Biochemia 20162017 Farmacja II rok wiczenie Lipoproteiny osocza

Biochemia 2016/2017 Farmacja II rok Ćwiczenie: Lipoproteiny osocza mgr Agnieszka Wosiak

Funkcje lipidów w organizmie ludzkim stanowią wydajne źródło energii izolacja termiczna izolacja elektryczna tworzą składniki komórkowe występujące w błonach komórkowych, mitochondriach • Lipidy pod postacią lipoprotein są transportowane w osoczu krwi do większości tkanek celem ich zużytkowania, bądź do tkanki tłuszczowej, gdzie są magazynowane. • •

Lipidy osocza w organizmie ludzkim Wyróżniamy 5 głównych klas lipidów osocza krwi: • Triacyloglicerole – estry glicerolu i długołańcuchowych, nasyconych i nienasyconych kwasów tłuszczowych (zawierają 45% kwasów tłuszczowych osocza) – stanowią największą grupę lipidowych składników pokarmowych • Fosfolipidy – jedna z grup hydroksylowych glicerolu zestryfikowana jest resztą fosforanową lub podstawiona zasadą azotową (35% kwasów tłuszczowych) • estry cholesterolu (15% kwasów tłuszczowych) • wolny cholesterol (niezestryfikowany) • wolne kwasy tłuszczowe (niezestryfikowane długołańcuchowe kwasy tłuszczowe nasycone lub nienasycone) – stanowią mniej niż 5% całkowitej ilości kwasów tłuszczowych w osoczu, ale są najbardziej aktywną frakcją lipidów osocza. Nierozpuszczalne w wodzie lipidy, aby mogły być transportowane w osoczu krwi do tkanek i narządów muszą tworzyć kompleksy z amfipatycznymi lipidami i białkami, tzw. lipoproteiny.

Lipoproteiny osocza Wyróżniamy 5 klas lipoprotein o znaczeniu diagnostycznym (poza WKT): • Chylomikrony • VLDL (lipoproteiny o bardzo małej gęstości, lub pre β-lipoproteiny) • IDL (lipoproteiny o pośredniej gęstości) • LDL (lipoproteiny o małej gęstości, lub βlipoproteiny) • HDL (lipoproteiny o dużej gęstości lub αlipoproteiny)

Porównanie klas lipoprotein Klasa lipopro tein Średnica cząsteczki (nm) Źródło Gęstość (g/ml) Chylom ikrony Jelito 90 -1000 <0, 95 1– 2 98 – 99 TG (8694%) A, B-48, C, E VLDL Wątroba 30 -90 <1, 006 5 - 10 90 – 95 TG (5565%) B-100, C, E IDL VLDL 25 -35 1, 006 – 1, 019 15 -20 85 -80 TG, CHOL B-100, C, E LDL VLDL 20 -25 1, 019 – 1, 063 20 -24 80 -76 CHOL B-100 HDL Wątroba jelito, VLDL, chylomi krony 5 -25 1, 063 – 1, 210 Skład Białko (%) Lipidy (%) 45 -50 55 -50 Główne Apoprot lipidy einy FOSFOLI PIDY, A, C, D, E CHOL

Schemat budowy cząsteczki lipoproteinowej - hydrofobowy rdzeń lipidowy - pojedyncza warstwa powierzchniowa - apolipoproteiny (integralne, np. apo. B obwodowe, np. apo C) http: //www. phmd. pl/fulltxthtml. php? ICID=451197

Apolipoproteiny lipoprotein osocza • apo AI – główna apolipoproteina HDL • Apo B 48 – główna apoproteina chylomikronów, syntetyzowana w jelicie • Apo B 100 – główna apoproteina LDL i VLDL, syntetyzowana w wątrobie • Apo CI, CIII – przenoszone pomiędzy różnymi lipoproteinami • Apo E – bogata w argininę, obecna na VLDL, HDL, chylomikronach.

Funkcje apolipoprotein 1. Regulują aktywność enzymów uczestniczących w przemianach lipoprotein: • Są kofaktorami dla enzymów: Apo CII – kofaktor pozawątrobowej lipazy lipoproteinowej Apo AI – kofaktor acylotransferazy lecytyna: cholesterol (LCAT) Apo CI, E – aktywatory LCAT • Są inhibitorami enzymów: Apo AII – inhibitor LCAT Apo CIII – inhibitor LPL, -hamuje wiązanie apo. E z receptorami hepatocytów

Funkcje apolipoprotein 2. Są ligandami dla receptorów lipoprotein w tkankach: Apo AI – ligand dla receptorów HDL Apo B 100, apo E – ligand dla receptora LDL Apo E – ligand dla receptora remnantów 3. Uczestniczą w przenoszeniu lipidów Apo D – białko przenoszące estry cholesterolu w HDL

Pierwotne lipoproteiny – chylomikrony i VLDL Chylomikrony • Są wytwarzane przez komórki jelita, powstają w układzie odprowadzającym chłonkę z jelita • Uczestniczą w transporcie lipidów (głównie triacylogliceroli) dostarczanych z pokarmem z jelita do większości tkanek (głównie mięśni szkieletowych), gdzie są utleniane, lub do tkanki tłuszczowej gdzie są magazynowane

Pierwotne lipoproteiny – chylomikrony i VLDL • Są wytwarzane przez hepatocyty wątroby z lipidów pochodzenia endogennego. • Rola w transporcie lipidów (głównie triacylogliceroli) z wątroby do tkanek pozawątrobowych.

VLDL • Zwiększona synteza VLDL w wątrobie zachodzi podczas: 1. Stanu sytości, a nie głodzenia! 2. Karmienia pokarmami o dużej zawartości węglowodanów 3. Dużego stężenia WKT w osoczu podczas głodzenia 4. Spożywania etanolu 5. Występowania dużego stężenia insuliny, a małego stężenia glukagonu

Pierwotne lipoproteiny – chylomikrony i VLDL • Lipoproteiny pierwotne po dostaniu się przez układ limfatyczny do krążenia posiadają apolipoproteinę B (chylomikrony – B 48, VLDL – B 100). Chylomikrony zawierają dodatkowo apo. A. • Dopiero w układzie krążenia dochodzi do przyłączenia apo C i E, dostarczonych przez HDL, oraz utraty przez chylomikrony apo AI i AII, które przechodzą do HDL.

Pierwotne lipoproteiny – chylomikrony i VLDL Ilustrowana Biochemia Harpera, R. K. Murray

Pierwotne lipoproteiny – chylomikrony i VLDL Ilustrowana Biochemia Harpera, R. K. Murray

Metabolizm chylomikronów i VLDL • Główną rolę w przemianach chylomikronów i VLDL odgrywa pozawątrobowa lipaza lipoproteinowa (LPL)!!

Lipaza lipoproteinowa osocza (LPL) • Synteza: W komórkach tłuszczowych, skąd jest przekazywana do śródbłonka naczyń gł. tkanki tłuszczowej, mięśnia sercowego i mięśni szkieletowych. • Występowanie: Zakotwiczony jest w śródbłonku naczyń włosowatych proteoglikanowym łańcuchem siarczanu heparanu. We krwi występuje w niewielkich ilościach. • Aktywność: Do aktywności wymaga obecności kofaktorów (fosfolipidy, apo C-II)

Lipaza lipoproteinowa osocza (LPL) • Rola: Katalizuje reakcję hydrolizy TG chylomikronów i VLDL uczestnicząc w przemianach tych lipoprotein. Lipoproteiny dostarczają enzymowi kofaktorów i substratu (TG). Po przyłączeniu się lipoprotein do enzymu na powierzchni śródbłonka naczyń dochodzi do hydrolizy triacylogliceroli do monoacyloglicerolu i wolnych kwasów tłuszczowych. Następnie większość uwolnionych monoacylogliceroli i WKT z chylomikronów i VLDL jest pobierana przez tkanki (głównie mięśnie szkieletowe i mięsień sercowy) i wykorzystywana do wytworzenia energii, lub powtórnie estryfikowana do TG i magazynowana (w przypadku tkanki tłuszczowej). Tylko niewielka ilość WKT wraca do krwioobiegu, gdzie jest wiązana z albuminą i transportowana do innych tkanek obwodowych.

Lipaza lipoproteinowa osocza (LPL) • W wyniku działania lipazy lipoproteinowej lipoproteiny pierwotne zostają przekształcone w remnanty, czyli resztkowe lipoproteiny. Chylomikrony >>LPL>> utrata ok. 90 % TG i apo C >> remnanty chylomikronów (mniejsze, bogatsze w CH i estry CH) >> transportowane z krwią do wątroby. VLDL >>LPL>> remnanty VLDL (IDL – lipoproteiny o pośredniej gęstości)>> transportowane do wątroby, lub w wyniku dalszych przemian przekształcane w LDL.

Udział wątroby w metabolizmie lipoprotein • Uczestniczy w wychwytywaniu remnantów lipoprotein za pośrednictwem receptorów na powierzchni hepatocytów swoistych dla apoprotein obecnych na powierzchni remnantów. - Remnanty chylomikronów są wychwytywane przy udziale receptora swoistego dla apo E - IDL za pośrednictwem receptorów LDL (wiążących apo. B 100 i apo. E) • Na drodze endocytozy remnanty dostają się do wnętrza komórek wątroby, gdzie zachodzi hydroliza i metabolizm estrów cholesterolu i triacylogliceroli zawartych w remnantach.

Lipoproteiny wtórne – LDL • Większość powstaje wtórnie z VLDL (w wyniku przekształcenia VLDL w IDL i ostatecznie w LDL – wewnątrznaczyniowa lipoliza VLDL) • Niewielka ilość bezpośrednio jest wytwarzana przez wątrobę • Zawierają większość cholesterolu osoczowego. • Uczestniczą w transporcie cholesterolu i jego estrów z wątroby do innych narządów w celu ich regeneracji (gł. nerek, mięśni, kory nadnerczy). • Są metabolizowane za pośrednictwem receptora LDL (receptor B/E). • Wysokie stężenie LDL w osoczu dodatnio koreluje z występowaniem miażdżycy naczyń wieńcowych. („zły cholesterol”)

LDL Nadmiar frakcji LDL usuwana jest z osocza przez komórki fagocytarne. Przeładowane cholesterolem pochodzącym z LDL makrofagi i inne komórki stają się przyczyną zmian miażdżycowych w naczyniach krwionośnych, poprzez zahamowanie ich migracji i zatrzymanie w ścianie naczyń tętniczych.

LDL • Zbiór heterogennych cząstek: - duże, lekkie LDL (fenotyp A LDL) – dominuje u ludzi z niezaburzonym metabolizmem lipidowym - małe, gęste LDL (fenotyp B LDL) – dominuje u osób z zespołem metabolicznym, otyłością, insulinoopornością i cukrzycą typu 2 - małe, gęste LDL zawierają mniej cholesterolu, a więcej białka, dłużej przebywają w krążeniu i są bardziej podatne na modyfikacje oksydacyjne – fenotyp B wiąże się z podwyższonym stężeniem lipoprotein bogatych w TG (VLDL i IDL) oraz obniżonym stężeniem cholesterolu w HDL i sprzyja rozwojowi miażdżycy.

HDL • Stanowią heterogenną grupę cząstek • powstają we krwi z produktów rozpadu innych lipoprotein, • są też syntetyzowane i wydzielane zarówno w wątrobie, jak i w jelicie w postaci drobnych dyskoidalnych prekursorów. Rola: • Uczestniczą w metabolizmie VLDL i chylomikronów, poprzez dostarczanie im apolipoprotein C i E, niezbędnych do ich katabolizmu. • Uczestniczą w transporcie zwrotnym cholesterolu z tkanek obwodowych bezpośrednio do wątroby lub poprzez resztkowe chylomikrony i VLDL, albo przez wychwytywanie LDL w wątrobie. = Oczyszczanie tkanek i osocza z cholesterolu („dobry cholesterol”)

HDL • Stężenie HDL zmienia się odwrotnie proporcjonalnie do stężenia chylomikronów i VLDL oraz wprost proporcjonalnie do aktywności LPL w osoczu. • Stężenie HDL w osoczu jest odwrotnie proporcjonalne do częstości występowania miażdżycy naczyń wieńcowych. • Miejscem końcowej degradacji głównej apolipoproteiny HDL (apo A) jest wątroba, oraz prawdopodobnie również jelito.

LCAT – acylotransferaza lecytyna: cholesterol • Syntetyzowana w wątrobie, skąd jest następnie uwalniana do krążenia. • Substratem dla tego enzymu jest cholesterol (zawarty w HDL i pozostałych lipoproteinach oraz cholesterol błon komórkowych). • Katalizuje reakcję estryfikacji cholesterolu. Odpowiada za powstawanie większości estrów cholesterolu osocza. cholesterol + lecytyna >>LCAT>> ester cholesterolu + lizolecytyna • Aktywatorem LCAT jest apo. AI obecna na HDL, apo. CI i apo. E, zaś inhibitorem apo. AII. • Układ LCAT uczestniczy w usuwaniu nadmiaru niezestryfikowanego cholesterolu z lipoprotein i tkanek. • Poprzez estryfikację cholesterolu w HDL odpowiada za jego transport zwrotny do wątroby.

WKT osocza • Pochodzenie: - Lipoliza TG w tkance tłuszczowej - Działanie lipazy lipoproteinowej osocza w czasie wychwytu TG osocza przez tkanki • Występowanie w osoczu: - Połączenie z albuminami osocza, które odpowiadają za transport WKT w osoczu krwi. Są to głównie wielonienasycone długołańcuchowe kwasy tłuszczowe

WKT osocza • W warunkach sytości WKT występują w surowicy w małym stężeniu (ich stężenie maleje tuż po jedzeniu). • W stanie całkowitego głodu stężenie WKT osocza jest największe. • Są szybko usuwane z krwi, na skutek pobierania WKT osocza przez tkanki, a następnie część z nich jest utleniana celem pokrycia zapotrzebowania energetycznego organizmu (dominuje w stanie głodu), pozostała część ulega estryfikacji i w tej postaci jest magazynowana (dominuje w stanie sytości).

Pokarmowa i endogenna pula cholesterolu • Cholesterol syntetyzowany jest we wszystkich tkankach (zawierających komórki jądrzaste) z acetylo-Co. A. Jest prekursorem wszystkich innych steroidów w organizmie (kortykosteroidy, hormony płciowe, wit D, kwasy żółciowe). • Ponad połowa cholesterolu organizmu człowieka pochodzi z syntezy (w 10% w wątrobie, w 10% w jelicie), pozostała część jest dostarczana do organizmu z pokarmem.

Rola reduktazy HMG-Co. A w syntezie cholesterolu • Biosynteza cholesterolu odbywa się w 5 etapach, a jej szybkość jest regulowana już na początku szlaku przemian. • Pierwszym etapem jest synteza mewalonianu. - Z acetylo-Co. A w reakcji katalizowanej przez syntazę HMG-Co. A powstaje HMG-Co. A. - HMG-Co. A jest następnie redukowany do mewalonianu w reakcji katalizowanej przez reduktazę HMG-Co. A. • Etap reduktazy HMG-Co. A jest głównym momentem ograniczającym szybkość biosyntezy cholesterolu.

Rola reduktazy HMG-Co. A w biosyntezie cholesterolu • Reduktaza HMG-Co. A jest hamowana w mechanizmie sprzężenia zwrotnego pod wpływem działania mewalonianu (będącego bezpośrednim produktem jej aktywności) i cholesterolu (będącego głównym końcowym produktem szlaku). • Insulina i hormony tarczycy pobudzają aktywność reduktazy HMG-Co. A, natomiast glukagon i glikokortykoidy hamują. • Wzrost ilości cholesterolu w komórce na skutek pobierania lipoprotein bogatych w cholesterol (LDL) za pośrednictwem receptorów również hamuje akt. reduktazy. • Zwiększenie podaży cholesterolu w pokarmach hamuje wątrobową biosyntezę cholesterolu.

Cholesterol – występowanie • Występuje w tkankach i lipoproteinach osocza jako wolny cholesterol i w połączeniu z długołańcuchowymi kwasami tłuszczowymi jako estry cholesterolu. • Wolny cholesterol jest amfipatycznym lipidem, będącym strukturalnym składnikiem błon i zewnętrznej warstwy lipoprotein. • Cholesterol zestryfikowany tworzy postać zapasową cholesterolu, jest transportowany do tkanek w rdzeniu lipoprotein osocza (gł. LDL).

Cholesterol – wydalanie • Z tkanek wolny cholesterol jest usuwany przy udziale HDL w transporcie zwrotnym do wątroby. • W wątrobie jest eliminowany z organizmu z żółcią w formie niezmienionej albo po przekształceniu w sole kwasów żółciowych, skąd trafia do jelita. • Niewielka ilość cholesterolu i soli kwasów żółciowych jest wydalana z kałem, gdyż znaczna część jest wchłaniana w jelitach do krążenia wrotnego, wychwytywana przez wątrobę i ponownie wydalana z żółcią uczestnicząc w tzw. krążeniu jelitowowątrobowym.

Miażdżyca tętnic • Etiopatogeneza: Charakteryzuje się odkładaniem w ścianie naczyń tętniczych złogów cholesterolu i jego estrów z lipoprotein tworzących tzw. blaszki miażdżycowe prowadzące do zwężenia światła tętnic i niedokrwienia tkanek. • Czynniki ryzyka: - podwyższony poziom cholesterolu w VLDL, IDL lub LDL i obniżony poziom cholesterolu HDL - podwyższony poziom triacylogliceroli osocza

Miażdżyca tętnic • Jak obniżyć ryzyko tej patologii? - stosowanie diety bogatej w jedno- i wielonienasycone kwasy tłuszczowe (nasilają katabolizm LDL poprzez silne pobudzanie rec LDL) - zdrowy styl życia (niepalenie, ruch i zapobieganie otyłości) regularny wysiłek fizyczny przyczynia się do obniżenia LDL i stężenia TG osocza oraz podwyższenia HDL.

Miażdżyca tętnic Powikłania: - Zawał serca (główna przyczyna zgonów w większości krajów!!!) - Choroba niedokrwienna serca - Udar mózgu - Zmiany otępienne - Chromanie przestankowe Jak im zapobiegać? ? - farmakoterapia? ?

Diagnostyka laboratoryjna zaburzeń gospodarki lipidowej • LIPIDOGRAM (stężenie - wartości pożądane) - Cholesterol całkowity (< 200 mg/dl, <5, 2 mmol/l) - Cholesterol frakcji LDL (<135 mg/dl, <3, 5 mmol/l) - Cholesterol frakcji HDL (M >58 mg/dl, >1, 5 mmol/l K >66 mg/dl, >1, 7 mmol/l) - Triglicerydy (< 200 mg/dl, <2, 3 mmol/l)

CHOL - LDL • Wyliczany ze wzoru Friedewalda: CHOL–LDL(mmol/l) = TCH – TG/2, 2 – CHOL-HDL CHOL–LDL(mg/dl) = TCH – TG/5 – CHOL-HDL Wzoru nie można stosować u osób z hipertriglicerydemią (TG>400 mg/dl, >4, 6 mmol/l) oraz u osób, które nie były na czczo podczas pobierania krwi do badania lipidogramu

Czynniki ryzyka Ch. NS • Wysokie ryzyko: CHOL całk. / HDL – CHOL > 5 LDL – CHOL / HDL – CHOL > 4 HDL – CHOL < 35 mg/dl u M HDL – CHOL < 42 mg/dl u K ↑ TG przy ↓ CHOL – HDL

Leki hipolipemizujące A. B. C. D. E. Żywice wiążące kwasy żółciowe Statyny (inhibitory reduktazy HMG-Co. A) Fibraty (pochodne kwasu fibrynowego) Kwas nikotynowy (niacyna) Inne

Żywice jonowymienne - Zasada działania: Wiążąc kwasy żółciowe w jelicie zmniejsza ich wchłanianie, nasilają ich wydalanie z kałem i przerywając krążenie jelitowo-wątrobowe. Zmniejszenie puli kwasów żółciowych nasila ich biosyntezę wątrobową z cholesterolu, co prowadzi do zmniejszenia puli cholesterolu i kompensacyjnego zwiększenia liczby receptorów LDL w hepatocytach, co skutkuje wzrostem wychwytu LDL z krążenia i obniżeniem stężenia tej frakcji w osoczu.

Żywice jonowymienne Dodatkowe działanie: - Zwiększenie biosyntezy VLDL (wzrost stęż. TG) - Nieznacznie zwiększają stężenie Ch-HDL Zastosowanie i przeciwwskazania: Są lekami pierwszego rzutu w leczeniu hipercholesterolemii, często stosuje się je w skojarzeniu ze statynami i fibratami. Nie należy ich stosować w przypadkach znacznej hipertriglicerydemii (>500 mg/dl).

Żywice jonowymienne Działania niepożądane: - Przejściowe zwiększenie stężenia aminotransferaz i fosfatazy alkalicznej - Objawy ze strony przewodu pokarmowego: zaparcia, nudności, uczucie pełności, wzdęcia Stosowane preparaty: Kolestyramina, Kolestipol

Statyny Działają jako: - inhibitory reduktazy HMG-Co. A, blokując biosyntezę cholesterolu na etapie syntezy mewalonianu i zmniejszając pulę cholesterolu w komórkach, co w konsekwencji prowadzi do zwiększenia ekspresji receptorów LDL. Efekty działania: - Zmniejszenie stężenia Chol-LDL (o 20 -40%) - Zwiększenie stężenia Chol-HDL (o 5 -15%) - Niewielkie obniżenie stężenia TG (10 -20%)

Statyny Zastosowanie: - Leczenie hipercholesterolemii, hiperlipidemi mieszanej z przewagą zwiększonego stęż. cholesterolu - Szczególnie stosuje się u chorych po zawale serca i po zabiegach na naczyniach wieńcowych Stosowane preparaty: Lowastatyna, Simwastatyna, Prawastatyna, Fluwastatyna, Atorwastatyna

Statyny Działania niepożądane / przeciwwskazania: - Przejściowe zaburzenia ze strony przewodu pokarmowego - Duże dawki mogą uszkadzać komórki wątroby i mięśnie szkieletowe (rozwój miopatii) Przed wprowadzeniem terapii oraz w trakcie należy monitorować aktywność aminotransferaz i fosfokinazy kreatynowej!!! 2 -3 krotny wzrost aktywności aminotransferaz oraz 3 -krotny wzrost kinazy kreatynowej jest wskazaniem do przerwania leczenia! - W terapii skojarzonej z fibratami i kwasem nikotynowym jest zwiększone ryzyko wystąpienia miopatii.

Fibraty Zasada działania: • zmniejszają stężenie TG osocza w wyniku: - aktywacji lipazy lipoproteinowej, co przyczynia się do zmniejszenia stężenia frakcji VLDL osocza, w wyniku nasilonego katabolizmu (może się z tym wiązać wzrost frakcji LDL) - hamowania wytwarzania w wątrobie apo B, co z kolei prowadzi do obniżenia wydzielania z wątroby VLDL. • zmniejszają stężenie cholesterolu frakcji LDL poprzez: - nieznaczne zmniejszanie aktywności reduktazy HMG-Co. A • zwiększają stężenie cholesterolu frakcji HDL poprzez: - pobudzanie wytwarzania apo AI i apo AII

Fibraty Zastosowanie: Leczenie hipertriglicerydemii, hiperlipidemii mieszanej Zaleca się stosowanie fibratów łącznie z żywicami, natomiast nie zaleca się kojarzenia ich ze statynami i kwasem nikotynowym ze względu na zwiększone ryzyko powikłań w postaci miopatii.

Fibraty Powikłania stosowania fibratów: Zaburzenia żołądkowo-jelitowe, zmiany skórne, bezsenność, zaburzenia potencji, wypadanie włosów. Zapalenie mięśni (szczególnie u osób z upośledzoną czynnością nerek i przy podawaniu ze statynami) W czasie terapii należy monitorować stężenie mocznika i aminotransferaz. Stosowane preparaty: Bezafibrat, fenofibrat, gemfibrozil, etofibrat, cyprofibrat, klofibrat

Kwas nikotynowy Działanie hipolipemiczne wykazuje podawany w wysokich dawkach. Zasada działania: Hamuje lipolizę w tkance tłuszczowej, przez co mniej WKT napływa do wątroby i ulega estryfikacji z cholesterolem.