Lipoproteiny krevní plazmy. Přeměny cholesterolu. Žlučové kyseliny. © Biochemický ústav LF MU (MK, ET, JS) 2018 1 •2 • •Co jsou to lipoproteiny? •Jsou transportní formou lipidů v krvi. •Jsou to komplexy lipidů a proteinů. • • •Schéma lipoproteinové částice •Cholesterol •Fosfolipidy •triacylglyceroly a estery cholesterolu (hydrofobní jádro) •Apoproteiny •3 •Proteiny lipoproteinů = apoproteiny • některé jsou nedílnou strukturní součástí obalu lipoproteinů (apo B), jiné jsou periferní proteiny a mezi částicemi se vyměňují (apo C, apo E) • •funkce apoproteinů: aktivátory a inhibitory enzymů • interakce s receptory • strukturní role • (transportní) • •Typy a význam lipoproteinů • • • •chylomikrony CM - transport lipidů z potravy •VLDL (very low density lipoproteins, lipoproteiny o velmi nízké hustotě) - transport lipidů z jater •LDL (low density lipoproteins, lipoproteiny o nízké hustotě) - transport cholesterolu do tkání •HDL (high density lipoproteins, lipoproteiny o vysoké hustotě) - transport cholesterolu ze tkání 4 •5 •VLDL •LDL •Chylomikrony CM •HDL •Typy a složení lipoproteinů • •TG • • • •Prot •CH • PL •84% •54% •45% •50% •100 - 1 000 nm •0,95 g/cm3 •5 -12 nm •1,063-1,21 g/cm3 • S rostoucí hustotou klesá objem lipoproteinových částic. •6 Charakteristika lipoproteinů Třída Průměr (nm) Poločas přeměny Hlavní lipid Hlavní apo Místo vzniku CM 100-1000 ~5-15 min TG B48 enterocyty VLDL 30-90 ~2h TG B100 játra LDL 20-75 ~2-4 dny CHE B100 krev HDL 5-12 ~10 h PL/CHE AI játra, enterocyty, krev •Separace lipoproteinů • ultracentrifugace v roztoku soli • elektroforéza •7 •Potrava •TG, CH, PL •ŽK •+ CH •chylomikrony •Tuková tkáň •Svaly, myokard •kapiláry •remnanty •Játra •VLDL •Lipoproteinová lipasa •IDL •LDL •Extrahepatální tkáně •Tenké střevo • •enterocyt •kapiláry •Svaly, myokard •Tuková tkáň •Lipoproteinová lipasa •HDL •Metabolismus lipoproteinů - přehled •Exogenní •Endogenní •lymfa •8 •Trávení a resorpce lipidů •Viz minulá přednáška •Příjem lipidů •Emulgace lipidů •Štěpení lipidů lipasami •Resorpce do enterocytů ve formě směsných micel •Resyntéza lipidů v enterocytech • • • •Trávení a resorpce lipidů přijatých potravou •TG •chylomikron •PL •AK ® ® ® apo B-48 + (apo A-I) • • • •Portální žíla •Lymfa •Nižší MK •glycerol •CHE • •Vznik chylomikronů •Lipofilní vitaminy • • 9 •10 •Metabolismus chylomikronů • • • • • •tenké střevo • • • •apo B-48 5% • • • • • • • • • •k a p •i •l •á •r •y •svaly •tuková tkáň •chylomikrony • •glycerol •mastné kyseliny • receptor • • •játra •lymfa •remnanty • • •LPL • na chylomikrony v krvi působí lipoproteinová lipasa LPL • štěpí triacylglyceroly na MK a glycerol • mastné kyseliny přecházejí do tkání • glycerol je transportován do jater • z chylomikronů se stávají chylomikronové zbytky, které jsou vychytávány játry, tím se do jater dostává cholesterol přijatý potravou • • •Metabolismus chylomikronů 11 Lipoproteinová lipasa (LPL) •12 • • • • enzym na povrchu endotelových buněk kapilár tkání, hlavně tukové tkáně, srdečního a kosterního svalu • k aktivaci je potřebný apo CII •deficit LPL způsobuje triacylglycerolemii • • LPL katalyzuje hydrolýzu TG obsažených v cirkulujících lipoproteinech: • • TG ® glycerol + 3 MK • •13 •Osud MK uvolněných působením LPL • •b - oxidace ve tkáních (svaly, myokard) - zisk energie • vstup do tukových buněk, kde jsou z nich resyntetizovány TG - zásoba energie • •Přeměna mastných kyselin na zásobní lipidy • mastné kyseliny se po jídle resorbují z plazmy do tukových buněk (adipocytů) • zde dochází k syntéze triacylglycerolů: • 3 MK + glycerol-3-P triacylglycerol •tuk (triacylglycerol) se ukládá v tukových buňkách • při hladovění mohou být mastné kyseliny uvolněny zpět do krve • resyntéza triacylglycerolů probíhá pouze v tukové tkáni, játrech, tenkém střevě a mléčné žláze 14 •15 • VLDL • vznikají v hepatocytech • syntéza probíhá kontinuálně dle potřeby (nejen po jídle) • nesou CH převážně přijatý potravou • nesou TG syntetizované v játrech • obsahují apo B 100, malá množství Apo A a Apo CII • jaterním parenchymem vylučovány do krve • • •16 •Z čeho pochází TG v játrech ? •POSTRESORPČNÍ FÁZE, HLADOVĚNÍ •volné MK jsou uvolňovány tukovou tkání, částečně jsou vychytány játry •pokud MK nejsou rozloženy β-oxidací, jsou z nich resyntetizovány TG • •PO JÍDLE •v játrech probíhá syntéza MK z acetyl-CoA •acetyl-CoA pochází převážně z metabolismu sacharidů •17 •Metabolismus VLDL • • • • •Apo CII •volné mastné kyseliny putují do tkání → β-oxidace, syntéza TG • •vychytávání játry pomocí apo-B/E •IDL •LDL •částice se zmenšuje, mění se na IDL •LPL • • • • •JÁTRA •VLDL KREV •transport esterů cholesterolů do tkání HL •18 •Metabolismus VLDL • • z HDL jsou na VLDL přenášeny apo E a apo CII • v krevních kapilárách působí na VLDL lipoproteinová lipasa • triacylglyceroly jsou štěpeny na MK a glycerol • VLDL se mění na IDL • IDL jsou buď vychytány játry (apo B/E) nebo přeměněny jaterní lipázou (HL) na LDL j0078711[1] Srovnej s metabolismem CM. •19 •Jaterní lipasa • enzym zakotvený na luminální stěně jaterních sinusoidů • obdobný účinek jako LPL • působí na IDL a HDL při průtoku krve játry a odbourává v nich TG • TG ® glycerol + 3 MK • •20 • IDL i LDL mohou být obohacovány o estery cholesterolu z HDL (role cholesterolester transfer proteinu CETP) • IDL částice jsou vychytávány játry pomocí Apo-B/E receptoru • LDL jsou vychytávány periferními tkáněmi (1/3) a játry (2/3) pomocí Apo-B/E receptoru, resp. scavengerového receptoru • za fyziologických podmínek je během 24 hodin katabolizováno 30-40 % vzniklých LDL •Další osudy IDL a LDL •21 •LDL receptor (apo B/E receptor) •vychytává intaktní LDL •je regulován intracelulárním obsahem cholesterolu • •Scavengerové receptory (SRA) •membránové receptory se širokou specifitou •přítomny na povrchu fagocytujících buněk, cévního endotelu a Kupferových b. v játrech •vychytávají poškozené (oxidací, glykací) a nadbytečné LDL •nemají zpětnou regulaci • •Receptory pro LDL •22 ɜÀ •Příčiny: zvýšený příjem nasycených mastných kyselin a cholesterolu potravou, mutace LDL receptorů, modifikace LDL (oxidační stres, diabetes ...) • zvýšená hladina LDL v plasmě • LDL může pronikat porušenou stěnou cévní výstelky •Je pohlcován makrofágy - vznikají pěnové buňky, •ty se stávají základem aterosklerotického plátu, který zužuje průchodnost cévy •Vysoká hladina LDL-cholesterolu •23 •zvýšená hladina LDL v plasmě, • •dlouhý poločas LDL, možnost oxidace MK, glykace apoproteinů • •poškozené a nadbytečné LDL jsou vychytávány SRA receptory makrofágů • •tvorba pěnových buněk •LDL cholesterol = lump, zlý cholesterol • • • modifikované LDL jsou silně aterogenní •24 •Metabolismus HDL •ENTEROCYTY, JÁTRA: tvorba nezralých HDL •fosfolipidy, proteiny (apo AI, AII, E, C) •diskovitý tvar •CHOL ze tkání, esterifikace na povrchu HDL •CHE •Přeměna na sferické HDL •Vychytávání játry •V krvi se tvar mění na sférický. •LCAT •25 • přenáší MK z lecithinu na cholesterol • plasmatický enzym, působí na povrchu HDL, je aktivován apo AI • neesterifikovaný cholesterol se přeměňuje na esterifikovaný – ten je méně polární a objemnější, zanořuje se do nitra HDL •Funkce LCAT (lecithincholesterolacyltransferasy) • •- •26 • esterifikovaný cholesterol vznikající účinkem LCAT je nepolární a zanořuje se do nitra částice • tak vznikají sférické HDL částice • sférické HDL interagují s ostatními lipoproteiny • v játrech (a steroidogenních tkáních) jsou HDL vychytány pomocí SR-BI receptoru •Další osudy HDL •27 •Výměna látek mezi lipoproteiny • •mezi lipoproteiny probíhá výměna lipidů i proteinů: • výměna periferních apoproteinů(apo A, C , E) • výměna fosfolipidů • výměna esterů cholesterolu - z HDL do VLDL, IDL, CM – část cholesterolu z tkání je transportována do jater formou LDL a IDL • výměna TG mezi VLDL, CM a HDL •28 •SR-B1 receptor a vychytání cholesterolu v játrech • HDL se váže na receptor. • Cholesterol je transportován do buněk. • HDL se poté odděluje od receptoru a vstupuje znovu do cirkulace. •Část cholesterolu je vyloučena do žluče. •Část cholesterolu je přeměněna na žlučové kyseliny. •Část cholesterolu je zabudována do VLDL. •Část cholesterolu je využita pro výstavbu membrán. •Co se děje s cholesterolem v játrech? •29 •Vysoké hladiny HDL-cholesterolu •= • prognosticky příznivý faktor pro riziko aterosklerózy, koronárních onemocnění. •HDL-cholesterol = hodný cholesterol •Při zjištění vyšší hladiny cholesterolu v krvi je sledováno jeho zastoupení v LDL a HDL frakci lipoproteinů – stanovení HDL- a LDL-cholesterolu. •30 •Lipoprotein (a) – nezávislý rizikový faktor aterosklerózy a trombózy • Lp(a) má obdobné složení jako LDL. • V plazmatických hladinách Lp(a) existují mezi jedinci výrazné rozdíly, řádově až 1000-násobné. • Fyziologická funkce není známa. Téměř úplné chybění Lp(a) v plazmě nezpůsobuje žádnou chorobu ani syndrom z jeho deficitu. • Koncentrace > 300 mg/l jsou vysoce rizikové. • Obsahuje apo B 100. • Navíc obsahuje glykoprotein nazývaný apolipoprotein (a) [apo(a)]. • Apo(a) má strukturu homologní s plazminogenem. •Teorie: Lp(a) zpomaluje odbourání krevní sraženiny a může usnadňovat vazbu LDL na stěny arterií. •31 •Cholesterol •Nejvýznamnější sterol u živočichů •Zdroje: 500 mg/ den - živ. tuky, žloutek, maso, játra • 800 mg/ den - biosyntéza •Funkce: komponenta membrán • prekursor - žlučových kyselin • - steroidních hormonů •Je přijímán potravou (transport v chylomikronech do jater a odtud ve VLDL) i syntetizován tkáněmi. •V krvi je transportován hlavně v lipoproteinech LDL a HDL. •32 • transport cholesterolu je zprostředkován NPC1L1 (Nieman-Pick C1 like 1) •Střevní resorpce cholesterolu Ezetimib inhibuje střevní resorpci cholesterolu, používá se v léčbě hypercholesterolemie. •33 •Endogenní syntéza cholesterolu •lokalizace: většina buněk, hlavně játra, enterocyty, kůra nadledvin, gonády…. cca 2g / kg tělesné hmotnosti • kde v buňce: cytoplazma, některé enzymy na povrchu ER • prekursor: acetyl-CoA • na syntézu je potřeba: 18 acetyl-CoA, 36 ATP, 16 NADPH Hlavním místem syntézy cholesterolu jsou játra, enzymová výbava pro jeho syntézu se však nachází ve všech buňkách. Cholesterol patří mezi izoprenoidy, jeho syntéza vychází z acetyl-CoA. Proces je syntézy je energeticky velmi náročný, na jednu molekulu cholesterolu se spotřebuje 36 ATP a 18 acetylCoA. Je také potřebný redukovaný kofaktor NADPH . Fáze syntézy cholesterolu •Syntéza HMG-CoA z acetyl-CoA •Redukce HMG-CoA na mevalonát •Přeměna mevalonátu na isoprenové (5C) jednotky •Syntéza skvalenu ze 6 isoprenových jednotek •Přeměna skvalenu (30C) na cholesterol (27C) •34 Syntéza cholesterolu je velmi složitá, zahrnuje řadu reakcí, které můžeme rozdělit do několika fází. HMG-CoA reduktasa - klíčový enzym syntézy cholesterolu •Klíčovou reakcí biosyntézy cholesterolu je redukce HMG-CoA (hydroxymethylglutaryl-koenzymu A) na mevalonát. •Reakci katalyzuje enzym HMG-CoA reduktasa. •Tento enzym je regulován na mnoha úrovních: • •35 ØPři nedostatku cholesterolu je nově syntetizován, při dostatku cholesterolu je odbourán. ØInsulin a thyroidální hormony jej aktivují, glukagon a rostlinné steroly inaktivují. ØLéky statiny jsou jeho kompetitivními inhibitory. Enzym 3-HMG-CoA reduktasa je rozhodující pro regulaci celé syntézy cholesterolu. Je lokalizován na ER. Existuje několik úrovní regulace tohoto enzymu. Princip regulace může být formulován následovně: MÁ-LI BUŇKA DOSTATEK CHOLESTEROLU, JEHO SYNTÉZA JE ZASTAVENA. •36 •„Odbourávání“ cholesterolu • cholesterol nemůže být v organismu odbourán na CO2 a H2O • pouze játra jsou schopna eliminovat cholesterol • dva způsoby: • přeměna na žlučové kyseliny a jejich exkrece žlučí • vylučování cholesterolu žlučí • malý podíl je přeměňován na steroidní hormony • malé množství vylučováno odloučeným střevním epitelem, kožním a ušním mazem, … •37 #c (cholesterol) v plasmě … rizikový faktor aterosklerózy # • •Stanovení podílu cholesterolu ve frakcích LDL a HDL • • provádí se, je-li hladina cholesterolu zvýšená • LDL-cholesterol je mírou aterogenní hypercholesterolemie • vysoký podíl z celkového cholesterolu vázaný v HDL se pokládá za známku dobré schopnosti vyloučit nežádoucí nadbytek cholesterolu •38 •“Hodný” a “zlý” cholesterol • • • • •Cholesterol přítomný v HDL •Cholesterol přítomný v LDL •Celkový cholesterol v krvi má být < 5 mmol/l. •Má být > 1 mmol/l. •Má být < 3 mmol/l. •Vysoká hladina cholesterolu je jeden z rizikových faktorů srdečně cévních onemocnění. •39 •Bilance cholesterolu za 24 h •POTRAVA BIOSYNTÉZA •80-500 mg 800 – 1000 mg •Steroidní hormony, maz, střevní epitel •~ 200 mg •Žlučové kyseliny (primární) •~ 500 mg •Cholesterol •(žluč) •~800 mg •Pool cholesterolu •1000-1500 mg/den je vylučováno •Příjem/vznik •1 000–1 500 mg/den Cholesterol je jednak přijímán potravou, jednak může být syntetizován téměř ve všech buňkách (nejvíce v hepatocytech, nervových buňkách a enterocytech). Syntéza CH v buňkách je za fyziologických okolností regulována zásobami CH v buňce, tj. při dostatečném přívodu CH potravou je jeho syntéza utlumena, při depleci CH je jeho syntéza aktivována. Steroidní skelet CH nemůže být v lidském těle degradován a proto jedinou cestou, jak může být z těla vyloučen, je žluč. V ní jsou obsažené jednak žlučové kyseliny, vznikající v játrech z CH, jednak též nativní CH. Při dobře fungující regulaci metabolismu cholesterolu je množství nově přijatého nebo syntetizovaného cholesterolu zcela eliminováno jeho exkrecí. Při poruchách regulace jsou podávány léky snižující cholesterol. •40 Žlučové kyseliny •deoxycholová kys. •cholová kys. •Vznik: v játrech z cholesterolu, vylučovány do žluče, • enterohepatální oběh •Význam: emulgace lipidů v trávicím traktu •Vylučování: stolicí 500 mg/den •41 •Přeměna cholesterolu na žlučové kyseliny •7α-hydroxylasa • •NADPH •cytP450 •probíhá v ER (monooxygenasová reakce) • •JÁTRA •7 •O2 •NADP+, H2O •7-hydroxycholesterol •cholesterol •42 •Další hydroxylace (pozice 12 a), redukce, štěpení postr. řetězce •Primární ŽK •chenodeoxycholát •cholát •JÁTRA •(24 C) • •pKA » 6 •pKA » 6 •12 •43 •konjugace s glycinem a taurinem •glykocholát, taurocholát • •JÁTRA •ŽLUČ • •TENKÉ STŘEVO •dekonjugace a částečná redukce (odstranění OH na C 7) •chenodeoxycholát •cholát •lithocholát •deoxycholát •stolice •enterohepatální oběh • •bakterie •44 •Konjugované žlučové kyseliny •taurocholát •glykocholát • •Konjugace snižuje hodnoty pKA, zvyšuje detergenční (emulgační) účinnost. •pKA » 2 •pKA » 4 • • •H •O •O •H •C •O •N •H • • • •O •H •O •H •SO3- •45 •lithocholát •deoxycholát •Sekundární žlučové kyseliny – nemají OH na C7 •Méně rozpustná, více vylučována stolicí •46 •Enterohepatální oběh žlučových kyselin •Syntéza 0,2-0,6 g/den a recyklace > 95 % •Stolice •0,2-0,6 g/den •Trávení lipidů •Reabsorpce 12-32 g/den •> 95% účinnost • •i sekundární žlučové kyseliny