Липопротеины
Липопротеины — это липидно-белковые комплексы, благодаря которым все липиды, получаемые с пищей или синтезируемые в определенных органах, транспортируются по организму с помощью кровеносной системы. Основная структура этих агрегатов представляет собой масляную каплю, состоящую из триглицеридов и холестериловых эфиров, окруженную слоем белков и амфипатических липидов — очень похоже на мицеллу, сферическую структуру. Если концентрация того или иного липопротеина становится слишком высокой, то часть комплекса становится нерастворимой и откладывается на стенках артерий и капилляров. Такое скопление отложений называется атеросклерозом и в конечном итоге приводит к закупорке важнейших артерий, вызывая инфаркт или инсульт. В связи с серьезностью этого состояния многие исследования посвящены липопротеинам и их функциям. Поэтому в последующем обсуждении основное внимание уделяется липопротеинам человека.
Классификация и образование
Существует четыре основных класса циркулирующих липопротеинов, каждый из которых имеет свой характерный белковый и липидный состав. Это хиломикроны, липопротеины очень низкой плотности (VLDL), липопротеины низкой плотности (LDL) и липопротеины высокой плотности (HDL). Во всех этих классах комплексов различные молекулярные компоненты не связаны друг с другом химически, а просто ассоциированы таким образом, чтобы минимизировать гидрофобные контакты с водой. Наиболее отличительной чертой каждого класса является относительное количество липидов и белков. Поскольку состав липидов и белков отражается в плотности каждого липопротеина (молекулы липидов менее плотные, чем белки), плотность, легко измеряемый атрибут, составляет оперативную основу для определения классов липопротеинов. Измерение плотности также служит основой для выделения и очистки липопротеинов из плазмы для исследования и диагностики.
Основными липидными компонентами являются триглицериды, холестерин, холестериловые эфиры и фосфолипиды. Гидрофобное ядро частицы образовано триглицеридами и холестериновыми эфирами. Жирные ацильные цепи этих компонентов являются ненасыщенными, поэтому структура ядра при температуре тела жидкая. В таблице приведены более подробные сведения о девяти различных белковых компонентах, называемых апопротеинами, входящих в классы липопротеинов. За исключением ЛПНП, который содержит только один тип апопротеина, все классы имеют несколько апопротеиновых компонентов. Все апопротеины, как и фосфолипиды, являются амфипатическими и благоприятно взаимодействуют как с липидами, так и с водой. Далее следует более подробное рассмотрение характера и функций этих липопротеиновых частиц.
Хиломикроны
Хиломикроны — самые крупные липопротеины, их диаметр составляет 75−600 нанометров (нм; 1 нм = 10−9 метра). Они имеют самое низкое соотношение белка и липидов (около 90 процентов липидов) и, следовательно, самую низкую плотность. Хиломикроны синтезируются всасывающими клетками кишечной выстилки и секретируются этими клетками в лимфатическую систему, которая присоединяется к кровообращению в подключичной вене. Содержание триглицеридов, холестериновых эфиров и свободного холестерина в этих частицах происходит в результате переваривания пищевых жиров. Их основными местами назначения в периферических областях являются сердечная мышца, скелетные мышцы, жировая ткань и лактирующая ткань молочной железы. В результате переноса триглицеридов и холестериловых эфиров в ткани липидно-белковые агрегаты лишаются этих веществ и оставляют остатки хиломикронов, которые в конечном итоге поглощаются печенью. Остатки липидов и белков используются для образования VLDL и LDL, описанных ниже.
Липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП)
VLDL — это класс липопротеинов, синтезируемых печенью, который является аналогом хиломикронов, секретируемых кишечником. Его назначение также заключается в доставке триглицеридов, холестериновых эфиров и холестерина к периферическим тканям. В этих тканях содержание триглицеридов в VLDL в значительной степени снижается и образуется остаток липопротеина промежуточной плотности (IDL), который возвращается в печень по кровотоку.
Липопротеины низкой плотности (ЛПНП)
Липопротеины низкой плотности образуются из VLDL и IDL в плазме крови и содержат большое количество холестерина и холестериловых эфиров. Их основная роль заключается в доставке этих двух форм холестерина к периферическим тканям. Почти две трети холестерина и его эфиров, содержащихся в плазме (кровь, свободная от красных и белых клеток), связаны с ЛПНП.
Липопротеины высокой плотности (ЛПВП)
Липопротеины этого класса самые маленькие, их диаметр составляет 10,8 нм, а соотношение белков и липидов самое высокое. Благодаря высокой плотности этот класс получил свое название. ЛПВП играет главную роль в удалении избыточного холестерина из клеток и возвращении его в печень, где он метаболизируется до желчных кислот и солей, которые в конечном итоге выводятся через кишечник. ЛПНП и ЛПВП вместе являются основными факторами поддержания холестеринового баланса в организме. Из-за высокой корреляции между уровнем холестерина в крови и атеросклерозом высокое соотношение ЛПВП и холестерина (в основном содержащегося в ЛПНП) хорошо коррелирует с более низкой частотой этого заболевания у людей.
Функции, происхождение и утилизация аполипопротеинов
Девять классов апопротеинов, перечисленных в таблице, синтезируются в клетках слизистой оболочки кишечника и в печени, причем на печень приходится около 80 процентов производства.
Хиломикроны синтезируются в слизистой оболочке кишечника. Клетки этой ткани, хотя и способны производить большинство апопротеинов, являются основным источником апоВ (форма В-48) и апоА-I. Компонент апоС-II хиломикронов является активатором для фермента плазмы, который гидролизует триглицерид этих комплексов. Этот фермент, называемый липопротеинлипазой, находится на поверхности клетки и делает жирные кислоты триглицеридов доступными клетке для энергетического метаболизма. В определенной степени этот фермент также активируется апоС-II, присутствующим в незначительных количествах в хиломикронах.
VLDL, липопротеин-переносчик триглицеридов, синтезированных в печени и предназначенных для использования в сердце и мышцах, состоит из пяти апопротеинов. Среди них апоВ-100, белок, выполняющий структурную роль в комплексе, и апоС-I, -II и -III. Первые два из них активируют ферменты лецитин-холестерин ацилтрансферазу (LCAT) и липопротеинлипазу. Любопытно, что апоС-III, незначительный компонент как хиломикронов, так и VLDL, ингибирует липопротеиновую липазу. После выведения триглицеридов остатки VLDL возвращаются в печень.
ЛПНП содержит один апопротеин и является основным переносчиком холестерина в периферические ткани как в виде свободного стерола, так и в виде эфиров. Для высвобождения липидного содержимого этого комплекса требуется распознавание апопротеина ЛПНП В-100 рецептором, расположенным на поверхности клеток-реципиентов. Когда белок связывается с рецептором, комплекс рецептор-ЛПНП поглощается клеткой в процессе, известном как эндоцитоз. Эндоцитированный ЛПНП высвобождает свое содержимое внутри клетки, а B-100 деградирует до свободных аминокислот, которые используются для синтеза новых белков или метаболизируются в качестве источника энергии. Выяснение процесса поглощения ЛПНП клетками Майклом Брауном и Джозефом Гольдштейном принесло им Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1985 году.
Основная функция ЛПВП с его апопротеинами заключается в поглощении холестерина из клеток организма и доставке его в печень для окончательного выведения в виде желчных кислот и солей. Основными апопротеинами являются A-I, активатор LCAT, и A-II. Все апопротеины ЛПВП имеют биосинтетическое происхождение в печени. Когда ЛПВП секретируется этим органом, он представляет собой небольшой сплюснутый дискоид, лишенный холестерина, но содержащий фосфолипиды и апопротеины. В периферических тканях ЛПВП забирает холестерин с поверхностных мембран клеток и, посредством агентства LCAT, превращает его в эфиры, используя ацильные цепи из фосфатидилхолина.
