4. Липопротеины крови: классификация, строение, этапы формирования. Апобелки: классификация, функции.

К липопротеинам, строго говоря, принадлежат только белки, содержащие ковалентно связанные липиды. Однако традиционно к липопротеинам относят и надмолекулярные образования, выполняющие транспортную функцию и состоящие из белков и молекул всех классов липидов – транспортные липопротеины.

Структуру транспортных липопротеинов можно сравнить с орехом, у которых имеется скорлупа и ядро. "Скорлупа" липопротеина является гидрофильной, ядро – гидрофобное. Ядро формируют неполярные эфиры холестерола и триацилглицеролы. В поверхностном слое ("скорлупе") находятся фосфолипиды, свободный холестерол, белки. Белки в липопротеинах называются апобелками, их выделяют несколько видов: А, В, С и D. В каждом типе липопротеинов преобладают соответствующие ему апобелки.

Выделяют четыре основных класса липопротеинов: хиломикроны (ХМ); липопротеины высокой плотности (ЛПВП, -липопротеины, -ЛП); липопротеины низкой плотности (ЛПНП, -липопротеины, -ЛП); липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП, пре--липопротеины, пре--ЛП).

Липопротеины различаются по составу, т.е. по соотношению триацилглицеролов, холестерола и его эфиров, фосфолипидов, белков.

Классификация:

Х ромопротеины содержат окрашенные простетические группы. Сюда относят гемопротеины (содержат гем), ретинальпротеины (содержат витамин А), флавопротеины (содержат витамин В2), кобамидпротеины (содержат витамин В12).

Гемопротеины. Подразделяются на неферментативные (гемоглобин, миоглобин) и ферменты (цитохромы, каталаза, пероксидаза). Небелковой частью их является гем – структура, включающая в себя порфириновое кольцо (состоящее из 4 пиррольных колец) и иона Fe2+. Железо связывается с порфириновым кольцом двумя координационными и двумя ковалентными связями.

Цитохромы отличаются аминокислотным составом пептидных цепей и числом цепей и разделяются на типы а, b, с, d. Все они неспособны связывать кислород, кроме цитохрома а3, который содержит ионы меди. Цитохромы находятся в составе дыхательной цепи митохондрий и цепи микросомального окисления.

Ф лавопротеины являются ферментами окислительно-восстановительных реакций, например, сукцинатдегидрогеназа, глицерол-3-фосфатдегидрогеназа. Они в качестве небелковой части содержат производные витамина В2 – флавинмононуклеотид (ФМН) и флавинадениндинуклеотид (ФАД). Флавинадениндинуклеотид представляет комплекс из двух нуклеотидов – аденозинмонофосфата и флавинмононуклеотида.

Металлопротеины, кроме белка, содержат ионы одного или нескольких металлов. Металлопротеины часто являются ферментами. Ионы металлов соединены координационными связями с функциональными группами белка и выполняют следующие функции: участвуют в ориентации субстрата в активном центре фермента; входят в состав активного центра фермента и участвуют в катализе, например, служат акцепторами электронов на определенной стадии ферментативной реакции.

К металлопротеинам, например, относятся белки, содержащие:

1.медь – цитохромоксидаза, в комплексе с другими ферментами дыхательной цепи митохондрий участвует в синтезе АТФ,

2.железо – ферритин, депонирующий железо в клетке, трансферрин, переносящий железо в крови, сукцинатдегидрогеназа (фермент цикла трикарбоновых кислот),

3.цинк – алкогольдегидрогеназа, обеспечивающая метаболизм этанола и других спиртов, лактатдегидрогеназа, участвующая в метаболизме молочной кислоты, карбоангидраза, образующая угольную кислоту из CO2 и H2O, щелочная фосфатаза, гидролизующая фосфорные эфиры различных соединений.

4.селен – тиреопероксидаза, участвующая в синтезе гормонов щитовидной железы, антиоксидантный фермент глутатионпероксидаза,

5.кальций – -амилаза слюны и панкреатического сока, гидролизующая крахмал.

Гликопротеины (гликоконъюгаты) – белки, содержащие углеводный компонент, ковалентно присоединенный к полипептидной основе. Содержание углеводов варьирует от 1 до 85% по массе. Выделяют два подкласса белков, содержащих углеводы: протеогликаны и гликопротеины. Между этими подклассами имеются существенные отличия:

Г ликопротеины.

Для собственно гликопротеинов характерно низкое содержание углеводов. Углеводный остаток является олигосахаридом, имеет нерегулярное строение и содержит маннозу, галактозу, глюкозу, и их аминопроизводные, также N-ацетилнейраминовую кислоту. Олигосахарид присоединен к аминокислотам белковой цепи либо N-гликозидной связью – к амидному азоту аспарагина, либо О-гликозидной связью – к гидроксигруппе остатков серина, треонина, гидроксилизина.

Функцией гликопротеинов являются:

1. Структурная – клеточная стенка бактерий, костный матрикс, например, коллаген, эластин.

2. Защитная – например, антитела, интерферон, факторы свертывания крови (протромбин, фибриноген).

3. Транспортная – перенос веществ в крови и через мембраны, например, трансферрин, транскортин, альбумин, Na+ ,К+ -АТФаза.

4. Гормональная – гонадотропный, адренокортикотропный и тиреотропный гормоны.

5. Ферментативная – холинэстераза, нуклеаза. 6. Рецепторная – присоединение эффектора приводит к изменению конформации белка-рцептора, что вызывает внутриклеточный ответ.

Протеогликаны.

Другая группа гликопротеинов – протеогликаны – характеризуется наличием полисахаридов, состоящих из повторяющихся дисахаридных остатков. Дисахариды включают в себя уроновую кислоту и аминосахар. Многократно дублируясь, дисахариды образуют олиго- и полисахаридные цепи – гликаны. В литературе встречаются другие названия – кислые гетерополисахариды (т.к. имеют много кислотных групп), гликозаминогликаны (содержат аминогруппы). Эти молекулы входят в состав протеогликанов – сложных белков, функцией которых является заполнение межклеточного пространства и удержание здесь воды, также они выступают как смазочный и структурный компонент суставов и других тканевых структур. Углеводная часть, аналогично с гликопротеинами, связывается с белком через остатки серина и аспарагина. Основными представителями структурных гликозаминогликанов является гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты, кератансульфаты и дерматансульфаты. Гепарин используется в антикоагулянтной системе крови.

По функции протеогликаны особенно значимы для межклеточного пространства, особенно соединительной ткани, в которое погружены коллагеновые волокна. При помощи электронной микроскопии выяснено, что они имеют древовидную структуру – в центре находится гиалуроновая кислота, которая через связующие белки присоединяет многочисленные "веточки" из хондроитинсульфатов, кератансульфатов, дерматансульфатов. Молекулы гликанов весьма гидрофильны, создают сетчатый желеподобный матрикс и заполняют пространство между клетками, являясь преградой для крупных молекул и микроорганизмов.

Апобелки липопротеинов. Белки в липопротеинах обычно называются апобелками, выделяют несколько их типов – А, В, С, D, Е. В каждом классе липопротеинов находятся соответствующие ему апобелки, выполняющие свою собственную функцию:

1. Структурная функция («стационарные» белки) – связывают липиды и формируют белок-липидные комплексы: апоВ-48 – присоединяет триациллицеролы, апоВ-100 – связывает как триацилглицеролы, так и эфиры холестерина, апоА-I – акцептирует фосфолипиды, апоА-IV – связывается с холестеролом.

2. Кофакторная функция («динамические» белки) – влияют на активность ферментов метаболизма липопротеинов в крови: апоС-II - кофактор гепаринзависимой липопротеинлипазы, апоС-III – кофактор печеночной ТАГ-липазы и ингибитор липопротеинлипазы, апоА-I, апоА-II и апоС-I – кофакторы лецитин-холестерол-ацилтрансферазы, апоЕ – ингибитор липопротеинлипазы.

3. Векторная функция (белки-маркеры, стационарные) – обеспечивают направленный транспорт липопротеинов: апоВ-48, апоВ-100 и апоА-I – связываются со своими рецепторами клеток-мишеней, апоЕ помогает взаимодействию векторных апобелков с рецепторами.

5. Транспорт пищевых триацилглицеролов в организме. Характеристика хиломикронов: липидный состав, соотношение липидных фракций, значение, функции. Основные апобелки и их функция. Схема хиломикрона. Где и когда образуются хиломикроны? Утилизация хиломикронов в тканях. Роль липопротеинлипазы.

Транспорт пищевых триацилглицеролов. Транспорт ТАГ от кишечника к тканям (экзогенные ТАГ) осуществляется в виде хиломикронов, от печени к тканям (эндогенные ТАГ) – в виде липопротеинов очень низкой плотности. В транспорте ТАГ к тканям в целом можно выделить последовательность следующих событий:

1. Образование незрелых первичных ХМ в кишечнике.

2. Движение первичных ХМ через лимфатические протоки в кровь.

3. Созревание ХМ в плазме крови – получение белков апоС-II и апоЕ от ЛПВП.

4. Взаимодействие с липопротеинлипазой эндотелия капилляров и потеря большей части ТАГ. Образование

остаточных ХМ.

5. Переход остаточных ХМ в гепатоциты и полный распад их структуры.

6. Синтез ТАГ в печени из пищевой глюкозы и использование ТАГ, пришедших в составе остаточных ХМ.

7. Образование первичных ЛПОНП в печени.

8. Созревание ЛПОНП в плазме крови – получение белков апоС-II и апоЕ от ЛПВП.

9. Взаимодействие с липопротеинлипазой эндотелия капилляров и потеря большей части ТАГ. Образование

остаточных ЛПОНП (по-другому липопротеины промежуточной плотности, ЛППП).

10. Остаточные ЛПОНП переходят в гепатоциты и полностью распадаются, либо остаются в плазме крови. После

воздействия на них печеночной ТАГ-липазы в синусоидах печени ЛПОНП превращаются в ЛПНП.

Характеристика хиломикронов.

Общая характеристика

1. Формируются в кишечнике из ресинтезированных жиров.

2. В их составе преобладают ТАГ (до 90%), мало белка, фосфолипидов и холестерола.

3. Основным апобелком является апоВ-48, это структурный липопротеин. В плазме крови ХМ получают от ЛПВП белки апоС-II и апоЕ.

4. В норме натощак не обнаруживаются, в крови появляются после приема пищи, поступая из лимфы через грудной лимфатический проток, и исчезают через 10-12 часов.

5. Не атерогенны.

Функция Транспорт экзогенных ТАГ из кишечника в ткани, запасающие или использующие жиры, в основном, в жировую ткань, миокард, скелетные мышцы, лактирующую молочную железу, в меньшей степени в костный мозг, легкие, почки, селезенку. На эндотелии капилляров этих тканей имеется фермент липопротеинлипаза.

Количество липопротеинлипазы в жировой ткани увеличивается при действии инсулина и прогестерона. Активность фермента здесь также возрастает при регулярном потреблении алкоголя (в эксперименте ежедневно по две условные единицы спирта), и как побочный эффект происходит одновременное повышение в крови антиатерогенных ЛПВП.  При действии адреналина в жировой ткани активность липопротеинлипазы снижается. У мужчин относительное количество фермента в жировой ткани по сравнению с мышечной ниже, чем у женщин (влияние тестостерона). 

Частые физические нагрузки, даже низкой интенсивности (умеренная ходьба), быстро повышают активность фермента в скелетных мышцах (влияние СТГ и адреналина) и сжигание жиров в мышцах. И, наоборот, даже относительно недолгая гиподинамия в разы снижает здесь его активность, что открывает путь к эффективному усвоению хиломикронов и ЛПОНП в жировой ткани и ускоряет ожирение. 

Для поддержания высокой активности липопротеинлипазы в мышечной ткани намного важнее меньше сидеть, чем интенсивно тренироваться.

Метаболизм

1. После ресинтеза жиров в эпителиоцитах кишечника формируются первичные хиломикроны, имеющие только апоВ-48.

2. Из-за большого размера они не проникают напрямую в кровеносное русло и эвакуируются через лимфатическую систему, попадая в кровь через грудной лимфатический проток.

3. В крови хиломикроны взаимодействуют с ЛПВП и приобретают от них апоС-II и апоЕ, образуя зрелые формы. Белок апоС-II является кофактором фермента липопротеинлипазы, белок апоЕ необходим для удаления из крови остаточных хиломикронов в печень.

4. На эндотелии капилляров вышеперечисленных тканей находится фермент липопротеинлипаза (ЛПЛ). Количество фермента в жировой ткани увеличивается при действии инсулина. 5. После взаимодействия хиломикрона с ферментом триацилглицеролы, находящиеся в составе хиломикронов, гидролизуются с образованием свободных жирных кислот и моноацилглицеролов Жирные кислоты перемещаются в клетки органа, либо остаются в плазме крови и в комплексе с альбумином разносятся с кровью в другие ткани. Липопротеинлипаза способна расщепить до 90% всех ТАГ, находящихся в хиломикроне или ЛПОНП.

6. После окончания работы ЛПЛ остаточные хиломикроны попадают в гепатоциты посредством апоЕ-рецепторного эндоцитоза и разрушаются.

6.Источники ТАГ в печени. Характеристика липопротеинов очень низкой плотности: их функция. Схема строения ЛПОНП. Условия, при которых образуются эти липопротеины. Утилизация ЛПОНП в тканях. Роль липопротеинлипазы.

Источники ТАГ. Синтез ТАГ увеличивается при соблюдении хотя бы одного из следующих условий, которые обеспечивают появление избытка ацетил-SКоА:

1.наличие источника "дешевой" энергии. Например, 1) диета богатая простыми углеводами (глюкоза, сахароза). При этом концентрация глюкозы в печени и адипоцитах после еды резко повышается, она окисляется до ацетил-SКоА и под влиянием инсулина в этих органах активно происходит синтез жиров. 2)наличие этанола, высокоэнергетичного соединения, который окисляется до

ацетил-SКоА. "Алкогольный" ацетил используется в печени для синтеза жира при условии нормального питания. Примером может служить "пивное ожирение". 

2.повышение концентрации жирных кислот в крови. Например, при усиленном липолизе в жировых клетках под воздействием каких-либо веществ (фармпрепараты, кофеин и т.п.), при эмоциональном стрессе и отсутствии (!) мышечной активности увеличивается поток жирных кислот в гепатоциты. Здесь в результате происходит интенсивный синтез ТАГ.

3.высокие концентрации инсулина и низкие концентрации глюкагона – после приема высокоуглеводной и жирной пищи.

Общая характеристика: 1. Синтезируются в печени из эндогенных и экзогенных липидов,

2. В их составе преобладают ТАГ, около 40% от массы составляют белки, фосфолипиды и холестерол,

3. Основным белком является апоВ-100, выполняющий структурную функцию,

4. В норме концентрация 1,3-2,0 г/л,

5. Слабо атерогенны.

Функция: транспорт эндогенных и экзогенных ТАГ от печени в ткани, запасающие и использующие жиры. Метаболизм 1. Первичные ЛПОНП образуются в печени из пищевых жиров, достигающих гепатоцитов с остаточными хиломикронами, и новосинтезированных из глюкозы жиров, содержат только апоВ-100;

2. В крови первичные ЛПОНП взаимодействуют с ЛПВП и приобретают от них апоС-II и апоЕ, образуя зрелые формы.

3. Аналогично хиломикронам, на эндотелии капилляров ряда тканей зрелые ЛПОНП подвергаются воздействию липопротеинлипазы с образованием свободных жирных кислот. Жирные кислоты перемещаются в клетки органа, либо остаются в плазме крови и в комплексе с альбумином разносятся с кровью в другие ткани.

4. При действии липопротеинлипазы в составе ЛПОНП снижается количество ТАГ и нарастает доля МАГ и ДАГ. Зрелый ЛПОНП превращается в остаточный (ремнантный) ЛПОНП.

5. Находясь в плазме крови, ЛПОНП взаимодействуют с ЛПВП, отдавая им часть своих МАГ и ДАГ и получая взамен эфиры ХС.

6. Остаточные ЛПОНП (также называемые липопротеины промежуточной плотности, ЛППП)

- либо попадают в гепатоциты посредством эндоцитоза, связанного с рецепторами к апоЕ и апоВ-100-белкам,

- либо после воздействия на них липазы печени (только в синусоидах печени) превращаются в следующий класс липопротеинов – липопротеины низкой плотности (ЛПНП).