Липопротеин — это биохимическая сборка , чья основная функция заключается в транспортировке гидрофобных липидных (также известных как жир ) молекул в воде, как в плазме крови или других внеклеточных жидкостях . Они состоят из триглицеридного и холестеринового центра, окруженного фосфолипидной внешней оболочкой, с гидрофильными частями, ориентированными наружу к окружающей воде, и липофильными частями, ориентированными внутрь к липидному центру. Особый вид белка, называемый аполипопротеином , встроен во внешнюю оболочку, как стабилизируя комплекс, так и придавая ему функциональную идентичность, которая определяет его роль.
Частицы липопротеинов плазмы обычно делятся 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 драйверами или модуляторами атеросклероза . [1]
Многие ферменты , транспортеры , структурные белки, антигены , адгезины и токсины иногда также классифицируются как липопротеины, поскольку они образованы липидами и белками.
Некоторые трансмембранные протеолипиды , особенно те, которые встречаются в бактериях , называются липопротеинами; они не связаны с липопротеиновыми частицами, о которых идет речь в этой статье. [2] Такие трансмембранные белки трудно выделить, поскольку они прочно связываются с липидной мембраной, часто требуют липидов для отображения правильной структуры и могут быть нерастворимыми в воде. Для выделения трансмембранных липопротеинов из связанных с ними биологических мембран обычно требуются детергенты .
Поскольку жиры нерастворимы в воде, они не могут транспортироваться самостоятельно во внеклеточной воде, включая плазму крови. Вместо этого они окружены гидрофильной внешней оболочкой, которая функционирует как транспортное средство. Роль липопротеиновых частиц заключается в транспортировке жировых молекул, таких как триглицериды , фосфолипиды и холестерин, во внеклеточной воде организма ко всем клеткам и тканям организма. Белки, входящие во внешнюю оболочку этих частиц, называемые аполипопротеинами, синтезируются и секретируются во внеклеточную воду как клетками тонкого кишечника , 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 множественных мембран , которые клетки используют как для контроля внутреннего содержания воды и внутренних водорастворимых элементов, так и для организации своей внутренней структуры и белковых ферментных систем. Внешняя оболочка липопротеиновых частиц имеет гидрофильные группы фосфолипидов, холестерина и аполипопротеинов, направленные наружу. Такие характеристики делают их растворимыми в бассейне крови на основе солевой 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 добавляться или удаляться из транспортных частиц липопротеинов.
Характеристика в плазме человека [3]
Липопротеины — это сложные частицы, которые имеют 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]
Обработка липопротеиновых частиц в организме называется метаболизмом липопротеиновых частиц . Он делится на два пути, экзогенный и эндогенный , в зависимости от того, состоят ли рассматриваемые липопротеиновые частицы в основном из пищевых (экзогенных) липидов или они возникли в печени (эндогенные), посредством 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 хранения триглицеридов, они не производят никаких липопротеинов.
Желчь эмульгирует жиры, содержащиеся в химусе , затем панкреатическая липаза расщепляет молекулы триглицеридов на две жирные кислоты и один 2-моноацилглицерин. Энтероциты легко поглощают небольшие молекулы из химуса. Внутри энтероцитов жирные кислоты и моноацилглицериды снова трансформируются в триглицериды. Затем эти липиды собираются с аполипопротеином B-48 в зарождающиеся хиломикроны . Затем эти частицы секретируются в млечные железы в процессе, который в значительной степени зависит от аполипопротеина B-48. По мере того, как они циркулируют по лимфатическим сосудам , зарождающиеся хиломикроны обходят печеночный кровоток и дренируются через грудной проток в кровоток.
В кровотоке зарождающиеся частицы хиломикрона взаимодействуют с частицами ЛПВП, что приводит к донорству ЛПВП аполипопротеина C-II и аполипопротеина E зарождающемуся хиломикрону. Хиломикрон на этой стадии затем считается зрелым. Через аполипопротеин C-II зрелые хиломикроны активируют липопротеинлипазу (ЛПЛ), фермент на эндотелиальных клетках, выстилающих кровеносные сосуды. ЛПЛ катализирует гидролиз триглицеридов, который в конечном итоге высвобождает глицерин и жирные кислоты из хиломикронов. Затем глицерин и жирные кислоты могут поглощаться периферическими тканями, особенно жировой и мышечной , для получения энергии и хранения.
Гидролизованные хиломикроны теперь называются остатками хиломикронов . Остатки хиломикронов продолжают циркулировать в кровотоке до тех пор, пока они не взаимодействуют через аполипопротеин E с рецепторами остатков хиломикронов, которые находятся в основном в печени. Это взаимодействие вызывает эндоцитоз остатков хиломикронов, которые впоследствии гидролизуются в лизосомах . Лизосомальный гидролиз высвобождает глицерин и жирные кислоты в клетку, которые могут быть использованы для получения энергии или сохранены 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 всасывание холестерина. Он переносит его в кровоток.
В гепатоцитах триглицериды и эфиры холестерина собираются с аполипопротеином B-100, образуя зарождающиеся частицы ЛПОНП . Зарождающиеся частицы ЛПОНП высвобождаются в кровоток посредством процесса, который зависит от аполипопротеина B-100.
В кровотоке зарождающиеся частицы ЛПОНП сталкиваются с частицами ЛПВП; в результате частицы ЛПВП отдают аполипопротеин C-II и аполипопротеин E зарождающейся частице ЛПОНП. После загрузки аполипопротеинами C-II и E зарождающаяся частица ЛПОНП считается зрелой. Частицы ЛПОНП циркулируют и сталкиваются с ЛПЛ, экспрессируемыми на эндотелиальных клетках . Аполипопротеин C-II активирует ЛПЛ, вызывая гидролиз частицы ЛПОНП и высвобождение глицерина и жирных кислот. Эти продукты могут поглощаться из крови периферическими тканями, в основном жировой и мышечной. Гидролизованные частицы ЛПОНП теперь называются остатками ЛПОНП или липопротеинами промежуточной плотности (ЛППП). Остатки ЛПОНП могут циркулировать и, посредством взаимодействия между аполипопротеином E и рецептором остатка, поглощаться печенью, или они могут быть дополнительно гидролизованы печеночной липазой .
Гидролиз печеночной липазой высвобождает глицерин и жирные кислоты, оставляя остатки ЛПНП , называемые липопротеинами низкой плотности (ЛПНП), которые содержат относительно высокое содержание холестерина [5] (см. нативную структуру ЛПНП при 37°C на YouTube ). ЛПНП циркулирует и поглощается печенью и периферическими клетками. Связывание ЛПНП с его целевой тканью происходит посредством взаимодействия между рецептором ЛПНП и аполипопротеином B-100 на частице ЛПНП. Поглощение происходит посредством эндоцитоза , и интернализованные частицы ЛПНП гидролизуются в лизосомах, высвобождая липиды, в основном 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 , биологическая системная реакция на стимулы, такие как введение 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 окажутся вредными, но также могут иметь пагубные последствия, если их не регулировать. Было показано, что липопротеины, в частности ЛПВП, играют важную роль в воспалительном процессе. [8]
Когда организм функционирует в нормальных, стабильных физиологических условиях, было показано, что ЛПВП полезен несколькими способами. [8] ЛПНП содержит аполипопротеин B (apoB), который позволяет ЛПНП связываться с различными тканями, такими как стенка артерии, если гликокаликс был поврежден высоким уровнем сахара в крови . [8] При окислении ЛПНП может попасть в ловушку протеогликанов, что предотвращает его выведение оттоком холестерина ЛПВП. [8] Нормально функционирующий ЛПВП способен предотвращать процесс окисления ЛПНП и последующие воспалительные процессы, наблюдаемые после окисления. [8]
Липополисахарид , или ЛПС, является основным патогенным фактором на клеточной стенке грамотрицательных бактерий . Грамположительные бактерии имеют схожий компонент, называемый липотейхоевой кислотой , или ЛТА. ЛПВП обладают способностью связывать ЛПС и ЛТА, создавая комплексы ЛПВП-ЛПС для нейтрализации вредных эффектов в организме и выведения ЛПС из организма. [9] ЛПВП также играет важную роль во взаимодействии с клетками иммунной системы для модуляции доступности холестерина и модуляции иммунного ответа. [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, такими как снижение холестерина ЛПВП (ЛПВП-Х), фосфолипидов, апоА-I (основного липопротеина в ЛПВП, который, как было показано, обладает полезными противовоспалительными свойствами) и увеличение сывороточного амилоида А. [ 9] [10] Этот измененный состав ЛПВП обычно называют острофазовым ЛПВП в острой фазе воспалительного ответа, в течение которого ЛПВП могут потерять свою 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 классифицировать как пять основных групп, перечисленных от большей и меньшей плотности к меньшей и большей плотности. Липопротеины становятся больше и менее плотными, когда увеличивается соотношение жира к белку. Они классифицируются на основе электрофореза , ультрацентрифугирования и ядерно-магнитной резонансной спектроскопии с помощью анализатора Vantera. [11]
Для молодых здоровых субъектов исследования весом ~70 кг (154 фунта) эти данные представляют собой средние значения среди исследованных лиц, проценты представляют собой % сухого веса:
[12] [13] Однако эти данные не обязательно надежны для любого отдельного человека или для общей клинической популяции.
Также возможно классифицировать липопротеины как «альфа» и «бета», согласно классификации белков в электрофорезе сывороточных белков . Эта терминология иногда используется при описании липидных расстройств, таких как абеталипопротеинемия .
Липопротеины, такие как ЛПНП и ЛПВП, могут быть дополнительно подразделены на подвиды, выделенные с помощью различных методов. [14] [15] Они подразделяются по плотности или по содержанию белка/белкам, которые они несут. [14] Хотя исследования в настоящее время продолжаются, исследователи узнают, что разные подвиды содержат разные аполипопротеины, белки и содержание липидов между видами, которые имеют разные физиологические роли. [14] Например, в подвиде липопротеинов ЛПВП большое количество белков участвует в общем метаболизме липидов. [14] Однако выясняется, что подвиды ЛПВП также содержат белки, участвующие в следующих функциях: гомеостаз , фибриноген , каскад свертывания , воспалительные и иммунные реакции, включая систему комплемента , ингибиторы протеолиза , белки острой фазы ответа и белок, связывающий ЛПС , метаболизм гема и железа, регуляция тромбоцитов , связывание витаминов и общий транспорт. [14]
Высокий уровень липопротеина(а) является существенным 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 липопротеинов, регуляцией и метаболизмом, а также связанными с ними рисками генетических заболеваний находятся в стадии активных исследований по состоянию на 2022 год. [16]
{{cite web}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )