Lipoprotein - Lipoprotein

Struktur av en chylomikron .
ApoA, ApoB, ApoC, ApoE är apolipoproteiner ; gröna partiklar är fosfolipider ; T är triacylglycerol ; C är kolesterolester .

Ett lipoprotein är en biokemisk sammansättning vars primära funktion är att transportera hydrofoba lipid (även kända som fett ) molekyler i vatten, som i blodplasma eller andra extracellulära vätskor . De består av ett triglycerid- och kolesterolcentrum , omgivet av ett fosfolipid yttre skal, med de hydrofila delarna orienterade utåt mot det omgivande vattnet och lipofila delar orienterade inåt mot lipidcentrum. En speciell typ av protein, kallad apolipoprotein , är inbäddad i det yttre skalet, både stabiliserar komplexet och ger det en funktionell identitet som bestämmer dess roll.

Många enzymer , transportörer , strukturproteiner, antigener , adhesiner och toxiner är lipoproteiner. Exempel inkluderar plasmalipoproteinpartiklar ( HDL , LDL , IDL , VLDL och chylomikroner ). Undergrupper av dessa plasmapartiklar är primära drivkrafter eller modulatorer för åderförkalkning .

Omfattning

Transmembranlipoproteiner

Vissa transmembrana proteolipider , särskilt de som finns i bakterier , kallas lipoproteiner; de är inte relaterade till lipoproteinpartiklarna som den här artikeln handlar om. Sådana transmembranproteiner är svåra att isolera, eftersom de binder tätt till lipidmembranet, ofta kräver lipider för att visa rätt struktur och kan vara vattenolösliga. Detergenter krävs vanligtvis för att isolera transmembranlipoproteiner från deras associerade biologiska membran.

Plasma lipoproteinpartiklar

Eftersom fetter är olösliga i vatten kan de inte transporteras på egen hand i extracellulärt vatten, inklusive blodplasma. Istället omges de av ett hydrofilt yttre skal som fungerar som ett transportfordon. Lipoproteinpartiklarnas roll är att transportera fettmolekyler, såsom triacylglyceroler (även kända som triglycerider ), fosfolipider och kolesterol i kroppens extracellulära vatten till alla celler och vävnader i kroppen. Proteinerna som ingår i det yttre skalet av dessa partiklar, kallade apolipoproteiner, syntetiseras och utsöndras i det extracellulära vattnet av både tunntarmen och levercellerna . Det yttre skalet innehåller också fosfolipider och kolesterol.

Alla celler använder och förlitar sig på fett och kolesterol som byggstenar för att skapa de flera membran som cellerna använder både för att kontrollera inre vatteninnehåll och inre vattenlösliga element och för att organisera deras inre struktur och proteinenzymatiska system. Det yttre skalet av lipoproteinpartiklar har de hydrofila grupperna av fosfolipider, kolesterol och apolipoproteiner riktade utåt. Sådana egenskaper gör dem lösliga i den saltvattenbaserade blodpoolen. Triacylglyceroler och kolesterylestrar bärs inuti, skyddade från vattnet av det yttre skalet. Den typ av apolipoproteiner som finns i det yttre skalet bestämmer lipoproteinpartiklarnas funktionella identitet. Interaktionen mellan dessa apolipoproteiner med enzymer i blodet, med varandra eller med specifika proteiner på cellytorna, avgör om triacylglyceroler och kolesterol kommer att tillsättas till eller avlägsnas från lipoproteintransportpartiklarna.

Karakterisering i mänsklig plasma

Kylomikroner VLDL LDL HDL
Elektroforetisk rörlighet Ursprung Pre-Beta Beta Alfa
Densitet mindre än 0,96 0,96-1,006 1.006-1.063 1.063-1.21
Diameter (nm) 100-1000 30-90 20-25 10-20
Apolipoproteiner B 48 , Al, All B 100 CI, CII B 100 AI, AII, CI
Sammansättning
(% av totalt innehåll)
Protein 2 10 20 40
Lipid 98 90 80 60
Lipidkomponent
(% av total lipidhalt)
Triacylglyceroler 88 55 12 12
Kolesterylestrar 4 24 59 40
Fosfolipider 8 20 28 47
Fria fettsyror - 1 1 1

Strukturera

Lipoproteiner är komplexa partiklar som har en central hydrofob kärna av opolära lipider, främst kolesterylestrar och triglycerider. Denna hydrofoba kärna omges av ett hydrofilt membran som består av fosfolipider, fritt kolesterol och apolipoproteiner. Plasmalipoproteiner är indelade i sju klasser baserat på storlek, lipidsammansättning och apolipoproteiner.

Funktioner

Ämnesomsättning

Hanteringen av lipoproteinpartiklar i kroppen kallas lipoproteinpartikelmetabolism . Den är uppdelad i två vägar, exogena och endogena , beroende på i stor utsträckning om lipoproteinpartiklarna i fråga huvudsakligen består av dietiska (exogena) lipider eller om de har sitt ursprung i levern (endogen) genom de novo -syntes av triacylglyceroler.

De leverceller är den viktigaste plattformen för hantering av triacylglyceroler och kolesterol; levern kan också lagra vissa mängder glykogen och triacylglyceroler. Medan adipocyter är de viktigaste lagringscellerna för triacylglyceroler, producerar de inga lipoproteiner.

Exogen väg

Förenklat flödesschema som visar det väsentliga för lipoproteinmetabolism.

Galla emulgerar fetter som finns i chymen , sedan klyver pankreaslipas triacylglycerolmolekyler till två fettsyror och en 2-monoacylglycerol. Enterocyter absorberar lätt de små molekylerna från chymus. Inuti enterocyterna omvandlas fettsyror och monoacylglycerider igen till triacylglycerider. Därefter monteras dessa lipider med apolipoprotein B-48 i spirande kylomikroner . Dessa partiklar utsöndras sedan i laktealerna i en process som är starkt beroende av apolipoprotein B-48. När de cirkulerar genom lymfkärlen kringgår de blomstrande chylomikronerna levercirkulationen och dräneras via bröstkanalen in i blodomloppet.

I blodströmmen interagerar spirande chylomikronpartiklar med HDL-partiklar, vilket resulterar i HDL-donation av apolipoprotein C-II och apolipoprotein E till det begynnande kylomikronet. Kylomikronen i detta skede anses då vara mogen. Via apolipoprotein C-II aktiverar mogna kylomikroner lipoproteinlipas (LPL), ett enzym på endotelceller som kantar blodkärlen. LPL katalyserar hydrolysen av triacylglycerol som slutligen frigör glycerol och fettsyror från chylomikronerna. Glycerol och fettsyror kan sedan absorberas i perifera vävnader, särskilt fett och muskler , för energi och lagring.

De hydrolyserade chylomikronerna kallas nu chylomikronrester . Kylomikronresterna fortsätter att cirkulera blodomloppet tills de interagerar via apolipoprotein E med receptorer för chylomikronrester, som främst finns i levern. Denna interaktion orsakar endocytos av chylomikronresterna, som sedan hydrolyseras i lysosomer . Lysosomal hydrolys frigör glycerol och fettsyror i cellen, som kan användas för energi eller lagras för senare användning.

Endogen väg

Levern är den centrala plattformen för hantering av lipider: den kan lagra glyceroler och fetter i sina celler, hepatocyterna . Hepatocyter kan också skapa triacylglyceroler via de novo -syntes. De producerar också gallan från kolesterol. Tarmarna är ansvariga för att absorbera kolesterol. De överför det till blodet.

I hepatocyterna samlas triacylglyceroler och kolesterylestrar med apolipoprotein B-100 för att bilda spirande VLDL-partiklar . Nascent VLDL-partiklar släpps ut i blodomloppet via en process som är beroende av apolipoprotein B-100.

I blodströmmen stöter nya VLDL -partiklar med HDL -partiklar; som ett resultat donerar HDL-partiklar apolipoprotein C-II och apolipoprotein E till den begynnande VLDL-partikeln. När den väl laddats med apolipoproteiner C-II och E, anses den begynnande VLDL-partikeln vara mogen. VLDL -partiklar cirkulerar och möter LPL uttryckt på endotelceller . Apolipoprotein C-II aktiverar LPL, vilket orsakar hydrolys av VLDL-partikeln och frisättning av glycerol och fettsyror. Dessa produkter kan absorberas från blodet av perifera vävnader, främst fett och muskler. De hydrolyserade VLDL-partiklarna kallas nu VLDL-rester eller lipoproteiner med intermediär densitet (IDL). VLDL -rester kan cirkulera och via en interaktion mellan apolipoprotein E och restreceptorn absorberas av levern, eller så kan de hydrolyseras ytterligare av hepatiskt lipas .

Hydrolys med hepatiskt lipas frigör glycerol och fettsyror och lämnar IDL-rester , kallade lågdensitetslipoproteiner (LDL), som innehåller ett relativt högt kolesterolinnehåll ( se nativ LDL-struktur vid 37 ° CYouTube ). LDL cirkulerar och absorberas av levern och perifera celler. Bindning av LDL till dess målvävnad sker genom en interaktion mellan LDL-receptorn och apolipoprotein B-100 på LDL-partikeln. Absorption sker genom endocytos , och de internaliserade LDL -partiklarna hydrolyseras i lysosomer och frigör lipider, främst kolesterol.

Möjlig roll för syretransport

Plasmalipoproteiner kan bära syrgas. Denna egenskap beror på den kristallina hydrofoba strukturen av lipider, vilket ger en lämplig miljö för O 2 löslighet jämfört med ett vattenhaltigt medium.

Roll i inflammation

Inflammation , ett biologiskt systemrespons på stimuli såsom introduktion av en patogen , har en underliggande roll i många systemiska biologiska funktioner och patologier. Detta är ett användbart svar från immunsystemet när kroppen utsätts för patogener, såsom bakterier på platser som kommer att visa sig vara skadliga, men kan också ha skadliga effekter om de lämnas oreglerade. Det har visats att lipoproteiner, särskilt HDL, har viktiga roller i den inflammatoriska processen.

När kroppen fungerar under normala, stabila fysiologiska förhållanden har HDL visat sig vara fördelaktigt på flera sätt. LDL innehåller apolipoprotein B (apoB), vilket gör att LDL kan binda till olika vävnader, till exempel artärväggen om glykokalyxen har skadats av höga blodsockernivåer . Om det oxideras kan LDL fastna i proteoglykanerna, vilket förhindrar avlägsnande av HDL -kolesterolutflöde. Normalt fungerande HDL kan förhindra processen för oxidation av LDL och de efterföljande inflammatoriska processerna som ses efter oxidation.

Lipopolysackarid , eller LPS, är den viktigaste patogena faktorn på cellväggen hos gramnegativa bakterier . Grampositiva bakterier har en liknande komponent som heter Lipoteichoic acid , eller LTA. HDL har förmågan att binda LPS och LTA, vilket skapar HDL-LPS-komplex för att neutralisera de skadliga effekterna i kroppen och rensa LPS från kroppen. HDL har också betydande roller som interagerar med celler i immunsystemet för att modulera tillgängligheten av kolesterol och modulera immunsvaret.

Under vissa onormala fysiologiska tillstånd, såsom systemet infektion eller sepsis , huvudkomponenterna i HDL blir förändrat, Sammansättningen och mängden av lipider och apolipoproteiner förändras jämfört med normala fysiologiska betingelser, såsom en minskning i HDL-kolesterol (HDL-C), fosfolipider, apoA-i (en viktig lipoprotein i HDL som har visat sig ha fördelaktiga anti-inflammatoriska egenskaper), och en ökning i serumamyloid A . Denna förändrade sammansättning av HDL kallas vanligtvis akutfas-HDL i ett akutfasinflammatoriskt svar, under vilken tid HDL kan förlora sin förmåga att hämma oxidationen av LDL. Faktum är att denna förändrade sammansättning av HDL är förknippad med ökad dödlighet och sämre kliniska resultat hos patienter med sepsis.

Klassificering

Efter densitet

Lipoproteiner kan klassificeras som fem huvudgrupper, listade från större och lägre densitet till mindre och högre densitet. Lipoproteiner är större och mindre täta när förhållandet fett till protein ökas. De klassificeras på grundval av elektrofores , ultracentrifugering och kärnmagnetisk resonansspektroskopi via Vantera -analysatorn .

  • Chylomikroner transporterar triglycerider (fett) från tarmarna till levern, till skelettmuskeln och till fettvävnad.
  • Lipoproteiner med mycket låg densitet (VLDL) transporterar (nysyntetiserade) triglycerider från levern till fettvävnad.
  • Lipoproteiner med mellanliggande densitet (IDL) är mellanliggande mellan VLDL och LDL. De är vanligtvis inte detekterbara i blodet när de fastar .
  • Lågdensitetslipoproteiner (LDL) bär 3000 till 6000 fettmolekyler (fosfolipider, kolesterol, triglycerider, etc.) runt kroppen. LDL -partiklar kallas ibland för "dåligt" lipoprotein eftersom koncentrationer, dosrelaterade, korrelerar med aterosklerosprogression.
    • stora flytande LDL (lb LDL) partiklar
    • små täta LDL (sd LDL) partiklar
    • Lipoprotein (a) är en lipoproteinpartikel av en viss fenotyp
  • Högdensitetslipoproteiner (HDL) samlar fettmolekyler från kroppens celler/vävnader och tar dem tillbaka till levern. HDL kallas ibland för "bra" lipoprotein eftersom högre koncentrationer korrelerar med låga aterosklerosprogression och/eller regression.

För unga friska forskare, ~ 70 kg (154 lb), representerar dessa data medelvärden för de studerade individerna, procentandelar representerar % torrvikt:

Densitet (g/m L ) Klass Diameter (nm) % protein % kolesterol och kolesterolester % fosfolipid % triacylglycerol
> 1,063 HDL 5–15 33 30 29 4-8
1.019–1.063 LDL 18–28 25 46-50 21-22 8-10
1.006–1.019 IDL 25–50 18 29 22 31
0,95–1,006 VLDL 30–80 10 22 18 50
<0,95 Kylomikroner 75-1200 1-2 8 7 83-84

Dessa data är emellertid inte nödvändigtvis tillförlitliga för någon individ eller för den allmänna kliniska befolkningen.

Alfa och beta

Det är också möjligt att klassificera lipoproteiner som "alfa" och "beta", enligt klassificeringen av proteiner i serumproteinelektrofores . Denna terminologi används ibland för att beskriva lipidsjukdomar såsom abetalipoproteinemi .

Underavdelningar

Lipoproteiner, såsom LDL och HDL, kan ytterligare indelas i underarter isolerade genom en mängd olika metoder. Dessa är uppdelade efter densitet eller med proteininnehållet/ proteinerna de bär. Medan forskningen pågår för närvarande lär forskarna att olika underarter innehåller olika apolipoproteiner, proteiner och lipidinnehåll mellan arter som har olika fysiologiska roller. Till exempel inom HDL -lipoprotein -underarterna är ett stort antal proteiner involverade i den allmänna lipidmetabolismen. Det är dock klart att HDL-underarter också innehåller proteiner som är involverade i följande funktioner: homeostas , fibrinogen , koaguleringskaskad , inflammatoriska och immunsvar, inklusive komplementsystemet , proteolyshämmare , akutfasresponsproteiner och det LPS-bindande proteinet , hem- och järnmetabolism, trombocytreglering , vitaminbindning och allmän transport.

Studier

Ateroskleros är den främsta orsaken till kranskärlssjukdom . Och ischemisk hjärtsjukdom är den främsta dödsorsaken i världen. Många studier har undersökt möjliga samband mellan sjukdomsförekomsten och plasmakoncentrationer av lipoprotein i blodet. Hypoteser finns om möjliga orsakssamband men ingen har bevisats hittills. Dessa studier har visat korrelation (och korrelation innebär inte orsakssamband ) mellan ateroskleros och koncentrationer av partiklar. Studier specifikt riktade mot olika fenotyper behövs för att avgöra om mängden partiklar är en reaktion på dietkomposition. Medborgarforskare försöker göra det.

Se även

Referenser

externa länkar