Portál:Otázky z biochemie (1. LF UK, VL)/64. Otázka

64. Otázka
Přeměna a vylučování cholesterolu, biosyntéza žlučových kyselin a její regulace.
Otázky z biochemie (1. LF UK, VL)
⏪️   ⏩️


Metabolismus Cholesterolu

Cholesterol je vylučován játry do žluči přímo či po konverzi na žlučové kyseliny. V obou případech má významný enterohepatální oběh a je reabsorbován. Jako zpětný, tzv. reverzní transport cholesterolu se označuje transport cholesterolu z tkání zpět zejména do jater. Cholesterol je transportován tzv. cholesterol ester transfer proteinem CETP a HDL-lipoproteiny. HDL-částice se tvoří v játrech, střevních buňkách a makrofázích. Přeměňují se v různých krocích na různě velké frakce HDL, váží se cestou apolipoproteinu A-I na jaterní receptory. Zpětný transfer cholesterolu pochází především ze zanikajících buněk.

Žlučové kyseliny

[ upravit vložený článek ]


Žlučové kyseliny jsou steroidní molekuly. U lidí jsou tvořeny 24 uhlíkatou kostrou s 1 nebo více hydroxylovými skupinami a alifatickým postraním řetězcem s karboxylovou skupinou. Tvoří se v hepatocytech z cholesterolu a jejich hlavní úloha spočívá v emulgaci tuků.

Syntéza žlučových kyselin
Syntéza žlučových kyselin

Syntéza žlučových kyselin

Na syntéze žlučových kyselin se podílí přes 17 enzymů lokalizovaných v cytosolu, endoplasmatickém retikulu, mitochondriích a peroxisomech. U molekuly cholesterolu dochází ke zkrácení postranního řetězce, oxidaci na karboxylovou kyselinu, změně pozice 3β hydroxylové skupiny na 3α a hydroxylace 7. případně 12. uhlíku. Takto vznikají primární žlučové kyseliny. U lidí se jedná o kyselinu cholovou a chenodeoxycholovou. V hepatocytech či cholangiocytech jsou žlučové kyseliny dále konjuovány s glycinem nebo taurinem. Konjuací se v případě žlučových kyselin myslí N-acyl amidace a snižuje jejich pKa.

Enterohepatální oběh

Spolu s fosfolipidy, žlučovými barvivy a dalšími látkami jsou žlučové kyseliny vylučovány žlučí do duodena, kde emulgují tuky. Následně jsou buď vstřebány aktivně z terminálního ilea nebo pokračují do tlustého střeva, kde podléhají modifikacím střevními bakteriemi. Takto vznikají mimo jiné sekundární žlučové kyseliny, u lidí zejména kyselina deoxycholová a litocholová. Po dekonjugaci mohou být vstřebány pasivně nebo jsou vyloučeny stolicí. Stolicí je však vyloučeno pouze 5% ze všech žlučových kyselin, zbytek se vrací cestou vena portae do jater.

Lipoproteiny

[ upravit vložený článek ]

Typickou vlastností většiny lipidů a steroidních látek je jejich špatná rozpustnost ve vodném prostředí. V krevní plazmě se proto vyskytují ve formě hydrofilních lipoproteinových částic – komplexů triacylglycerolů (TG), cholesterolu (CH) a jeho esterů (CHE) s amfifilními fosfolipidy (FL) a bílkovinami. Druhou možností je vazba na albuminy, ke které dochází v případě volných neesterifikovaných mastných kyselin (NEMK; FFA).

Struktura lipoproteinové částice

Lipoproteinová částice

Lipoproteiny jsou částice sférického tvaru tvořené jádrem a obalem.

V jádře lipoproteinové částice jsou soustředěny hydrofobní triacylglyceroly a estery cholesterolu.

Obal je tvořen z molekul polárnějších fosfolipidů a neesterifikovaného cholesterolu a jedné nebo více molekul specifických bílkovin označovaných apolipoproteiny, zkráceně apoproteiny. Vazba lipidů na proteiny je nekovalentní, takže může snadno docházet k výměně apoproteinů a lipidů mezi jednotlivými částicemi. Apoproteiny označujeme velkými písmeny a pro další členění jsou vyhrazeny římské a arabské číslovky, např. apo A I, apo A II, apo B 100, apo B 48.

Lipoproteinové částice v krvi se liší obsahem lipidové složky a druhem apoproteinu.

Dělení lipoproteinů

K dělení lipoproteinů lze využít buď rozdílného obsahu lipidové složky nebo rozdílné velikosti náboje bílkoviny.

  • V prvním případě se lipoproteiny dělí ultracentrifugací na základě rozdílné hustoty závislé na poměru mezi lipidovou a bílkovinnou složkou. Pomocí ultracentrifugace, která je dostupná spíše na výzkumných pracovištích, rozlišujeme tyto základní typy lipoproteinů:
  • chylomikrony;
  • lipoproteiny o velmi nízké hustotě (very low density lipoprotein – VLDL);
  • lipoproteiny o nízké hustotě (low density lipoprotein – LDL);
  • lipoproteiny o střední hustotě (intermediate density lipoprotein – IDL);
  • lipoproteiny o vysoké hustotě (high density lipoprotein – HDL).
  • V praxi se však více využívá k dělení lipoproteinových částic elektroforézy, která je umožněna rozdílnou velikostí náboje bílkovin lipoproteinů. Podle elektroforetické pohyblivosti dělíme lipoproteiny na tyto třídy:
  • chylomikrony;
  • α-lipoproteiny (odpovídají HDL);
  • pre-β-lipoproteiny (odpovídají VLDL);
  • β-lipoproteiny (odpovídají LDL).
  • Jinou možností separace je rozdělovací chromatografie. Dělení lipidů pomocí tenkovrstevné chromatografie (TLC) je založeno na rozdílné rozpustnosti různých lipidů v polárních a nepolárních rozpouštědlech. Mobilní fáze (v našem případě nepolární) se nechá vzlínat póry stacionární tenké vrstvy (silikagel). Mobilní fáze unáší dělené látky ze vzorku, které se více či méně zpožďují interakcí se stacionární fází, a tím se vzájemně rozdělí.

Přehled lipoproteinových tříd

Chylomikrony

Chylomikrony jsou největší lipoproteinové částice s nejnižší hustotou. Při elektroforéze zůstávají na startu a při ultracentrifugaci flotují („plavou” na povrchu). TG představují téměř 90 % z celkové lipidové složky chylomikronů; zbytek tvoří fosfosfolipidy, cholesterol a jeho estery s vyššími mastnými kyselinami. Na bílkoviny připadá kolem 1–2 %. Chylomikrony jsou produktem enterocytů a slouží k transportu triacylglycerolů potravy ze střeva přes lymfatické cesty do krevního řečiště. Působením lipoproteinové lipasy v endotelu kapilár se z TG chylomikronů uvolňují mastné kyseliny, které jsou dodávány svalům a tukovým buňkám. Součástí chylomikronů je i exogenní cholesterol, který se touto cestou dostává do organismu. Za normálních okolností nejsou po 12 hodinovém lačnění v séru prokazatelné. Jejich přítomnost v krvi se projeví makroskopicky mléčným zkalením séra, které označujeme jako chylózní. Pokud necháme sérum přes noc v lednici, chylomikrony vystoupí na povrch a vytvoří mléčně zkalenou vrstvu na povrchu séra chylomikronový test.

VLDL

VLDL (very low density lipoproteins) vznikají především v játrech. Mají o něco vyšší hustotu než chylomikrony. Na lipidovou složku připadá okolo 90 % a na proteiny 10 %. Jádro VLDL je bohaté na triacylglyceroly, které jsou syntetizované v hladkém endoplazmatickém retikulu hepatocytů. V menší míře je do nově vzniklých VLDL zabudován i cholesterol, další molekuly esterů cholesterolu potom získávají od HDL částic v cirkulaci. Úkolem VLDL je poskytovat mastné kyseliny uvolněné z triacylglycerolů působením lipoproteinové lipasy svalům a tukovým buňkám. Po hydrolýze triacylglycerolů lipoproteinovou lipasou se VLDL mění na IDL a poté na LDL. Přítomnost VLDL v séru se projeví opalescencí.

LDL

LDL (low density lipoproteins) vznikají z IDL částic po hydrolýze zbývajících triacylglycerolů jaterní lipasou, ale některé jsou uvolňovány do cirkulace játry. Jediným apoproteinem na povrchu je apoprotein B-100. Lipidová složka v nich tvoří téměř 80 % s převažujícím obsahem esterů cholesterolu. Bílkoviny jsou zastoupeny 20%. Proto stoupá i hustota LDL. Jejich hlavní funkcí je transport cholesterolu k buňkám. Odstranění LDL z plazmy se uskutečňuje pomocí LDL receptorů, které jsou lokalizovány na všech buňkách, nejvíce na povrchu hepatocytů. U zdravých osob jsou v LDL částicích obsaženy asi 2/3 celkového cholesterolu. Tato frakce se činí zodpovědnou za usazování cholesterolu v subendoteliálním prostoru cév a tím za rozvoj aterosklerotických změn (LDL; "zlé"; "špatné" částice). Cholesterol v LDL částicích (LDL-cholesterol) se významně uplatňuje při vzniku aterosklerózy. V důsledku zvýšené hladiny LDL v krvi dochází k jejich zvýšenému průniku cévním endotelem do intimy arteriální stěny, kde je různým způsobem modifikována jejich struktura. Modifikované LDL jsou pohlcovány makrofágy, které se přeměňují na tzv. pěnové buňky. Tento děj je první fází aterosklerotického procesu. Nejvyšší aterogenitou se vyznačují malé denzní LDL, které jsou menší a hustší s průměrem pod 25,5 nm a snadno pronikají endotelem, mají sníženou afinitu k LDL receptorům a snadno podléhají různým přeměnám. Výskyt malých denzních LDL je spojen se zvýšenou koncentrací triacylglycerolů. Stanovení LDL-cholesterolu je zvlášť doporučováno pro vyhodnocení rizika aterosklerózy při zvýšených hladinách celkového cholesterolu a je základem pro rozhodnutí o způsobu a monitorování léčby.

HDL

HDL (high density lipoproteins) zajišťují odsun nadbytečného cholesterolu do jater. Jsou produkovány játry, v menší míře i střevem jako tzv. "nascentní" HDL diskovitého tvaru, tvořené pouze fosfolipidovou dvojvrstvou a apoproteiny. Diskovité HDL částice odnímají cholesterol periferním buňkám a přeměňují se na HDL sférického typu bohatého na cholesterol, který je transportován do jater. HDL jsou jako jediné schopny z membrán buněk v subendotelu vyvazovat volný cholesterol a transportovat ho zpátky do jater. Tímto způsobem jsou HDL částice zapojeny do zpětného (reverzního) transportu cholesterolu z periférie do jater, odkud je jako takový vylučován do střeva (HDL cholesterol není využíván pro syntetické či stavební účely). Z toho vyplývá antiaterogenní působení HDL částic (HDL; "hodné"; "dobré" částice). Zvýšená koncentrace HDL-cholesterolu snižuje riziko aterosklerotických změn artérií a naopak snížená koncentrace pod 1,0 mmol/l představuje zvýšené riziko pro rozvoj aterosklerózy. Zvýšení populačního průměru o 10 % sníží výskyt ICHS o 30–40 %.

Lipoprotein (a)

Lipoprotein (a) je lipoprotein, jehož koncentrace v krvi je dána geneticky. Podobá se částicím LDL, ale na rozdíl od nich je k apoproteinu B100 disulfidovou vazbou připojen ještě zvláštní apoprotein (a), který je částečně homologní s plazminogenem. Zpomaluje a brání aktivaci plasminogenu na plasmin a tím blokuje odbourávání fibrinu. Proto má zvýšené koncentrace Lp(a) proaterogenní účinek a koncentrace nad 0,3 g/l jsou pokládány za nezávislý faktor zvyšující riziko aterosklerózy. Od roku 2026 je v v ČR u každého pacienta jednou za život povinně vyšetřen.

Charakteristika jednotlivých lipoproteinových tříd
Třída Chylomikrony VLDL IDL LDL HDL
Hustota (g/ml) < 0,94 0,93–1,006 1,006–1,019 1,019–1,063 1,063–1,210
Velikost částic (nm) > 75 25–70 22–24 19–23 4–10
Elektroforetická pohyblivost žádná (zůstávají na startu) pre-β pomalé pre-β β α
Složení
Lipidy celkem (%) 98–99 90–93 89 79 50–55
Triacylglyceroly (%) 90 54 20 4 3–5
Neesterifikovaný cholesterol (%) 1 7 9 11 6
Estery cholesterolu (%) 2 13 34 41 30
Proteiny celkem (%) 1–2 7–10 11 21 45–50
Charakteristické apoproteiny A-I, II, IV,B-48, C II, III, E B-100, C II, III, E B-100,C-II, III, E B-100 A-I, II,C-I, II, III, E
Místo syntézy střevo játra intravaskulárně jako katabolický produkt VLDL převážně intravaskulárně jako konečný produkt VLDL játra, střevo, intravaskulárně
Funkce transport exogenních triacylglycerolů transport endogenních triacylglycerolů transport endogenních triacylglycerolů a esterů cholesterolu transport cholesterolu do periferních buněk transport cholesterolu z periferních buněk zpět do jater (reverzní transport cholesterolu)