенно ЛПВП, играют важную роль в воспалительном процессе. [8]
Было показано, что когда организм функционирует в нормальных, стабильных физиологических условиях, ЛПВП полезны по нескольким причинам. [8] ЛПНП содержат аполипопротеин B (апоВ), который позволяет ЛПНП связываться с различными тканями, такими как стенка артерии, если гликокаликс был поврежден высоким уровнем сахара в крови . [8] В случае окисления ЛПНП могут попасть в ловушку протеогликанов, предотвращая их удаление путем оттока холестерина ЛПВП. [8] Нормальное функционирование ЛПВП способно предотвратить процесс окисления ЛПНП и последующие воспалительные процессы, наблюдаемые после окисления. [8]
Липополисахарид , или ЛПС, является основным патогенным фактором клеточной стенки грамотрицательных бактерий . Грамположительные бактерии имеют аналогичный компонент, называемый липотейхоевой кислотой или LTA. ЛПВП обладают способностью связывать ЛПС и ЛТА, создавая комплексы ЛПВП-ЛПС для нейтрализации вредного воздействия на организм и выведения ЛПС из организма. [9] ЛПВП также играют важную роль во взаимодействии с клетками иммунной системы, модулируя доступность холестерина и модулируя иммунный ответ. [9]
При определенных аномальных физиологических состояниях, таких как системная инфекция или сепсис , основные компоненты ЛПВП изменяются. [9] [10] Состав и количество липидов и аполипопротеинов изменяются по сравнению с нормальными физиологическими состояниями, например, снижается уровень холестерина ЛПВП. (HDL-C), фосфолипиды, апоА-I (основной липопротеин ЛПВП, который, как было показано, обладает полезными противовоспалительными свойствами) и увеличение уровня амилоида А в сыворотке . [9] [10] Этот измененный состав ЛПВП обычно называют острой фазой ЛПВП при острой фазе воспалительной реакции, в течение которой ЛПВП могут потерять способность ингибировать окисление ЛПНП. [8] Фактически, этот измененный состав ЛПВП связан с повышенной смертностью и худшими клиническими исходами у пациентов с сепсисом. [9]
Липопротеины можно разделить на пять основных групп, расположенных от большей и более низкой плотности к меньшей и более высокой плотности. Липопротеины становятся крупнее и менее плотными, когда соотношение жира и белка увеличивается. Они классифицируются на основе электрофореза , ультрацентрифугирования и спектроскопии ядерного магнитного резонанса с помощью анализатора Vantera. [11]
Для молодых здоровых испытуемых весом ~70 кг (154 фунта) эти данные представляют собой средние значения для обследованных лиц, проценты представляют собой % сухого веса:
[12] [13] Однако эти данные не обязательно надежны для какого-либо отдельного человека или для общей клинической популяции.
Также можно классифицировать липопротеины как «альфа» и «бета» в соответствии с классификацией белков при электрофорезе белков сыворотки . Эта терминология иногда используется при описании липидных нарушений, таких как абеталипопротеинемия .
Липопротеины, такие как ЛПНП и ЛПВП, можно разделить на подвиды, выделенные с помощью различных методов. [14] [15] Они подразделяются по плотности или содержанию белков/белков, которые они несут. [14] Хотя исследования в настоящее время продолжаются, исследователи узнают, что разные подвиды содержат разное содержание аполипопротеинов, белков и липидов между видами, которые имеют разные физиологические роли. [14] Например, в подвидах липопротеинов ЛПВП большое количество белков участвует в общем липидном обмене. [14] Однако выясняется, что подвиды ЛПВП также содержат белки, участвующие в следующих функциях: гомеостаз , фибриноген , каскад свертывания крови , воспалительные и иммунные реакции, включая систему комплемента , ингибиторы протеолиза , белки острофазового ответа и ЛПС . -связывающий белок , метаболизм гема и железа, регуляция тромбоцитов , связывание витаминов и общий транспорт. [14]
Высокие уровни липопротеина(а) являются значительным фактором риска атеросклеротических сердечно - сосудистых заболеваний через механизмы, связанные с воспалением и тромбозом . [16] Связи механизмов между различными изоформами липопротеинов и риском сердечно-сосудистых заболеваний, синтезом, регуляцией и метаболизмом липопротеинов, а также связанные с ними риски генетических заболеваний находятся в стадии активных исследований по состоянию на 2022 год. [16]
{{cite web}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )