Particule lipoproteice

Particule lipoproteicetc "7.2. Particule lipoproteice"n soluiile apoase, moleculele amfifile formeaz micele. Acestea sunt agregate globulare n care gruprile hidrofobe interacioneaz n afara contactului cu apa, iar gruprile hidrofile sunt n contact direct cu apa (Fig. 7-30).

Fig. 7-30. Micel sferic rezultat din molecule amfifile associate

Aranjamentul globular al micelelor, elimin contactul nefavorabil dintre ap i lanurile (zonele) hidrofobe i n acelai timp permite hidratarea gruprilor (zonelor) polare.

Molecula amfifil (Fig. 7-31) este constituit ntotdeauna din dou zone distincte cu caractere diferite (hidrofil i respectiv hidrofob). Termenul amfifil indic faptul c dou grupri antagoniste nu se resping, ci au o atracie mult mai mare fa de gruprile asemntoare dect fa de cele cu caracter opus.

Fig. 7-31. Schema unei molecule amfifileFormarea agregatelor micelare este posibil peste o concentraie a moleculelor amfifile n ap, numit concentraie micelar critic (cmc) care, n genere, este de ordinul 10-6M. Sub concentraia micelar critic, moleculele amfifile se aranjeaz sub forma unui monostrat, la suprafaa apei, orientate cu zona hidrofil n ap i cu cea hidrofob n aer (Fig. 7-32).Formarea micelelor la atingerea concentraiei critice micelare este instantanee i depinde de natura i lungimea catenelor hidrofobe i depinde n foarte mic msur de natura zonei polare.

Fig. 7-32. Monostratul constituit n ap de moleculele amfifile, prezente sub cmcLipidele plasmatice sunt meninute n mediul apos plasmatic sub forma unor micele datorit formrii unor complexe cu unele proteine, cunoscute sub denumirea de apolipoproteine (apoproteine). Aceste complexele lipoproteice (Fig. 7-33) sunt organizate sub forma unor particule sferice, care au la suprafaa lor molecule hidrofile sau zone ale unor molecule cu caracter hidrofil (proteine, fosfolipide, colesterol liber) iar n centru molecule hidrofobe sau zone ale unor molecule cu caracter hidrofob (colesterolul esterificat, triacilgliceroli). Lipidele cu caracter amfifil constituie la suprafaa particulelor lipoproteice un monostrat, care este penetrat de unele apoproteine, care adopt structur helical (apoproteine integrale). Apoproteinele care nu adopt o structur helical nu pot strpunge monostratul lipidic i interacioneaz cu acesta la suprafaa lui exterioar (apoproteine periferice).

Fig. 7-33. Structura general a particulelor lipoproteiceParticulele lipoproteice sunt ntr-o continu stare de sintez-degradare i micare la nivelul plasmei sanguine. La nivelul plasmei sanguine au fost evideniate patru grupuri importante de lipoproteine, cu importan fiziologic i clinic, dependent de compoziia n lipide i proprietile fizice ale acestora. Acestea sunt chilomicronii (CM), lipoproteine cu densitate foarte joas very low density lipoproteins (VLDL), lipoproteine cu densitate joas low density lipoproteins (LDL) i lipoproteine cu densitate nalt high density lipoproteins (HDL).

Dependent de ncrcarea electric a particulelor lipoproteice acestea migreaz diferit ntr-un cmp electric continuu (Fig. 7-34):

HDL n zona ; VLDL n zona pre ; LDL n zona ;

chilomicronii, nencrcai electric, nu migreaz (rmn pe linia de start)

Distribuia apolipoproteinelor caracterizeaz natura particulelor lipoproteice. Astfel, apolipoproteina A se gsete preponderent n HDL, apoproteina B se ntlnete att n LDL ct i n VLDL i chilomicroni (Tabel 7-5). Apoproteina B100 sintetizat n ficat se gsete n LDL i VLDL pe cnd apoproteina B48 sintetizat de intestinul subire se ntlnete preponderent n chilomicroni i posed o mas molecular mai mic.Apolipoproteinele C-I, C-II i C-III sunt cele mai mici polipeptide i sunt uor transferabile ntre diferitele particule lipoproteice. Apolipoproteina B este o glicoprotein, care conine pn la 5% carbohidrai constituii din manoz, fucoz, galactoz, glucoz, glucozamin i acid sialic.

Fig. 7-34. Migrarea electroforetic ntr-un cmp electric continuu a particulelor lipoproteiceApolipoproteina E, ntlnit n HDL i VLDL, este foarte bogat n restul de arginin (aproximativ 10% din totalul resturilor de aminoacizi din catena polipeptidic).

Tabel 7-5. Apolipoproteinele prezente n particulele lipoproteice din plasma umanApoproteinaMasa molecular (kDa)FunciaParticula lipoproteic

A-I28Activator LCAT; ligand pentru receptorul HDLHDL; CM

A-II17Inhibitor LCATHDL; CM

A-IV46Asociat pentru formarea CM; VLDLCM; VLDL; HDL

B-100550Ligand pentru receptorul LDLLDL; VLDL

B-48260CM

C-I7,6Activator LCATVLDL; HDL

C-II8,11Activator al lipoproteinlipazei extrahepaticeVLDL; HDL; CM

C-III8,75VLDL; HDL; CM

D20Protein de transfer a esterilor colesteroluluiHDL

E34Ligand al CM remaneni i al LDLVLDL; HDL; CM

Apoproteinele au i diverse roluri la nivelul organismului: activatori ai unor enzime (apo-C-II, apo-A-I);

transportori ai unor proteine;

liganzi n interacia cu receptorii lipoproteinelor de la nivelul esuturilor (apo-B100i apo-E pentru LDL, apo-A-I pentru HDL).

Lipidele sunt mai puin dense dect apa, astfel c o cretere a proporiei de lipide fa de proteine, n agregatele lipoproteice, determin o scdere a densitii acestora (Tabel 7-6). Exploatnd aceast proprietate, agregatele lipoproteice se pot separa din plasm prin ultracentrifugare, iar viteza de flotare a acestora se exprim n uniti Svedberg (S), unitatea Svedberg fiind egal cu 10-13 cm/s/dyn/g la 26oC.

Chilomicronii posed densitile cele mai mici dintre particulele lipoproteice i conin cele mai mari cantiti de lipide i cele mai mici cantiti de proteine. Particulele VLDL i LDL sunt mai dense dect chilomicronii i conin mai multe proteine i mai puine lipide. Cele mai dense particule sunt HDL i posed coninutul cel mai mare de proteine. Chilomicronii sunt produi de celulele mucoasei intestinului subire i au rolul de a transporta triacilglicerolii i esterii colesterolului, de natur exogen, de la intestinul subire, unde se absorb, la hepatocit. Pentru formarea chilomicronilor este necesar prezena, alturi de fosfolipide, i a apoproteinei B48, care este sintetizat tot la nivelul celulelor mucoasei intestinale.Tabel 7-6. Compoziia lipoproteinelor din plasma umanCaracteristicaChilomicroniVLDLLDLHDL

SursaIntestinFicatSnge i ficatFicat

Diametru ()800-5000300-800180-28050-120

Densitatea g/mL< 0,950,95-1,0061,019-1,0631,063-1,21

Proteine (%)1-27-102133-57

Fosfolipide (%)5-818-202025-30

Colesterol liber (%)168-105

Colesterol esterificat (%)315-1840-4515

Triacilgliceroli (%)85-9047-505-105-6

Prezena chilomicronilor n plasm n concentraii mari imprim acesteea un aspect lactescent denumit chil, care se deosebete de chim care semnific o mas semifluid de alimente parial digerate, care trec din stomac n duoden. De aceea particulele mici din plasm, bogate n lipide, au fost denumite chilomicroni. Dup formarea chilomicronilor (Fig. 7-35), acetia sunt expulzai prin exocitoz din celulele mucoasei intestinale n vasele limfatice. Aceste particule eliminate din celulele intestinului subire se numesc chilomicroni n stare nscnd i conin doar apo B48 alturi de lipide.

Fig. 7-35. Constituirea i secreia chilomicronilor din celulele mucoasei intestinalen plasm, particulele de chilomicroni n stare nscnd sunt modificate rapid prin captarea apo E i apo C din particulele HDL circulante (Fig. 7-36). Apo E alturi de apo B sunt recunoscute de receptorii hepatici i astfel particulele de chilomicronii pot fi receptate la acest nivel, iar apo C, n special apo CII este necesar pentru activarea lipoproteinlipazei (LPL) enzim care catalizeaz degradarea triacilglicerolilor prezeni n chilomicroni.Lipoproteinlipaza este enzima extracelular, ncrcat negativ, care interacioneaz prin intermediul forelor ionice cu celulele suprafeei interioare a vaselor capilare prin care circul i chilomicronii (capilarele esutului adipos, cardiac i muchilor scheletici). n prezena lipoproteinlipazei o parte din triacilgliceridele din lipoproteinele circulante se transform n acizii grai corespunztori i glicerin. Prin degradarea triacilglicerolilor din chilomicroni, acetia se transform n chilomicroni remaneni, care sunt scoi din circulaie dup receptarea lor pe membranele hepatocitare prin intermediul apo B i apo E. Apo C se desprinde de pe chilomicronii remaneni i este preluat de HDL.

Chilomicronii remaneni la nivelul hepatocitelor sufer procesul de endocitoz i n prezena enzimelor lizozomale, componentele acestora sufer degradri hidrolitice (apoproteinele, colesterolul esterificat) transformndu-se n aminoacizi liberi, colesterol liber i acizi grai liberi.

Fig. 7-36. Circuitul i metabolismul chilomicronilor: colesterol liber (C); triacilgliceroli (TG); colesterol esterificat (CE); fosfolipid (PL); lipoproteinlipaz (LPL)Chilomicronii remaneni au diametrul aproximativ jumtate din cel al chilomicronilor secretai de celulele mucoasei intestinale datorit degradrii triacilglicerolilor. Concomitent, chilomicronii remaneni se mbogesc n esteri ai colesterolului, raportul dintre acetia i triacilgliceroli inversndu-se fa de chilomicronii n stare nscnd.

Particulele VLDL i au originea n ficat, posed o compoziie asemntoare cu a chilomicronilor, deosebirea esenial dintre aceste particule lipoproteice constnd n faptul c lipidele din primele au origine endogen, iar cele din chilomicroni au origine exogen (din diet). Rolul esenial al VLDL este de a transporta lipidele de la ficat la esuturile extrahepatice. Dup formarea particulelor VLDL la nivelul hepatocitului acestea au n constituie doar o singur apoprotein apo B100. Dup secretarea VLDL n circulaie, acestea mai accept dou apoproteine: apo E i apo CII de la HDL circulant (Fig. 7-37).

Fig. 7-37. Costituirea i metabolismul particulelor VLDLApo CII este important ca i n cazul chilomicronilor pentru activarea lipoproteinlipazelor n vederea degradrii triacilglicerolilor. Prin metabolizarea triacilglicerolilor din VLDL circulante, acestea se transform n particule cu diametre mai mici dect cele iniiale i concomitent crete densitatea lor. Datorit diminurii diametrelor particulelor, o parte din componentele de suprafa ale VLDL sunt transferate pe HDL (apo E; apo CII; colesterol liber i fosfolipide) chiar dac iniial au suferit transferul n sens invers, de pe HDL pe VLDL.

O parte din esterii colesterolului din centrul particulelor HDL sufer un proces de migrare pe VLDL, cuplat cu un proces de migrare invers al triacilglicerolilor de pe VLDL pe HDL. Astfel, procesele de transfer cuplate cu cele de degradare ale triacilglicerolilor determin transformarea VLDL n LDL i respectiv inversarea raportului componentelor centrale.

Particulele lipoproteice LDL provin n principal din particulele VLDL i prezint principala caracteristic structural materializat prin faptul c la nivel central conin cantiti mai mari de colesterol dect triacilglicerolii. Funcia primar a particulelor LDL este aprovizionarea cu colesterol a esuturilor periferice. Prin faptul c LDL conin la suprafaa particulelor apo B100, acestea pot fi legate la nivelul tuturor celulelor periferice care posed receptori membranari pentru aceast apoprotein. Dimensiunile reduse ale particulelor LDL permit deplasarea acestora printre celule i transferarea prin membranele acestora a unei pri a colesterolului liber, n vederea utilizrii n scopuri proprii. Receptorii pentru LDL sunt glicoproteine ncrcate negativ i se gsesc n cavitile membranelor celulare (Fig. 7-38).

Fig. 7-38. Mecanismul de degradare a particulelor LDL dup receptarea i endocitoza lorDup legarea particulelor LDL de cavitile membranelor celulare prin intermediul apo B100 se produce internalizarea particulelor intacte prin endocitoz. Partea intracelular a cavitilor este cptuit cu clathrine, a cror concentraie scade rapid dup constituirea veziculelor LDL, astfel nct acestea fuzioneaz cu alte vezicule cu formarea unor endozomi. Prin diminuarea valorii pH-ului de la 7 la 5 se distruge interacia dintre receptor i particula LDL, receptorul este reciclat iar lipoproteina remanent este degradat n cataliz enzimatic n prezena enzimelor lizozomale cu formarea colesterolului liber, aminoacizilor, acizilor grai i fosfolipidelor. Dac colesterolul liber nu este necesar imediat pentru scopuri structurale sau sintetice, acesta poate fi reesterificat n prezena colesterolaciltransferazei (ACAT) i stocat n celul pentru utilizri viitoare (Fig. 7-39). n acelai timp este diminuat sinteza colesterolului la nivelul celulelor i sinteza unor noi receptori membranari specifici pentru LDL.

Fig. 7-39. Sinteza intracelular a esterilor colesteroluluiParticulele HDL au funcia opus celor LDL i anume eliminarea colesterolului de la nivelul esuturilor. HDL sunt sintetizate n ficat i eliminate prin exocitoz n snge. Aceste particule sunt rezervoare circulante ale apoproteinei CII care este transferat particulelor VLDL i chilomicronilor pentru activarea lipoproteinlipazei. HDL circulante achiziioneaz colesterolul din membranele celulelor periferice prin difuzie i-l esterific n prezena enzimei LCAT (lecitincolesterilaciltransferaz) care este activat la rndul ei de apo AI prezent n aceste particule (Fig. 7-40).

Fig. 7-40. Esterificarea colesterolului n cataliza LCATDe regul esterificarea colesterolului se realizeaz prin transferul unui rest de acid linoleic de pe lecitin. Colesterolul esterificat excedentar din particulele HDL este transferat particulelor VLDL i LDL n schimbul triacilglicerolilor, n prezena apo D, care este proteina de transfer (Fig. 7-41). Esterii colesterolului netransferai la nivelul plasmei sunt transportai la ficat unde se transform n colesterol liber i se utilizeaz preferenial n sinteza acizilor biliari.

Particulele HDL sintetizate de ficat au form de disc i conin colesterol liber preponderent i fosfatidilcolin, alturi de apo A, apo E i apo C.

Fig. 7-41. Transferul esterilor colesterolului de pe HDL pe VLDL n schimbul TGPrin transferarea colesterolului, particulele discoidale se transform n particule sferice. Particulele HDL accept colesterolul liber nu numai din membranele celulelor periferice ci i din alte lipoproteine circulante i de aceea HDL funcioneaz ca un gunoier al colesterolului.

O privire de ansamblu asupra metabolismului lipoproteinelor este prezentat n figura 7-42. Hiperlipemiile pot s apar n condiii foarte variate: diabet zaharat, alcoolism, sindrom nefrotic, insuficien renal cronic, gut, obstrucii ale cilor biliare, boala Addison, unele porfirii, utilizarea anticoncepionalelor orale, terapii cu betablocante.Pentru practica medical i pentru stabilirea riscului de ateroscleroz, creterea nivelului plasmatic al lipoproteinelor prezint importan major. Aterosclerozele sunt boli progresive care constau n depozitarea lipidelor la nivelul celulelor muchilor netezi din interiorul pereilor arteriali.Anumite anomalii ale lipoproteinelor plasmatice reprezint factori de risc pentru dezvoltarea leziunilor aterosclerotice:

-acumularea intra i extracelular a colesterolului i apolipoproteinelor;

-proliferarea celulelor musculare netede ale peretelui arterial;

-acumularea esutului conjunctiv n interiorul vaselor de snge.

Disfuncia lipoproteic n ateroscleroz este caracterizat de prezena ateroamelor depuse pe pereii arterelor, urmat de rugozarea pereilor interni, formarea cheagurilor i ocluzionarea. Stoparea scurgerii sanguine (infarct) cauzeaz necroza esuturilor, care dac afecteaz arterele coronariene, induc infarctul miocardic.

Creterea concentraiei particulelor LDL circulante este implicat n dezvoltarea aterosclerozelor, cuplat cu scderea concentraiei HDL circulante (Tabel 7-7). Plcile aterosclerotice conin numeroase celule gunoier, care se transform n celule spumoase, dup nglobarea unor cantiti mari de colesterol. Macromolecula apo B specific particulelor LDL se ncarc electric negativ prin malonilarea i peroxidarea gruprilor -amino din resturile lisinice, prezente n lanul polipeptidic.

Fig. 7-42. Metabolismul lipoproteinelor

Tabel 7-7. Valori normale i patologice ale colesterolului plasmatic (mg/100ml)Compusul Valori normale (mg/mL)Valori mari (mg/mL)Valori foarte mari (mg/mL)

Colesterol< 200200-239> 240

LDL Colesterol< 130130-160> 160

HDL Colesterol> 4035-40< 35

Peroxidarea este posibil datorit prezenei radicalilor superoxid generai de macrofage i malonilarea este posibil datorit malonilaldehidei rezultat ca produs secundar n biosinteza prostaglandinelor. Creterea sarcinii negative a apo B100 , determin creterea acesteea i la nivelul particulelor LDL, favoriznd captarea lor de ctre macrofage. Prin captarea unui mare numr de particule LDL de macrofage, capacitatea acestora de a le metaboliza este depit i astfel macrofagele devin celule spumoase. Mobilitatea macrofagelor este diminuat sau inhibat de prezena particulelor LDL oxidate i astfel celulele rmn nglobate n peretele arterial i continu s nglobeze LDL. Particulele LDL oxidate, nglobate n macrofage, stimuleaz metabolizarea acidului arahidonic, determinnd sinteza i eliberarea leucotrienelor i prostaglandinelor, care dezvolt un efect proinflamator local. Trombocitele activate prin efectul proinflamator determin apariia microtrombilor n peretele vascular, acumularea de lipide intraparietal i dezvoltarea plcilor ateromatoase. Particulele LDL oxidate sunt imunogene i induc biosinteza unor autoanticorpi, stimuleaz producia citokinelor, inhib funcia vasodilatatatoare a peretelui vascular, stimuleaz producia factorilor de cretere. Procesul de transformare a macrofagelor n celule spumoase poate fi diminuat sau blocat, dac n mediul extracelular sunt prezente particule HDL, care s preia colesterolul din membranele celulelor, prevenind suprancrcarea acestora. n acest caz, refacerea colesterolului membranar din macrofage se realizeaz prin hidroliza esterilor colesterolului, din particulele LDL nglobate n prezena colesterolesterhidrolazei acide. Concentraiile mici ale particulelor HDL extracelulare nu avantajeaz descrcarea de colesterol a macrofagelor i suprancrcarea cu esteri ai colesterolului a citoplasmei macrofagelor, ci determin transformarea acestora n celule spumoase.

Unul din elementele de importan major n creterea progresiv a plcilor ateromatoare este tromboza. Astfel, s-a observat c la indivizii cu hiperglicemie familial, odat cu creterea vitezei de sintez hepatic a VLDL, crete i nivelul plasmatic al factorilor de coagulare VII i XIII. Trombii murali constituii la aceti indivizi sunt mai rezisteni la fibrinoliz, datorit factorului XIII excedentar, care favorizeaz constituirea legturilor covalente dintre monomerii de fibrin. Trombii rezisteni sunt nglobai n straturile subendoteliale ale peretelui vascular i este avantajat constituirea legturilor covalente dintre acetia i macromoleculele de fibrin i colagen.

Studiile recente au demonstrat c acizii grai saturai i mononesaturai n configuraie trans determin creterea colesterolului total plasmatic i n special a numrului particulelor LDL, prin aceasta crescnd riscul apariiei aterosclerozei.

Formarea plcilor ateromatoase poate fi diminuat prin aciunea antioxidanilor (vitamina E, acidul ascorbic, vitamina A, polifenolii) care diminueaz peroxidarea lipidelor din LDL.

n ultima perioad a crescut numrul articolelor de specialitate care iau n calcul implicaiile homocisteinei n bolile coronariene, n care ipotezele colesterol/lipide nu justific dezvoltarea acestora. Homocisteina (Fig. 7-43) este un aminoacid natural al crui nivel nalt plasmatic a fost asociat cu bolile coronariene. Concentraia sanguin a homocisteinei este n corelaie cu factorii dietetici (concentraiile vitaminelor B6 i B12 ale acidului folic i ale metioninei din proteinele dietei). ntre concentraia vitaminelor B i concentraia homocisteinei din organismul uman este o relaie invers, sugerndu-se o terapie cu aceste vitamine cuplat cu reducerea consumului de proteine de origine animal, n prezena unor concentraii mrite de homocistein plasmatic (Fig. 7-44).

Concentraiile crescute de homocistein sunt asociate cu formarea plcilor, prin creterea depunerilor de colagen i calciu, degenerarea elastinei i degradarea celulelor endoteliale. Aceste efecte se datoreaz fie aciunii directe a homocisteinei, fie a formei sale reactive homocisteintiolactona.

Meninerea concentraiei homocisteinei n limite normale se realizeaz prin transformarea acesteia, n prezena vitaminei B12, n metionin (remetilare) sau transformarea, n prezena vitaminei B6 i a serinei, n cistein i acid -cetobutiric (transsulfurare). Produii finali de transformare ai homocisteinei fie se metabolizeaz i apoi se excret, fie particip la biosintezele proteice.

Dac una sau mai multe ci de metabolizare ale homocisteinei sunt inhibate datorit deficitelor de enzime sau vitamine, homocisteina se acumuleaz n organism determinnd creterea concentraiei plasmatice. Concentraia normal a homocisteinei n snge este cuprins n intervalul 15-24 mmol/L, hiperhomocisteinemie sever nregistrndu-se la concentraii mai mari de 100 mmol/L.

Doar 1% din homocisteina plasmatic total se afl liber (redus) 30% se gsete sub form oxidat (homocistin) i 70% este legat de albumin.

S-a demonstrat c homocisteina este un factor de risc independent pentru bolile coronariene, cerebrale i ale arterelor periferice (aproximativ 10% din totalul acestora) deoarece n hiperhomocisteinemia sever, peroxidarea lipidic nu este crescut, sugernd faptul c riscul crescut al aterosclerozei, n aceste cazuri, nu este determinat de peroxidarea lipidic.