Общее содержание холестерола в организме составляет около 140 г. Основная масса этого соединения включена в состав клеточных мембран. Однако около 10 г холестерола постоянно находится в плазме крови, входя в состав ее липопротеидов. Концентрация холестерола в плазме крови составляет 3,5-6,8 мМ/л. причем примерно 2/3 всего холестерола плазмы крови представлены в ней в виде стероидояПв - сложных эфиров холестерола и высших жирных кислот, преимущественно линолевой и олеиновой. Избыток холестерола в клетках также запасается в виде эфиров олеиновой кислоты. тогда как в состав мембран входит свободный холестерол.
Холестерол используется в организме для синтеза желчных кислот, из него также синтезируются стероидные гормоны, в коже из 7-дегидрохолестерола под действием ультрафиолетовой радиации образуется витамин Д.Избыток холестерола выводится из оргаяПнизмаяП с желчью; по-видимому, часть избыточного холестерола может
поступать в просвет кишечника непосредственно из его стенки. Таким образом, холестериновый гомеостаз в организме есть результат динамического равновесия, во-первых, процессов его поступления в организм и эндогенного синтеза и, во-вторых, процессов использования холестерола для нужд клеток и его выведения из организма.
Холестерол синтезируется в клетках из двухуглеродных группировок ацетил-КоА. Процесс синтеза холестерола включает в себя порядка 35 последовательных энзиматических реакций и может быть разбит на 5 этапов:
а) образование из ацетил-КоА мевалоновой кислоты;
б) образование из мевалоновой кислотой активированных пятиуглеродных группировок - изопентенилпирофосфата и диметилаллилпирофосфата ( активных изопреноидных группировок);
в) конденсация изопреноидных группировок с образованием сквалена;
г) циклизация сквалена в ланостерин;
д) преобразование ланостерина в холестерол.
На втором этапе мевалоновая кислота в результате ряда последовательных превращений, включающих в себя три реакции фосфорилирования и декарбоксилирование, преобразуется в изопентенилпирофосфат (ИППФ), а последний может изомеризоваться в диметилаллилпирофосфат(ДМАПФ):
На третьем этапе из активных изопреноидных единиц ИППФ и ДМАПФ путем последовательной конденсации образуется сквален, имеющий в своей структуре 30 атомов "C":
На четвертом этапе идет циклизация сквалена в соединение стероидной природы ланостерин, имеющий в своем составе 30 атомов углерода и на заключительном пятом этапе ланостерин, теряя три атома углерода, превращается в холестерол - циклический ненасыщенный спирт с 27 атомами "C" и стерановым ядром:
Следует отметить, что некоторые промежуточные продукты этого метаболического пути используются для синтеза других соединений. Так, фарнезилпирофосфат используется в клетках для синтеза коэнзима Q, необходимого для работы главной дыхательной цепи митохондрий, или долихола, принимающего участие в синтезе гетероолигосахаридных компонентов гликопротеидов.
Ключевая роль в регуляции синтеза холестерола в клетках принадлежит ферменту ГМГ-КоА-редуктазе. При повышении содержания холестерола в клетке, вне зависимости от того, синтезирован он в данной клетке или поступил в клетку извне, происходит снижение ГМГ-КоА-редуктазной активности в клетке. Установлено, что в данном случае речь не идет о прямом влиянии холестерола на активность фермента, в основе ингибирующего эффекта лежат другие механизмы. В литературе обсуждается несколько вариантов этих механизмов.
Во-первых, известно, что ГМГ-КоА-редуктаза встроена в мембраны эндоплазматической сети, в связи с чем накопление холестерола в этих мембранах может привести к конформационным изменениям мембраны, а, следовательно, и к изменению конформации фермента, понижающему его активность.
Во-вторых, установлено, что накопление холестерола в клетке приводит к увеличению содержания в ней гидроксипроиз водных холестерола, последние в комплексе с белком-переносчиком проникают в ядро и там угнетают транскрипцию гена, отвественного за синтез ГМГ-КоА-редуктазы. Угнетение транскрипции гена приводит к снижению количества фермента в клетке и торможению синтеза холестерола.
В третьих, предполагают, что активность ГМГ-КоА-редуктазы может регулироваться путем фосфорилирования - дефосфорилирования фермента при участии цАМФ-зависимой пртеинкиназы и фосфопротеинфосфатазы, однако в последнем случае речь идет не о внутриклеточной регуляции синтеза холестерола, а об изменение активности фермента в ответ на внешний регуляторный сигнал, например в ответ на появление в окружающей среде того или иного гормона.
Еще одним участком регуляции является превращение сквалена в ланостерин. Избыток холестерола в клетке снижает скорость этого превращения, но механизм регуляторного эффекта пока еще не выяснен.
3.5. Липидтранспортная система плазмы крови
3.5.1. Общая характеристика липидтранспортной системы
Липиды практически нерастворимы в воде, в связи с чем возникают проблема с их транспортом в организме. Мы уже частично касались этой проблемы, когда обсуждали транспорт липидов, поступающих из кишечника во внутреннюю среду организма, или жирных кислот из липоцитов в клетки других органов и тканей. Рассмотрим пути решения этой проблемы более детально.
Прежде всего следует знать основные показатели содержания липидов в плазме крови натощак для здорового взрослого человека в состоянии покоя. Представленные в далее приведенной таблице значения представляют собой усредненные данные; в различных руководствах по биохимии крови значения этих показателей несколько варьируют, но обычно не выходят из указанных границ.
Все липиды, присутствующие в крови, входят в состав смешанных надмолекулярных белково-липидных комплексов. Высшие жирные кислоты связаны с альбуминами плазмы крови, прочие липиды входят в состав липопротеидов плазмы крови. Любой липопротеид плазмы крови состоит из монослойной амфифильной оболочки, образованной молекулами апо-белков, фосфолипидов, сфинголипидов и свободного холестерола, и гидрофобного ядра, в состав которого входят триацилглицерины и эфиры холестерола, а также молекулы некоторых других липидов типа витамина Д или витамина Е. . Общее содержание липидов в ряду ХМ ДД> ЛПОНП ДД> ЛПНП ДД> ДД> ЛПВП постепенно снижается, тогда как содержание белков в том же ряду постепенно нарастает. Постепенно в том же ряду возрастает содержание фосфолипидов, а содержание триглицеридов - понижается. Наконец, содержание холестерола в ряду ХМ ДДД> ЛПОНП ДДД> ЛПНП увеличивается, но затем при переходе к ЛПВП оно снижается.
В зависимости от состава липопротеидных частиц они различаются по ряду свойств: плавучей плотности, электрофоретической подвижности и др., что используется при разделении липопротеидов плазмы крови на ряд классов.
В крови кроме описанных липопротеидных комплексов могут присутствовать и другие липопротеидные частицы. Так у здоровых людей в плазме крови всегда можно обнаружить фракцию липопротеидов промежуточной плотности ( ЛППП ). Они являются переходными частицами между ЛПОНП и ЛПНП как по составу, так и по некоторым свойствам, например, по величине плавучей плотности. Фракция липопротеинов высокой плотности состоит из двух подфракций: ЛПВП2 и ЛПВП3. Эти подфракции различаются между собой по содержанию в них холестерола: в ЛПВП2 его содержится в среднем около 23%, тогда как в ЛПВП3 - только 17%. При патологических состояниях в крови могут появляться и другие типы липопротеидных частиц, например b-ЛПОНП, ЛПа и др.
Белки, содержащиеся в липопротеидах, получили название апо-белков или апо-протеинов. Известно несколько семейств или классов этих белков: апо-А, апо-В, апо-С, апо-Д, апо-Е. В пределах каждого семейства имеется несколько индивидуальных белков, обозначаемых обычно с помощью римских цифр. Так, к белкам семейства апо-А относятся белки апо-А-I, апо-А-II и т.д. Апо-белки различных семейств входят в состав липопротеидов различных классов или в виде главных апо-белков, или в виде минорных компонентов. Главными апо-белками являются:
- для ХМ - белки апо-В48,
- для ЛПОНП - белки апо-В100 и апо-С,
- для ЛПНП - белки апо-В100,
- для ЛПВП - белки апо-А.
В то же время в любой из липопротеидных частиц присутствуют и другие апо-белки в качестве минорных компонентов. Так белки семейства апо-Е присутствуют в ЛПОНП, в ЛПНП и в ЛПВП. Липопротеидные частицы в процессе их циркуляции в кровяном русле могут обмениваться своими апопротеинами.
Апо-белки, входящие в состав липопротеидов, во-первых, участвуют в структурной организации липопротеидных частиц; во-вторых, они могут служить кофакторами ферментов ( по-видимому, белками-модуляторами), участвующих в обмене липидов липопротеидов: апо-С-II - активатор липопротеидлипазы, апо-А-II активатор печеночной триглицеридлипазы, апо-А-I и апо-С-I -активаторы лецитин-холестерол-ацилтрансферазы; в третьих, белки апо-В и апо-Е участвуют во взаимодействии липопротеидных частиц с их рецепторами на поверхности клеток различных тканей; в четвертых, эти белки могут участвовать в переносе молекул липидов между отдельными липопротеидными частицами или между липопротеидами и мембранами клеток, в частности, имеются сведения об участии белка апо-Д в подобного рода транспорте холестерола.
3.5.2. Метаболизм ЛПОНП и ЛПНП
Основная масса липопротеидов очень низкой плотности или ЛПОНП образуется в печени и участвует в транспорте синтезированных в гепатоцитах липидов к клеткам различных органов или тканей, т.е. участвует в транспорте эндогенных липидов. Небольшая часть ЛПОНП, как мы уже упоминали, образуется в кишечнике, принимая участие в транспорте экзогенных липидов.
Образование ЛПОНП в гепатоцитах начинается с синтеза апопротеина В100 на рибосомах, параллельно в гладком эндоплазматическом ретикуме идет синтез липидных компонентов ЛПОНП: триглицеридов, фосфолипидов и холестерола. Комплексы, состоящие из апо-протеинов и синтезированных липидов, представляющие собой так называемые насцентные ЛПОНП, поступают в аппарат Гольджи, где белки подвергаются гликозилированию, а затем путем обратного пиноцитоза поступают в кровяное русло. В русле крови к насцентным ЛПОНП присоединяются апобелки апо-С и апо-Е, источником которых, вероятно являются липопротеиды других классов, уже циркулирующие в крови. В результате обогащения апо-белками насцентные ЛПОНП превращаются в зрелые ЛПОНП.
Катаболизм ЛПОНП начинается на поверхности эндотелия капилляров периферических органов и тканей, куда они доставляются током крови. Под действием имеющейся на клетках эндотелия липопротеидлипазы происходит гидролиз триглицеридов ЛПОНП с образованием глицерола и высших жирных кислот. Продукты гидролиза поступают в клетки органов и тканей, хотя часть их может уносится током крови в другие органы. Потеряв в ходе воздействия на них липопротеидлипазы большую часть своих триглицеридов ЛПОНП превращаются в липопротеиды промежуточной плотности (ЛППП).
Примерно 50% образовавшихся ЛППП захватываются печенью с помощью имеющихся в гепатоцитах В,Е-рецепторов. Эти рецепторы способны избирательно связать липопротеидные частицы, в составе которых имеются апопротеины В или апопротеины Е. К ним, в частности, относятся и ЛППП. После рецепторного захвата ЛППП-рецепторные комплексы поступают в гепатоциты, где и расщепляются. Вторая часть ЛППП превращается в русле крови в ЛПНП, что было однозначно доказано с помощью введения в кровь меченых по апо-В ЛПОНП, поскольку введенная метка обнаруживалась вначале в ЛППП, а затем в ЛПНП. Механизм преобразования ЛППП в ЛПНП окончательно не выяснен. Наиболее вероятным является предположение, согласно которому ЛППП подвергаются в русле крови воздействию еще одного фермента - печеночной триглицеридлипазы ( гепарин-освобождаемая липаза печени ), под действием которой продолжается гидролиз триглицеридов с снижением их содержания в липопротеидной частице в конечном итоге в среднем до 8%. В результате ЛППП превращаются в ЛПНП. В ходе преобразования ЛППП в ЛПНП происходят также изменения в апопротеидном составе липопротеидных частиц: ЛППП практически полностью теряют апо-С и апо-Е, которые, по-видимому, переносятся на липопротеидные частицы других классов.
При изучении дальнейшей судьбы были использованы ЛПНП, к которым была "пришита" меченая " 14С " сахароза. Эти исследования показали, что клетки практически всех органов способны поглощать ЛПНП, причем с наибольшей активностью этот процесс идет в печени - примерно 50% метки было обнаружено в гепатоцитах. Было также установлено, что до 80% меченых ЛПНП в течение суток покидают русло крови.
При утилизации ЛПНП в клетках периферических органов и тканей на первом этапе ЛПНП проникают из кровяного русла в межклеточное пространство или путем активного переноса через клетки эндотелия, или же через межэндотелиальные щели. Затем ЛПНП взаимодействуют с рецепторами ЛПНП ( В-рецепторы ) на поверхности клеток разного типа. Образующийся комплекс поглощается клетками и поступает в лизосомы, где и происходит его полное разрушение, а продукты расщепления ЛПНП используются клетками.
ЛПНП снабжают клетки периферических органов и тканей в основном холестеролом ( 50% массы ЛПНП ) и в какой-то мере фосфолипидами ( 22% массы ЛПНП ). Фосфолипиды, возможно, используются клетками для построения или обновления своих мембран. Холестерол, поступающий в составе ЛПНП, также используется в клетках для построения мембран. Избыточный холестерол подвергается этерификации при участии фермента ацил-КоА-холестерол ацилтрансферазы (АХАХ) и резервируется в клетке в виде вакуолей, содержащих преимущественно олеиновые эфиры холестерола. Поступающие с ЛПНП белки и триглицериды гидролизуются, а продукты их расщепления: аминокислоты, глицерол и высшие жирные кислоты утилизируются клетками.
Избыток холестерола в мембранах клеток нарушает их микровязкость и нарушая тем самым работу трансмембранных транспортных систем. Другими словами, избыток холестерола оказывает на клетки токсический эффект. Клетки периферических тканей располагают несколькими механизмами, предотвращающими избыточное накопление холестерола в их мембранах. Во-первых, при избыточном поступлении холестерола в клетку за счет рецептор-опосредованного захвата ЛПНП, количество В-рецепторов на поверхности клетки уменьшается. Во-вторых, излишнее накопление холестерола в мембранах тормозит работу собственного механизма синтеза холестерола в клетке путем угнетения активности ГМГ-редуктазы. Наконец, в третьих, избыток холестерола активирует работу АХАТ, переводя тем самым молекулы свободного холестерола в его эфиры, последние же резервируются в клетке в составе специальных вакуолей.
В печени ситуация несколько иная, так как холестерол, поступающий в гепатоциты вместе с ЛПНП, может или использоваться в ходе синтеза новых липопротеидных частиц, или может превращаться в желчные кислоты, или же может секретироваться в желчь и выводиться вместе с ней в кишечник. Следует отметить, что в последнее время появилось представление о двух раздельных пулах холестерола в гепатоцитах. Один пул формируется за счет его синтеза и используется для образования липопротеидов различных классов. Другой пул формируется в основном за счет холестерола, поступающего в гепатоциты из крови в составе ЛППП, ЛПНП и ЛПВП; этот холестерол или используется для синтеза желчных кислот, или секретируется в желчь. Насколько это представление справедливо - покажет время.
В целом же система липопротеидных частиц ЛПОНП Д> ЛППП Д> ЛПНП обеспечивает транспорт липидов, синтезированных в печени, в клетки периферических органов и тканей, что и иллюстрирует следующая далее схема:
3.5.3. Метаболизм ЛПВП
Общий пул липопротеидов высокой плотности (ЛПВП), циркулирующих в крови, формируется из трех источников: за счет их образования в печени, за счет их поступления из кишечника и за счет их образования из ремнантных хиломикронов.
При образовании ЛПВП в печени вначале из липидов и апобелков, главным из которых является апо-А, формируются насцентные дисковидные липопротеидные частицы. Существенными,хотя и минорными белковыми компонентами ЛПВП являются апо-Е,апо-С и фермент лецитин:холестерол-ацилтрансфераза (ЛХАТ).
ЛХАТ катализирует реакцию между расположенными в наружном монослое липопротеида фосфолипидом и холестеролом с образованием эфира холестерола. Эфиры холестерола являются полностью гидрофобными молекулами, вследствие чего они переходят из внешнего монослоя частицы в ее гидрофобное ядро. Дисковидная частипостепенно превращается в зрелый сферический ЛПВП, поступающий в кровоток.
Представление о биологической роли ЛПВП еще не устоялось и является предметомб дискуссии. Наиболее популярной точкой зрения является следующая: ЛПВП являются липопротеидными частицами, осуществляющими захват избыточного холестерола из мембран клеток периферических тканей и транспортирующими этот холестерол или в печень, или в кишечник. В печени этот холестерол превращается в желчные кислоты, а его избыток может секретироваться гепатоцитами непосредственно в желчь и далее поступать в просвет кишечника. Поступивший вместе с ЛПВП в стенку кишечника холестерол или используется для синтеза хиломикронов и ЛПОНП, или же может секретироваться в просвет кишечника. В любом случае функционирование ЛПВП будет способствовать выведению излишнего холестерола из организма.
Важнейшую роль в акцепторной функции ЛПВП по отношению к холестеролу клеточных играет фермент ЛХАТ. ЛХАТ катализируетреакцию превращения свободного холестерола, входящего в состав амфифильной оболочки липопротеида, в его эфир, который будучи полностью гидрофобным. погружается из оболочки ЛПВП в его ядро, освобождая таким образом место в оболочке для связывания новой молекулы холестерола, источником которой и служат мембраны клеток, с которыми контактирует ЛПВП. Возможно, что доставку свободного холестерола из клеточных мембран на ЛПВП осуществляют специальные белки ( или белок ) - переносчики холестерола. В ходе процесса, катализируемого ЛХАТ происходит обогащение ЛПВП холестеролом. Подтверждением реальности этого процесса является наличие в плазме двух фракции ЛПВП - ЛПВП2 и ЛПВП3 , которые различаются по содержанию холестерола: в ЛПВП3 холестерола в среднем около 17%, а в ЛПВП2- около 23%. В таком случае ЛПВП3 поступают в кровь из печени или из кишечника, захватывают холестерол из клеточных мембран, переходя в ЛПВП2 , а ЛПВП2 поглощаются клетками печени или кишечника. В основе поглощения ЛПВП печенью лежит рецепторопосредованный их захват гепатоцитами с помощью имеющихся на мембранах клеток В,Е-рецепторов, поскольку известно, что в составе ЛПВП имеется апо-Е.
Возможен другой вариант поступления холестерола с ЛПВП в гепатоциты: на поверхности гепатоцитов имеется специальный фермент гепарин-освобождаемая липаза ( ГОЛП ). Этот фермент катализирует расщепление фосфолипидов ЛПВП при их контакте с поверхностью гепатоцита. В результате этого расщепления в наружном монослое ЛПВП нарушается баланс между количеством холестерола и фосфолипидов, который восстанавливается за счет перехода части холестерола, ставшего избыточным, с ЛПВП в гепатоцит.
Важным моментом в функционировании ЛПВП является способность ЛПВП обмениваться холестеролом или его эфирами с липопротеидами других классов, циркулирующих в крови. Существенную роль в этом обмене играет белок апо-Д, выступающий в качестве переносчика эфиров холестерола между отдельными липопротеидными частицами.
В целом липопротеиды крови образуют единую липидтранспортную систему крови, ответственную за перенос липидов различных классов как эндогенного, так и экзогенного происхождения. Липопротеиды отдельных классов могут обмениваться между собой как липидными, так и белковыми компонентами. Поэтому нарушения обмена одного из классов липопротеидов обычно сопровождаются сдвигами в метаболизме липопротеидов других
8-09-2015, 19:01