Физиологические основы траспорта в крови жирных кислот

Для переноса в крови (водной среде) гидрофобных, т. е. водонерастворимых веществ, сформированы транспортные системы. Несмотря на существенное различие гидрофобных веществ (кислород, билирубин, стероиды, тиреоидные гормоны, жирорастворимые витамины, ионы двухвалентных металлов), транспорт их к клеткам основан на единых принципах.
1. Основу каждой транспортной системы составляет транспортный белок.
2. Все транспортные белки переносят в крови простые вещества.
3. Каждая транспортная система специфична и переносит к клеткам одно простое вещество.

Система липопротеинов (ЛП) переносит в кровотоке жирные кислоты (ЖК). При этом аполипопротеином (апо) является белок, который формирует белок-липидный комплекс (БЛК) из одного класса липидов, определяет функциональные свойства БЛК и вызывает гиперлипопротеинемию (ГЛП) при генетическом дефекте или отсутствии синтеза апобелка.

Структурно ЖК подразделяют на насыщенные и ненасыщенные (Табл. 1). Насыщенные кислоты и мононенасыщенная олеиновая кислота, окисляясь в митохондриях, поставляют клетке основное количество АТФ. Полиненасыщенные или полиеновые ЖК выполняют структурную функцию, определяют специфичность клеточных мембран высокодифференцированных клеток и являются предшественниками синтеза эйкозаноидов (простагландины, тромбоксаны, лейкотриены).

Физико-химическая индивидуальность ЖК настолько велика, что транспортировать разные свободные ЖК в одном ЛП невозможно. Индивидуальность ЖК можно снизить, если ковалентно связать несколько ЖК с одной матрицей. В качестве матрицы служат спирты с разной степенью гидрофобности (глицерол, холестерол, сфингозин). Однако, и после этого насыщенные и ненасыщенные ЖК оказываются в разных сложных липидах. Триглицериды являются транспортной формой преимущественно насыщенных, а фосфолипиды - преимущественно ненасыщенных ЖК.

Табл. 1 Жирные кислоты эукариот.

Атомы углерода:
число и положение двойных связей
Семейство Название Систематическое наименование Распространение
Насыщение
16:0 - Пальмитиновая Гексодеканоевая Все растительные и животные жиры
18:0 - Стеариновая Оптадеканоевая То же
Моноевая
16:1;9 w-7 Пальмитоолеиновая цис-Гексадеценовая "
18:1;9 w-9 Олеиновая цис-Октадеценовая "
18:1;9 w-9 Эллаидиновая транс-Октадеценовая Жиры жвачных, процесс гидрогенизации
22:1;13 w-9 Эруковая цис-13-Докозеновая Рапсовое и горчичное масло
Диеновая
18:2;9,12 w-6 Линолевая цис-9.12-Октадекадиеновая Растительные масла
Триеновая
18:3;6,9,12 w-6 g-Линоленовая цис-6,9,12- Октадекатриеновая Льняное масло
18:3;9,12,15 w-3 а-Линоленовая цис-9,12,15- Октадекатриеновая То же
Тетраеновые
20:4;5,8,11,14 w-6 Арахиденовая цис-5,8,11,14- Эйкозотетраеновая Арахисовое масло
Пантаеновые
20:5;5,8,11,14,17 w-3 Тиинодоновая цис-5,8,11,14,17- Эйкозопентаеновая Рыбий жир
20:5;7,10,13,16,19 w-3 Клупанодоновая цис-7,10,13,16,19- Докозопентаеновая Рыбий жир, фосфолипиды ткани мозга
Гексаеновые
22:6;4,7,10,13,16,19 w-3 Цервоновая цис-4,7,10,13,16,19- Докозогексаеновая То же

Липидами являются ЖК и все сложные липиды-производные Ж.К (триглицериды, фосфолипиды, гликолипиды, цереброзиды, ганглиозиды). Холестерин является спиртом, но после взаимодействия с ЖК образованные эфиры холестерина являются сложными липидами.

Простые и сложные липиды делятся на полярные (свободные ЖК, моно- и диглицериды, фосфолипиды; полярным является и холестерин). К неполярным липидам относятся триглицериды и эфиры холестерина. Полярные липиды формируют монослойные структуры. Неполярные липиды образуют гидрофобную массу. Между неполярными липидами и водной средой всегда формируется монослой полярных липидов.

Табл.2 Перенос простых и сложных липидов транспортными белками.

Липиды Транспортный белок 1
Свободные насыщенные ЖК Альбумин 1
Свободные ненасыщенные ЖК Альфа-фетопротеин
Холестерин АпоА-1У
Моно-, диглицериды БПЭХ
Фосфолипиды АпоА-1 -
Триглицериды Апо-В-48, апоВ-100 третий домен :
Эфиры холестерина Апо-В-100 пятый домен :

Стационарными апобелками, которые формируют ЛП, являются апоА-1, изобелки апоВ-48 и апоВ-100. Транспортную функцию выполняют также белок, переносящий эфиры холестерина (БПЭХ), альбумин и альфа-фетопротеин (Табл. 2). В превращении в крови полярных липидов в неполярные задействованы функциональные апоЛП (апоА-11, апоС-11 и апоС-111) и ферменты - постгепариновая липопротеидлипаза и печеночная глицеролгидролаза. В свою очередь, в превращении в крови полярных липидов в неполярные участвуют апоА-1, апоА-11, апоА-1У и лецитин-холестерин ацилтрансфераза. Динамичным апобелком с уникальной функцией лиганда является апоЕ. Филогенетически ранними являются ЛП высокой плотности (ЛПВП) и перенос ЖК в полярных липидах. Более поздним и совершенным является транспорт ЖК в неполярных липидах. Каждый апобелок формирует БЛК из одного класса простых или сложных липидов. АпоА-1 связывает только полярные фосфолипиды. АпоВ-100, имея два разных липидсвязывающих домена, формирует два БЛК - один из триглицеридов, второй из эфиров холестерина (Табл. 3). Несмотря на название, БПЭХ связывает только моно- и диацилглицериды.

Табл. 3. Функция белок-липидных комплексов в транспорте жирных кислот.

Белок-
липидные
комплексы
Функция
АпоА-1 акцептор полярных фосфолипидов
АпоА-11 кофактор лецитин-холестерин ацилтрансфераэы (динамичный БЛК)
АпоА-1У акцептор холестерина (динамичный БЛК)
АпоВ-48 акцептор неполярных триглицеридов (стационарный БЛК)
АпоВ-100 акцептор триглицеридов третьим и эфиров холестерина пятым
доменом,
лиганд для апоВ-100 рецепторов (стационарный БЛК}
АпоС-11 кофактор постгепариновой липопротеидлипазы (динамичный БЛК)
АпоС-111 кофактор печеночной глицеролгидролазы (динамичный БЛК)
АпоЕ лиганд для апоЕ рецепторов (апоЕ/А-1, апоЕ/В-48 и апоЕ/В-100)
(динамичный БЛК

 

В крови циркулируют как БЛК, так и ЛП. БЛК являются первичные хиломикроны (ХМ), апоВ-48 БЛК; первичные ЛП очень низкой плотности (ЛПОНП), апоВ-100 БЛК из триглицеридов; ЛП низкой плотности (ЛПНП) апоВ-100 БЛК из эфиров холестерина; ЛП высокой плотности 2а (ЛПВП-2а, апоА-1 БЛК). В ассоциации БЛК формируют ЛП, в которых проходят биохимические превращения липидов (Табл. 4). Липопротеинами являются зрелые ХМ, зрелые ЛПОНП, ЛП промежуточной плотности (ЛППП), ЛПВП-26, ЛПВП-З, ЛП очень высокой плотности (ЛПОВП). Каждый БЛК в ЛП выполняет специфичную функцию. По окончанию биохимических превращений липидов ЛП диссоциируют на отдельные БЛК.

В энтероцитах синтезированные фосфолипиды связывает апоА-1 и формирует первичные ЛПВП. ЛПВП в фосфолипидах переносят ко всем клеткам полиеновые ЖК. АпоА-1 связывается с белками мембраны клеток и при действии фосфолипаз проходит транеэтерификация ЖК: более полиеновая ЖК из фосфолипидов ЛПВП переходит в фосфолипиды мембраны, а менее ненасыщенная ЖК - в обратном направлении; поглощения ЛПВП при этом не происходит. Это - пассивный транспорт в клетки полиеновых омега-6 ЖК. Более длинные и более ненасыщенные омега-З Ж.К так в клетки поступать не могут. В энтероцитах триглицериды связывает апоВ-48 и формирует первичные ХМ, В крови первичные ХМ ассоциируются с апоЕ БЛК и формируют зрелые ХМ. Последние переносят насыщенные ЖК. только в гепатоциты, которые поглощают ХМ путем апоЕ/В-48 рецепторного эндоцитоза. Врожденное нарушение структуры апоЕ и апоЕ/В-48 эндоцитоза приводит к ГЛП типа III.

Функциональное отличие апоА-1 ЛП от апоВ ЛП (ХМ, ЛПОНП, ЛППП и ЛПНП) состоит в том, что первые переносят ЖК только в полярных (простых и сложных) липидах, а вторые - в неполярных сложных липидах. Поэтому, когда в ходе транспорта в апоВ ЛП образуются полярные (простые или сложные) липиды, они переходят в ЛПВП. Когда же в ЛПВП синтезируются неполярные сложные липиды, они переходят в более гидрофобные ЛПНП или ЛПОВП.

ХМ транспортируют в гепатоциты экзогенные насыщенные ЖК с длиной 4-24 атомов углерода. Гепатоциты оптимизируют .ЖК по длине и в секретруемых ими триглицеридах содержатся только С 1биС 18 ЖК. АпоВ-100 связывает триглицериды и формирует первичные ЛПОНП, которые гепатоциты секретируют в кровь. В крови первичные ЛПОНП ассоциируются с апоЕ БЛК и формируют зрелые ЛПОНП. Постгепариновая липопротеидлипаза гидролизует часть триглицеридов ЛПОНП и образуемые полярные свободные ЖК, моно- и диацилглицериды покидают ЛПОНП; насыщенные ЖК связывает альбумин, а моно- и диацилглицериды переходят в ЛПВП-2а, превращаясь при этом в глицерид-содержащие ЛПВП-26. Акцептором моно-, диглицеридов является БПЭХ, В ходе липолиза ЛПОНП превращаются в ЛППП. При генетическом дефекте постгепариновой липопротеидлипазы и нарушении гидролиза триглицеридов в ХМ и ЛПОНП, форми-руется ГЛП типа 1.

Тобл. 4. ЛП кок ассоциоты бепок-липидных комплексов (БЛК)

ЛП низкой плотности Ассоциированные БЛК ЛП высокой плотности Ассоциированные БЛК
Хиломикроны B-48 ЛП высокой плотности A-I
Хиломикроны В-48; Е; С-II;
А-I; А-II; A-IV
пре ЛП высокой плотности A-I
ЛП очень низкой плотности B-100 ЛП высокой плотности-1 A-I; E
ЛП очень низкой
плотности
В-100; Е; С-II;
А-II; A-IV
ЛП высокой плотности- 2а A-I; (БЛЭХ)
ЛП промежуточной
плотности
В-100; Е; С-III;
А-II
ЛП высокой плотности- 2б A-I; C-III; (БЛЭХ)
ЛП низкой плотности В-100 ЛП высокой плотности-3 A-I; A-II; A-IV

Поскольку ЛППП являются ассоцитатом апоВ-100 и апоЕ БЛК, дальнейший их транспорт может быть разным. При дефиците насыщенных ЖК клетки синтезируют апоЕ, который инициирует поток в клетки насыщенных ЖК в состав ЛППП. Клетки поглощают ЛППП путем апоЕ/В-100 эндоцитоза. Так происходит активный транспорт в клетки насыщенных ЖК. При врожденном изменении структуры апоЕ и нарушении апоЕ/В-100 лиганд-рецепторного взаимодействия формируется ГЛП типа III.

По второму пути липолиз в ЛППП продолжается и освобождаемые свободные С 1биС 18 ЖК связывает альбумин. Альбумин переносит ЖК к миоцитам и адипоцитам, взаимодействует с мембраной клеток, ЖК переходят на мембрану и далее путем диффузии поступают в клетки. Альбумин не связывает полиеновые ЖК, поэтому альбумин формирует пассивны) транспорт в клетки только насыщенных ЖК.

При раздельном транспорте в клетки насыщенных и полиеновых Ж.К и те, и другие поступают в клетки как пассивным, так и активным путем (Рис. 1). Существенное отличие состоит в том, что пассивно в клетки поступают ЖК из полярных липидов без поглощения клетками ЛП. При активном транспорте ЖК поступают в клетку в составе неполярных липидов и при этом клетки поглощают ЛП посредством рецепторного эндоцитоза. Пассивный путь филогенетически более древний; активный транспорт более молодой и более совершенный.

Рис. 1. Транспорт липопротеинами в крови насыщенных и полиеновых ЖК.
Сплошные линии - транспорт полиеновых ЖК (толстая линия - активный, тонкая - пассивный).

Точечная линия - транспорт полиеновых ЖК в эфирах холестерина.
Пунктирн
ая линия - транспорт насыщенных ЖК.

Пассивным путем насыщенные ЖК поступают в клетки в связи с альбумином; активным путем насыщенные ЖК поступают в клетки при апоЕ/В-100 рецепторном эндоцитозе ЛППП. Пассивно транспорт омега-6 полиеновых ЖК проходит при транеэтерификации ЖК между фосфолипидами ЛПВП и фосфолипидами мембраны. Однако, омега-З ЖК поступать в клетки пассивным путем не могут. Как же омега-З ЖК поступают в клетки?

Потребность в омега-З ЖК продиктована тем, что клетки рыхлой соединительной ткани используют их для синтеза эйкозаноидов (простагландины, тромбоксаны, лейкотриены). Эйкозаноиды локально регулируют кровоток в капиллярах, агрегации тромбоцитов, экскрецию электролитов, реакцию воспаления. Эйкозаноиды, синтезированные клеткой из арахидоновой омега- 6 и эйкозапентаеновой омега-З ЖК, существенно различаются по активности, Эйкозаноиды действуют всего несколько мин.; депонировать их клетки не могут, поэтому их синтез и действие происходят одновременно. Это требует рецепторного поступления в клетки омега-З ЖК. Однако, рецепторным эндоцитозом клетки поступают только неполярные сложные липиды.

Первым этапом активного транспорта в клетки омега-З ЖК является транеэтерификация ЖК из полярных фосфолипидов в неполярные эфиры холестерина (ЭХ); реакция проходит в ЛПВП. На втором этапе ЭХ переходят в ЛППП при действии БПЭХ. Замещая триглицериды, более гидрофобные ЭХ инициируют превращение ЛППП в ЛПНП. Если ЛПОНП и ЛППП транспортируют в клетки насыщенные ЖК, то ЛПНП переносит только полиеновые, преимущественно омега-З ЖК. Третий этап - поглощение клетками ЛПНП путем апоВ-100 эндоцитоза. Мы полагаем, что апоВ-100 эндоцитоз является ключевым этапом поступления в клетки омега-З ЖК. Генетический дефект структуры апоВ-100 лиганда или отсутствие на мембране апоВ-100 рецепторов приводят к ГЛП типа IIа. Функциональный дефект апоВ-100 лиганда, вызванный неполным замещением триглицеридов на эфиры холестерина и нарушением превращения ЛППП в ЛПНП, составляет основу ГЛП II б типа (Рис. 2).

Рис. 2. Кругооборот холестерина в транспорте в клетки полиеновых ЖК и места блокады транспорта ЖК с формированием ГЛП разных типов по Д. Фредриксону.

В лизосомах гидролиз ЭХ освобождает полиеновые ЖК, которые использует клетка. Холестерин же транспортные белки цитозоля переносят на мембрану, с которой он диффундирует в кровь. В крови холестерин связывает апоА-1У и в ЛПВП его опять используют для этерификации следующей полиеновой ЖК. Так происходит кругооборот холестерина в транспорте полиеновых ЖК. Определяя в крови содержание холестерина, мы на самом деле оцениваем уровень ЭХ, которые являются транспортной формой полиеновых ЖК и которые клетки не могут поглотить. Следовательно, холестерин крови отражает дефицит в клетках полиеновых ЖК.

Однако, апоВ-100 рецептор является ключевым этапом транспорта полиеновых ЖК только у части видов млекопитающих (морские свинки, свиньи, кролики, приматы), в том числе и у человека; все они имеют в крови высокий уровень БПЭХ. У животных, которые в крови имеют следовые количества этого белка (мыши, крысы, собаки), ЭХ не переходят из ЛПВП в ЛПНП и транспорт полиеновых ЖК в клетку проходит без участия апоВ-100 рецепторов. У этих животных ЭХ из ЛПВП переходят не в ЛПНП, а в ЛПОНП (апоА-1 + апоЕ БЛК); клетки активно поглощают ЛПОВП путем апоЕ/А-1 эндоцитоза. Активный транспорт полиеновых ЖК через апоЕ/А-1 рецепторы филогенетически более поздний и более резистентный к эндогенной блокаде. Мы полагаем, транспорт в клетки полиеновых ЖК путем апоВ-100 эндоцитоза обуславливает чувствительность животных к атеросклерозу, а апоЕ/А-1 эндоцитоз резистентность к атеросклерозу (Рис. 3).

 

Рис. 3. Два варианта активного транспорта в клетки попиеноаых ЖК, которые определяют чувствительность (верх) и резистентность (низ) млекопитающих к атеросклерозу. Обозначения в тексте.

Атеросклероз, мы полагаем, является синдромом дефицита в клетках полиеновых ЖК. Симптомами атеросклероза являются ГЛП, гипертония, гиперагрегация тромбоцитов, гиперинсулинемия и диабет 11 типа, гиперкоагуляция, активация гуморального и клеточного звеньев иммунной системы и воспаление. Существенное различие транспорта в клетки ЖК дает основание дифференцировать два вида патологии - патологию транспорта полиеновых и патологию транспорта насыщенных ЖК. К первой относится атеросклероз, ко второй - эссенциальная гипертония.


Литература:

1. Титов В. Н. Вопр. мед, химии 1995. 1. стр. 3-8,

2. Титов В. Н. Биохимия 1996. 61. стр. 3-23.

3. Титов В. Н. Биохимия 1997. 62. стр. 3-19.

4. Титов В. Н. Успехи современной биологии 1997. 113.2, стр. 240-255.

5. Титов В. Н. Кардиология 1998. 38. 1. стр. 143-149.








НОВОСТИ АССОЦИАЦИЯ ОБРАЗОВАНИЕ НАУКА БИБЛИОТЕКА НОРМАТИВЫ ОБЪЕДИНЕНИЯ ОСНАЩЕНИЕ КАЧЕСТВО

YACA @Mail.ru