BIOCHIMIE CURS 5/ 1.04.2015

PARTICULE LIPOPROTEICE

Structuragenerala a particulelorlipoproteice

Indiferent de naturasicompozitiaparticulelorlipidice, in zona centrala a acestoravor fi

prezentemoleculelelipidicenepolaresaufoarte slab polare(triacilgliceroliisi cholesterol esterificat) in

asafelincatcontactulcu lichidelebiologicesa fie 0.

Alaturi de aceste molecule in zona centrala pot exstasialte molecule din

clasahormonilorsivitaminelorsixenobioticelor, cu caracteristiciputernichidrofobe. Inspre zona

externaaagregatelor, se aranjeazamoleculele cu character amfifil care asiguracontactul direct

cuapaprinintermediulzonelorhidrofile (fosfolipide, sincolipide, cholesterol liber) sialaturi de

acesteaunelespeciiglicoproteice.

TG+Chol E

Glicoproteinelecomponente se numescapolipoproteinesausimpluAPOproteinesiacestea pot fi de 2 tipuri

dependent de structurape care o poseda:

- Apoproteineperiferice care posedastructuratertiarasiinteractioneaza cu

particulelelipoproteiceprinintermediulzonelorhidrofilesiprezinta contact cu h20 din

lichidelebiologice,

- Apoproteine integrate-careau structurisecundare de tip alfa-helix

majoritar,prinintermediulcareiainteractioneaza cu zonelehidrofobe ale

moleculeloramfifileprinintermediulinteractiilorhidrofobe.

Cele 2 tipuri de glicoproteine realizeaza reactii preferentiale cu apa din lichidele biologice si induc

stabilitate termodinamica agregatelor. Pe langa acest rol fundamental, apoproteinele pot actiona ca

receptati celulari, ca activatori ai unor enzime sau chiar ca enzime in anumite situatii.

Dependent de componenta apoproteinelor si lipidelor, particulele lipoproteice pt specia om, se pot

clasifica in 4 mari clase:

-chilomicroni (CM)

-VLDL= very low density lypoproteins

-LDL=low density lypoproteins

-HDL=high density lypoproteins

Alaturi de aceste clase mai sunt indentificate si alte clase cu importanta limitata.

Dependent de natura particulei lipoproteice, in componenta CM se gaseste intotdeauna ApoB48-

este o apoproteina biosintetizata la nivelul IS, unde se si constituie chilomicronii ca particule

lipoproteice; rolul principal al acesteia este de receptat la nivelul hepatocitelor, unde se gasesc

receptorii acestora.

Pentru VLDL, apoproteina B100 este strict specifica; aceasta se biosintetizeazaa la nivel

hepatocitar unde se si constituie particulele VLDL si prezinta rol principal pentru aceste particule in ceea

ce priveste receptarea lor la nivelul tuturor celulelor din organism. Deoarece la baza constituirii LDL

exista VLDL, aceasta apoproteina (ApoB100) este prezenta si la suprafara LDL avand acelasi rol.

Particulele lipoproteice HDL sunt cele mai bogate agregate in apoproteine, la nivelul acestora

gasindu-se apoproteina A,C,D,E. Aceste glicoproteine prezinta, pe langa rolul de receptat la nivel celular

si rol de activatori sau rol enzimatic. In metabolismul particulelor lipoproteice, aceste apoproteine pot fi

transferate celorlalte particule lipoproteice in vederea facilitarii unor procese biochimice.

CARACTERISTICI ALE PARTICULELOR LIPOPROTEICE:

Componenta

Densitate

Diametru

Concentratie?

CM se constituie ca agregare moleculare la nivelul IS numai din lipide de natura exogena si in

prezenta ApoB48 care se biosintetizeaza in acelasi loc. Particulele CM poseda in zona centrala

concentratia cea mai mare de TG ( ~90%) si din aceasta cauza prezinta caracter foarte puternic hidrofob

si nu prezinta incarcare electrica. Datorita prezentei TG in concentratii mari, densitatea acestora este

subunitara, iar diametrul este maxim posibil in raport cu toate celelelalte particule lipoproteice.

Rolul CM este de a transporta lipidele exogene catre ficat unde exista receptorii specifici acestora in

vederea recuperarii lipidelor si utilizarii in scopuri proprii (biosinteza lipidica proprie).

VLDL poseda o structura asemanatoare cu cea a CM insa, continutul in TG se diminueaza

(~50%), in schimb creste substantial continutul in colesterol-ester; de asemenea continutul in fosfolipide

si proteine este marit, comparativ cu CM. Din aceasta cauza VLDL sunt incarcate electric, prezinta

densitate mai mare decat a CM, dar tot subunitara si un diametru mult mai mic decat al chilomicronilor.

VLDL spre deosebire de CM, se constituie ca particule la nivelul ficatului din lipidele proprii biosintetizate

hepatocitar. Daca CM aveau rolul transportarii lipidelor exogene catre hepatocit, VLDL au rolul

transportarii lipidelor proprii catre toate celulele organismului, si in special a colesterolului.

LDL prezinta o structura constituita in zona centrala majoritar din colesterol-ester; continutul in

TG central fiind foarte mic, iar continutul de PL si proteine creste substantial in raport cu VLDL. Din

aceasta cauza, LDL prezinta densitate supraunitara, este incarcat electric si prezinta dimensiuni mici

raportate la VLDL. LDL se constituie ca particule la nivelul ficatului, cat si a sangelui- din VLDL

Rolul LDL este de transportor al lipidelor, in special al colesterolului catre toate celulele organismului

uman unde ApopB100 poseda receptori specifici.

HDL prezinta continut redus de TG si colesterol esterificat in zona centrala, in schimb contine

valori mari de fosfolipide si proteine in zona marginala ( pana la 50%). Din aceasta cauza, paticulele HDL

sunt puternic incarcate electric, negativ, prezinta cea mai mare densitate in raport cu toate particulele

cunoscute, si volumul cel mai mic dintre acestea.

Se considera ca particule la nivel hepatocitar si circulator; rolul acestora fiind de a transporta

colesterolul de la nivelul celulelor vii sau moarte catre hepatocit in vederea recuperarii colesterolului

endogen. Acest lucru este posibil datorita continutului redus de colesterol in particulele HDL comparativ

cu continutul colesterolului liber membranar, si in acest mod, in urma contactului dintre HDL si celule, se

realizeaza un proces de DIFUZIE LIBERA a colesterolului dinspre membrana celulara inspre particula HDL.

Datorita incarcarii electrice diferentiale (dependente de compozitia particulelor), particulele lipoproteice

prezinta deplasari diferite in campuri electrice continue: migrarea anodica puternica o prezinta HDL,

datorita incarcarii puternic negative a acestora, iar migrare in zona pre-beta il are VLDL, in timp ce LDL

prezinta migrare in zona beta.

Chilomicronii, datorita lipsei sarcinilor electrice, nu se deplaseaza in camp electric continuu. Pe

la baza electroferogramelor se pot evidentia cantitativ fractiile lipoproteice pe baza carora se pot

elabora unele diagnostice.

Prin constitutia particulelor lipoproteice, particulele LDL sunt cele mai bogate in colesterol si in

special colesterol esterificat. Cresterea nr acestor particule la nivel circulator, poate sa conduca la

supraincarcarea celulara cu colesterol si declansarea unor procese patologice progresive numite

ateroscleroze.

Spre deosebire de LDL, HDL are rol invers, deoarece ele preiau colesterolul celular in vederea

transportarii lui la ficat, in vederea utilizarii in scopuri biosintetice si astfel este prevenita

supraincarcarea celulara cu colesterol. Evitarea, diminuarea proceselor degenerative poate fi realizata

prin mentinerea unui echilibru favorabil intre cele 2 particule lipoproteice a.i. celulele sa nu fie

supraincarcate cu colesterol.

Stoparea cresterii colesterolului liber intracelular:

-inhibarea sintezei receptorilor membranare specifici LDL

-inhibarea enzimelor implicate in sinteza colesterolului

-activarea ACAT (acetil-colesteril-acil-transferaza); care are rolul de a esterifica colesterolul liber, la

nivelul HDL dupa preluaea lui prin difuziune simpla la niv celulelor in vederea depozitarii lui in zona

centrala a particulelor HDL a.i. sa poate prelua cat mai mult colesterol liber (TOATE MEMBRANELE

CELULARE SI SUBCELULARE CONTIN NUMAI SI NUMAI COLESTEROL LIBER)

Mecanisme hepatice:

-sinteza de VLDL, care sunt excretate;

Colesterolul hepatic se transforma in acizi biliari si saruri biliare si ajung in IS si realizeaza emulsionarea

lipidelor =>

-sinteza acizilor biliari si secretia lor rapida in caile biliare

-excretia simultana de colesterol si acizi biliari in caile biliare

CM, dupa constituirea ca particule lipoproteice la nivelul IS sunt eliberate in circulatie, unde in

prezenta lipoproteinlipazei, se transforma TG in glicerol, si pun in libertate acizii grasi corespunzatori.

Glicerolul, fiind hidrosolubil este transportat la ficat pentru a fi utilizat in scopuri biosintetice (biosinteza

de TG) sau in gluconeogeneza. Simultan cu actiune lipoproteinlipazei se transfera de pe HDL, ApoC si

ApoE si unele lichide din CM si astfel este activat LPL si LCAT in vederea transformarii colesterolului in

colesterolul-ester

Acizii grasi rezultati, nefiind solubili in lichidele biologice, sunt preluati de albumine pentru transportarea

lor la nivelul celulelor periferice, in vederea utilizarii in scopuri energetice. In acest mod CM initiali se

transforma in CM permanenti care prin intermediul ApoB48 sunt recunoscuti si legati la nivelul

hepatocitelor unde sufera transformarile totale.

VLDL se constituie la nivelul ficatului ca particule, pe baza lipidelor endogene, si dupa eliminarea

in circuitul sanguin, la nivelul acestor particule se dezvolta reactii chimice similare cu cele produse in

chilomicroni (scade substantial continutul de triacilglicerol si creste substantial continutul de colesterol-

ester in special datorita transferului colesterolului de pe HDL pe VLDL dar si a ApoC si ApoE ca activatori

enzimatici; in acest mod, in circulatie, VLDL se transforma in LDL avand aceeasi apoproteina, cele 2

particule lipoproteice poseda practic acelasi rol: transportul colesterolului si al altor lipide catre toate

celulele organismului.

HDL se constituie la nivel hepatocitar si la nivel circulator, este imbogatit incontinuu cu

colesterol si in acelasi timp transfera tuturor celorlalte particule lipoproteice apoproteine in vedere

activarii proceselor biochimice. El transporta in mod continuu colesterolul liber de la membrane, catre

ficat, in vederea evitarii supraincarcarii cu colesterol a celulelor.

Atunci cand, fie creste nr particulelor LDL circulante, fie creste nr receptorilor celulari in raport cu

ApoB100, la nivelul celulelor periferice se produce o crestere accentuata a cantitatii de colesterol (in

special colesterol esterificat), acesta nu mai poate fi metabolizat si utilizat, iar particulele LDL tind sa se

depuna si sa se mentina depuse, la nivelul acestora transformandu-le in celule gunoier ( celule

spumoase, care ulterior participa la declansarea proceselor degenerative de tip aterosclerotic).

RISCUL DE ATEROSCLEROZA

-acumularea intra- si extracelulara a colesterolului

-proliferarea celulelor musculare netede la nivelul peretilor interni arteriali

-acumulare tesut conjunctiv in interiorul vaselor de sange

-constituirea si depunerea ateroamelor pe peretii vaselor de sange cu formarea unor rugozitati care se

opun circulatie sanguine

-aparitia fenomenului de proinflamatie si constituirea cheagurilor/ trombilor, microtrombilor care au

tendinta de a se depune in interiorul vaselor de sange; toate aceste procese favorizate de cresterea

concentratiei de LDL, scaderea HDL si prezenta acizilor grasi (acizi grasi saturati aflati in configuratia

trans)

-prezenta in circulatie a unui aminoacid nestandard- homocisteina, care atunci cand mecanismul

declansarii aterosclerozelor prin ipoteza colesterolului nu poate fi justificat, se justifica prin intermediul

acestora.

CONSTITUIREA PLACILOR ATEROSCLEROTICEse explica atunci cand se ia in calcul ipoteza prin

intermediul colesterolului, prin:

- ApoB100- apoproteina specifica LDL, sufera un proces de malonilare la nivelul gruparilor amino

libere prezente in resturile lisinice in prezenta malonilaldehidei, care este produsul secundar in

biosinteza prostaglandinelor;

- procesul de constituire a placilor poate fi activat prin peroxidare in prezenta radicalilor liberi

derivati ai oxigenului (ROS- reactiv oxygen species); dintre speciile ROS implicate direct in

constituirea placilor, radicalii subperoxid prezinta rol important;

- in urma acestor procese de oxidare si de crestere a sarcinilor electrice negative, particulele LDL

constituite pe baza ApoB100 sunt retinute preferentia la nivelul macrofagelor care, datorita

imposibilitatii de a le prelucra, raman cu acele particule fixate si le transforma in celule

spumoase/gunoier;

- macrofagele se inglobeaza in peretele arterial; se declanseaza efectul proinflamator, la nivel

local stimulandu-se biosinteza exagerata a leucotrienelor si prostaglandinelor, care in acest mod

biosintetizeaza cantitati mari de malonilaldehida;

- in urma procesului proinflamator sunt activate trombocitele in vederea constituirii

microtrombilor inglobati in peretele arterial, iar prin intermediul factorului 13 al coagularii este

crescuta rezistenta la fibrinoliza a fibrinei, polimer care constituie microtrombii, si astfel, toti

acesti factori participa la constituirea placilor ateromatoase;

- pentru ca procesul de constituirea placilor sa fie diminuat, este necesar ca la nivel circulator sa

creasca concentratia HDL si respectiv sa creasca concentratia antioxidantilor; prin aceasta se

diminueaza nr particulelor LDL si se diminueaza efectul de oxidare;

- antioxidantii cei mai cunoscuti:

vitamina E

acid ascorbic

vitamina A

polifenoli

Aproxim, 15-20% din procesele aterosclerotice pentru specia umana nu pot fi justificate

prin ipoteza colesterolului excedentar circulator;

In schimb pot fi justificate prin prezenta in circulatie a concentratiilor mari de homocisteina=

aminoacid nestandard natural, a carui concentratie circulanta este reglata prin intermediul

vitaminelor din complexul B, acidul folic si metionina din dieta.

HOMOCISTEINA- se poate obtine in organismul uman din metionina, iar la nivel

circulator, aceasta poate suferi 2 procese de transformare pentru incadrarea in limite normale

ale concentratie:

- transmetinarea-realizata in prezenta folatilor si vitaminei B12 ca donor de grupare metil, si se

transforma in metionina (aa standard), care ulterior se poate utiliza in biosinteza sau

transformarea in homocisteina sau homocisteinatiolactona

- proces de transulfurare (homocisteina circulanta poate suferi un proces de transcirculare) in

prezenta aminoacidului serina si vitaminei B6 cu formarea cistationinei ca intermediar si

transformarea finala in cisteina si respectiv acid beta-ceto-butiric,ambii produsi pot fi utilizati de

organismul uman in scopuri proprii.

Membranele biologice sunt principalele bariere care separa organitele de citoplasma si respectiv,

celulele de mediu. Intotdeauna, membranele in organismele vii, separa 2 compartimente distincte

apoase, in care concentratiile componentilor solutiilor sunt diferite. Aceasta comportare a membranelor

se datoareaza faptului ca ele poseda permeabilitate selectiva in raport cu compusii din solutiile apoase,

iar aceasta permeabilitate selectiva este datorata componentilor care contribuie la constituirea lor.

Intotdeauna, mebranele biologice poseda un dublu strat lipidic constituit din molecule cu caracter

amfifil care interactioneaza intre ele prin intermediul zonelor hidrofobe si respectiv interactioneaza cu

apa din lichidele biologice, prin intermediul zonei cu caracter hidrofil.

Alaturi de lipidele cu caracter amfifil se intalnesc in membrane, si glicoproteine, si in acest mod,

printr-o organizare moleculara se obtine o structura functionala; proteinele care intra in componenta

membranelor pot fi:

extrinseci ( poseda structura tertiara, sunt hidrosolubile si interactioneaza la suprafata dublului

strat lipidic cu zonele hidrofile);

intrinseci-integrate, poseda intotdeauna structura secundara alfa-helicala, capabila sa

interactioneze cu zonele hidrofobe ale moleculelor amfifile si astfel, fie sunt ancorate in dublul

strat lipidic, fie strapung stratul dublu lipidic.

In timp ce proteinele extrinseci pot fi relativ usor recuperate de pe membranele celulare ( in

prezenta unor electroliti), proteinele intrinseci sunt bine ancorate in dublul strat lipidic si nu pot fi

eliberate in prezenta electrolitilor, ci in prezenta detergentilor care destabilizeaza dublul strat lipidic prin

intermediul zonelor puternic hidrofobe, eliberand in acest mod proteinele fixate.