Pytanie 1. Lipoproteiny a procesy miażdżycowe.
Uważa się, że lipoproteiny o dużej gęstości – HDL przenoszą „dobry” cholesterol, nie przyczyniający się do procesów miażdżycowych, natomiast głównym winowajcą tych procesów jest „zły” cholesterol transportowany przez lipoproteinę LDL. Trzeba tu koniecznie zaznaczyć, że „normalne” nie zmienione, lipoproteiny LDL nie biorą udziału w tworzeniu płytek miażdżycowych. Staja się one niebezpieczne dopiero po utlenieniu. A utlenianie to dzieje się właśnie za sprawą wolnych rodników. Nie dość, że utlenione lipoproteidy odkładają swój ładunek tłuszczów na ściankach naczyń, to jeszcze przyciągają one fagocyty, komórki żerne organizmu, co powoduje dodatkową produkcję wolnych rodników przez te komórki. Ponadto miejscowe nagromadzenie fagocytów pogłębia zwężenia naczyń.
LDL powoduje podwyższenie poziomu cholesterolu we krwi dlatego przyspiesza rozwój miażdżycy. Jeśli jej poziom jest zbyt wysoki, to duże ilości cholesterolu odkładają się w komórkach ścian tętniczych, tworząc tam złogi, zwane blaszkami miażdżycowymi i w rezultacie doprowadzając do zwężenia tętnic wieńcowych
Powstają w osoczu jako końcowy efekt sekwencji przemian: VLDL → IDL → LDL.
1. Lipoproteiny a procesy miażdżycowe.
Miażdżyca jest chorobą tętnic, której powikłania (zawał serca i udar mózgowy) stanowią najczęstszą przyczynę zgonów w krajach rozwiniętych. Ściana tętnicy zbudowana jest z trzech warstw.
Warstwę wewnętrzną tworzą komórki śródbłonka naczyniowego, spoczywające na utworzonej z kolagenu błonie podstawnej.
W warunkach prawidłowych w śródbłonku naczyniowym syntetyzowane są związki działające
-naczyniorozszerzająco, (wazodylatacja)
-antyadhezyjnie i antyproliferacyjnie (tlenek azortu – NO),
-przeciwzakrzepowo (prostacyklina i trombomodulina)
-fibrynolitycznie (tkankowy aktywator plazminogenu).
Warstwę środkową komórki mięśni gładkich + włókna sprężyste (w dużych tętnicach )
Błona zewnętrzna luźna tkankę łączna
Miażdżyca stanowi przewlekły, toczący się w błonie wewnętrznej tętnic proces zapalny . Zasadniczą rolę w jej powstaniu wywołują czynniki działające uszkadzająco na śródbłonek naczyniowy:
-dieta bogata w cholesterol,
-nadciśnienie tętnicze,
-palenie papierosów,
-cukrzyca.
W miejscu uszkodzenia śródbłonka zwiększa się jego zarówno przepuszczalność dla LDL. Są one odizolowane od znajdujących się we krwi antyoksydantów i dlatego zostają narażone na działanie wolnych rodników(wytwarzanych w naszym organizmie), czyli zostają utleniane. Takie oxLDL(utlenione) nie są rozpoznawane przez komórkowe receptory i krążą dalej, podwyższając poziom cholesterolu we krwi. Te LDL są rozpoznawane przez makrofagi, które je pochłaniają. Makrofagi razem z LDL tworzą tzw. Komórki piankowate, które są czynnikiem inicjującym rozwój blaszki miażdżycowej. Komórki piankowate mogą powstawać również z miocytów i fibroblastów. W wyniku nagromadzenia się cholesterolu w komórkach piankowatych dochodzi do ich rozpadu i tworzenia się pozakomórkowych złogów cholesterolu.
Makrofagi stymulują proces miażdżycowy na każdym jego etapie. Są one stałym źródłem licznych chemokin, cytokin, czynników wzrostowych i enzymów proteolitycznych, które powodują powstanie guza. Potem na tym guzie osiadają się różne inne skaldniki np. złogi soli wapnia, skrzepy. Taka płytka miażdżycowa(kom.piankowate, kom.naczyń krwionośnych, złogi soli wapnia, kolagen, cholesterol)zapycha światło naczyń krwionośnych, co w konsekwencji prowadzi do zmniejszania ich drożności. Płytka miażdżycowa tworzy się szybciej uszkodzony jest śródbłonek np. gdy jest stan zapalny.
Pytanie 2 lipoproteiny – budowa cząsteczek lipoproteinowych, ich powstawanie i funkcje.
Lipoproteina – to wielkocząsteczkowy kompleks hydrofobowego rdzenia lipidowego, który zawiera estry cholesterolu i triglicerydy oraz polarnej powłoki zawierającej fosfolipidy, wolny cholesterol i białka, określane mianem apolipoprotein, które odgrywają ważną rolę w metabolizmie i transporcie lipidów.
Biochemicznie można wyróżnić cztery frakcje lipoprotein:
a) o dużej zawartości triglicerydów:
Ø Chylomikrony CM – duże lipoproteiny występujące w osoczu krwi.
Ze względu na hydrofobowy charakter cząsteczek lipidów (w tym triacylogliceroli oraz cholesterolu) nie mogą one być transportowane bezpośrednio w środowisku wodnym (przez krew). Aby transport mógł być możliwy, powstają kompleksy lipoproteinowe (np. chylomikrony, HDL, LDL, VLDL), których otoczka jest hydrofilowa, a cała cząsteczka rozpuszczalna w wodzie.
Chylomikrony transportują pochodzące z pokarmu m.in. triacyloglicerole, fosfolipidy i cholesterol z jelita cienkiego do wątroby i mięśni.
Chylomikrony do krwiàwatroba àtkanka tłuszczowaàmięśnie.
Pod wpływem lipazy lipoproteinowej, obecnej na powierzchni naczyń włosowatych, tracą ok. 90% triacylogliceroli (trójglicerydów): powstają resztkowe chylomikrony – remnanty, które są transportowane przez krew do komórek wątroby – hepatocytów, gdzie są hydrolizowane do aminokwasów, cholesterolu, kwasów tłuszczowych i zasad azotowych, pochodzących z fosfolipidów. W komórkach tkanki tłuszczowej (adipocytach) są reestryfikowane.
Ø VDL à opisane w pytaniu 15
b) o dużej zawartości cholesterolu:
Ø HDL- lipoproteiny o wysokiej gęstości
1.Powoduje obniżenie całkowitego poziomu cholesterolu we krwi poprzez transport cholesterolu z tkanek obwodowych i innych frakcji lipidowych osocza (VLDL, chylomikrony), do wątroby. Jest to jakby taki woreczek, który po wytworzeniu i wydaleniu do krwi jest pusty, następnie krąży po organizmie i zbiera cholesterol, po napełnieniu się wyrzuca swą zawartość do komórek wątrobowych i wraca pusty do obiegu. W końcu jest usuwany w całości przez wątrobę
2. Druga ważna rola tych cząstek to przechowywanie zapasu cząstek białkowych, tzw. apolipoprotein - są to białka, które są niezbędne dla prawidłowego przekazywania do tkanek trójglicerydów, cholesterolu i fosfolipidów. Są też ważne przy usuwaniu LDL i pozostałości chylomikronów przez wątrobę
HDL powstają w osoczu z lipoprotein bogatych w triglicerydy – remnantów VLDL – lub z prekursorów syntetyzowanych przez wątrobę lub jelito.
Poziom HDL można podnieść poprzez:
· wykonywanie ćwiczeń aerobowych[2],
· redukcję masy ciała,
· zwiększenie spożycia cis-nienasyconych kwasów tłuszczowych[3] i zmniejszenie spożycia tłuszczów trans.
Ø LDL- lipoproteiny o niskiej gęstości.
Powoduje podwyższenie poziomu cholesterolu we krwi przez jego transport z wątroby do tkanek
Jest to główny transporter cholesterolu z wątroby do innych narządów (przede wszystkim nerek, mięśni i kory nadnerczy). W LDL zawarta jest większość cholesterolu osoczowego.
Lipoproteina LDL jest cząstką, która powstaje z VLDL. Jest ona mniejsza niż VLDL z którego powstała, gdyż jest już pozbawiona trójglicerydów. Zawiera w sobie ok. 20% białka, 50% cholesterolu, 20% fosfolipidów, 10% trójglicerydów. Zawiera w sobie tyle cholesterolu, gdyż jego ilość nie zmniejszała się dotąd. Średni czas życia tej cząstki we krwi wynosi ok. 2 dni. W ok. 70% cząstki te są usuwane przez wątrobę, a w ok. 30% przez inne tkanki i narządy.
2. Lipoproteiny- budowa cząsteczek lipoproteinowych, ich powstawanie i funkcje.
Ponieważ tłuszcz wykazuje mniejszą gęstość niż woda, gęstość lipoprotein zmniejsza się, jeśli proporcja lipidu do białka wzrasta
Rozróżnia się pięć główne grupy lipoprotein osocza, ważne pod względem fizjologicznym i diagnostycznym:
- chylomikrony
- lipoproteiny o bardzo małej gęstości (VLDL)
- lipoproteiny o małej gęstości (LDL)
- lipoproteiny o pośredniej gęstości (IDL)
- lipoproteiny o dużej gęstości (HDL)
Chylomikrony to największe i najmniej gęste lipoproteiny, transportują z jelita egzogenne triacyloglicerole do m.szkieletowych i tkanki tłuszczowej, a cholesterol do wątroby
VLDL są tworzone w wątrobie w celu przenoszenia triacyloglicerolu, cholersterolu oraz fosfolipidów do innych tkanek
LDL związane są z końcowym etapem metabolizmu VLDL.razem z IDL i VLDL transportują syntetyzowane w organizmie (endogenne) triacyloglicerole i cholesterol z wątroby do tkanek
HDL usuwają cholesterol z tkanek do wątroby oraz uczestniczą w metabolizmie chylomikronów i VLDL.
Chylomikrony i VLDL są metabolizowane w tkance docelowej w procesie hydrolizy ich triagliceroli przez lipazy lipoproteinowe, a IDL pozostają w krążeniu i są pobierane przez wątrobę.
Triaglicerol jest dominującym lipidem w chylomikronach i VLDL, natomiast cholesterol i fosfolipidy są dominującymi lipidami w LDL i HDL (tabela25-1).
BUDOWA:
Lipoproteiny te globularne cząstki o kształcie miceli są zbudowane z niepolarnego(hydrofobowego) rdzenia otoczonego amfipatyczną powłoką białek, fosfolipidów i cholesterolu.
Niepolarny rdzeń lipidowy składa się głównie z triacyloglicerolu i estrów cholesterolowych. Jest on otoczony pojedynczą warstwą amfipatycznych białek, fosfolipidów i cząsteczek cholesterolu.
Polarne grupy są skierowane na zewnątrz, do środowiska wodnego
-Część białkowa lipoproteiny (apolipoproteina/apoproteina) stanowi blisko 70% masy niektórych HDL, a tylko 1% chylomikronów.
-Niektóre apolipoproteiny są integralną częścią cząsteczki i nie mogą być z niej usunięte, natomiast pozostałe mogą być swobodnie przenoszone na inne frakcje lipoproteinowe.
-Rozmieszczenie apolipoprotein jest charakterystyczne dla danej lipoproteiny. W każdej z nich występuje jedna lub kilka apolipoprotein (białek lub polipeptydów).
Główne apolipoproteiny HDL są oznaczane literą A, główną apolipoproteiną LDL jest apolipoproteina B (B-100), która znajduje się również w VLDL. Chylomikrony zawierają okrojoną formę apoB (B-48) (B-48 jest syntetyzowana w jelicie, a B-100 w wątrobie).
apoE znajduje się w VLDL(stanowi 5-10% wszystkich apolipoprotein u zdrowych ludzi), HDL, chylomikronach i resztkowych chylomikronach.
3.Hemoglobina jest zbudowana z czterech łańcuchów polipeptydowych. Podstawowa cząsteczka hemoglobiny(typ)występuje u dorosłych(HbA)jest zbudowana z dwóch różnych łańcuchów polipeptydowych: łańcuch alfa złożony z 141 aminokwasów i łańcucha beta(146)aminokwasów. Każdy z łańcuchów, tworzy 8 alfa heis i zawiera prostetyczną grupę hemową. Dlatego hemoglobina może wiązać 4 cząsteczki O2 . Cztery łańcuchy polipeptydowe, 2 alfa i 2 beta przypominają kulę i są stabilizowane licznymi oddziaływaniami niekowalencyjnymi.
lHemoglobina jest białkiem allosterycznym – wiązanie O2 z jedną z podjednostek jest uzależnione od jej oddziaływania z innymi podjednostkami. Wiązanie O2 powoduje zmiany konformacyjne, które przekazywane są na sąsiednie podjednostki i zwiększają ich powinowactwo względem O2. Wiązanie O2 z hemoglobiną jest więc kooperatywne i indukuje w niej zmiany struktury czwartorzędowej
Zawarta w erytrocytach
Jest barwnikiem krwi (a właściwie hem)
Należy do białek funkcyjnych (wymiana gazowa)
Zbudowana z podjednostek (zazwyczaj 2×α + 2×β
Przyjmuje strukture IV-rzędową
Zawiera prostetyczna grupę hemową (protoporfiryna IX + Fe2+)
3.Hemoglobina jako modelowe białko czynnościowe (uwzględnij hemoglobiny patologiczne).
Funkcja:
Białka hemowe(hemoglobina i mioglobina) biora udzial w transporcie i magazynowaniu tlenu, transporcie elektronów oraz fotosyntezie. Hemoglobina zawarta w erytrocytach kręgowców spełnia 2 główne funkcje biologiczne: przenosi tlen z płuc do tkanek i przenosi dwutlenek węgla i protony z tkanek do płuc w celu wydalenia. Ponadto umożliwiły one poznanie molekularnych podstaw chorob genetycznych takich jak niedokrwistość sierpowata(wynik zmienionych właściwości powierzchniowych podjednostki beta hemoglobiny) i talasemie (przewlekle dziedziczne choroby hemolityczne charakteryzujace sie upośledzeniem syntezy hemoglobiny). Badania wykazaly ze cyjanek i tlenek wegla stanowia śmiertelne zagrozenie, ponieważ uniemożliwiaja fizjologiczna funkcje odpowiednio oksydazy cytochromowej i hemoglobiny, a stabilizacja struktury czwartorzędowej nieutlenowanej hemoglobiny przez 2,3-bisfosfoglicerynian (BPG) stanowi podstawe mechanizmow choroby gorskiej i adaptacji do duzych wysokości.
Budowa:
Grupa prostetyczna hemoglobiny jest hem, cykliczny tetrapirol nadajacy jej zabarwienie czerwone. W tetrapirolu 4 pierscienie pirolowe sa polaczone mostkami alfa-metinowymi, tworząc plaski układ cykliczny. Hemoglobina wykazuje strukture czwartorzedowa, jest tetramerem składającym się z 4 lancuchow polipeptydowych(z 2 par identycznych łańcuchów) czyli podjednostek(alfa, beta, gamma, delta, S). Każdy lancuch zawiera jedna grupe hemowa, czyli jedno miejsce wiaznaia tlenu(1 czasteczka hemoglobiny wiaze 4 czasteczki tlenu). W hemie w pozycjach beta znajduja się grupy metylowe, winylowe i propionianowe. W centrum tego układu znajduje się atom żelaza w formie jonu żelazawego (Fe2+). W przeciwieństwie do cytochromow w przypadku hemoglobiny utlenianie Fe2+ wiaze się z utrata przez nia aktywności biologicznej. Istnieja rozne typy hemoglobin: HbA(podstawowa hemoglobina u ludzi dorosłych) sklada się z 2 lanuchow alfa(posiada on 141 reszt aminokwasowych) i beta (146 reszt), roznia się miedzy soba struktura pierwszorzedowa. U dorosłego człowieka wystepuje także HbA2(stanowiaca 2,5% całkowitej Hb) sklada się z 2 alfa i 2 delta. HbF(hemoglobina plodowa) sklada się z 2 alfa i 2 gamma. HbS(hemoglobina sierpowatych krwinek czerwonych) 2 alfa i 2 S. Mioglobina i lancuchy polipeptydowe beta HbA wykazuja praktycznie identyczna strukture drugo- i trzeciorzedowa. Każdy z lanuchow hemoglobiny zawiera również 8 helikalnych łańcuchów, których struktura pokrywa się ze struktura odcinkow występujących w mioglobinie. Podobnie jak w przypadku mioglobiny zarówno podjednostki alfa i beta w HbA charakteryzuje obecność hydrofobowych reszt aminokwasowych wewnątrz czasteczki a hydrofilowych na zewnatrz czasteczki.
Wiazanie tlenu:
Przyłączenie tlenu przez jeden z hemow ulatwia wiazanie kolejnych O2 przez pozostale grupy hemowe. To kooperatywne wiazanie tlenu z hemoglobina jest wlasciowoscia pozwalajaca na wiazanie maksymalnej ilości tlenu w plucach i uwalnianie maksymalnej ilości telnu w tkankach. Przylaczeniu tlenu towarzyszy rozerwanie wiazan poprzecznych miedzy koncami karboksylowymi wszystkich 4 podjednostek hemoglobiny co powoduje zmiany w drugo- i trzeciorzędowej strukturze bialka. Podczas utlenowania hemoglobiny atomy żelaza wsuwaja się w płaszczyznę hemow, pociągając za soba histydyne proksymalna i polaczone z nia reszty aminokwasowe.
Hemoglobina polaczona z tlenem to oksyhemoglobina(utlenowana) Hb(O2)4. Bezposrednio po odlaczeniu tlenu czasteczka hemoglobiny wiaze dwutlenek wegla w ilości stanowiącej ok. 15% CO2 transportowanego przez krew. Ponadto z chwila zaabsorbowania CO2 przez krew dehydrataza weglanowa erytrocytow katalizuje utworzenie kwasu weglowego, który dysocjuje do wodorowęglanu i protonu. Odlaczeniu 4 czasteczek telnu z hemoglobiny towarzyszy przyłączenie 2 protonow. W plucach natomiast zachodzi zjawisko odwrotne –przylaczenie tlenu do hemoglobiny powoduje uwolnienie protonow. Uwolnione protony lacza się z wodoroweglanem, tworząc kwas weglowy, który pod wpływem dehydratazy weglanowej przeksztalca się w CO2. To odwracalne zjawisko nosi nazwe efektu Bohra. Nie ma go w przypadku mioglobiny.
Patologia:
Karboksyhemoglobina-kompleks hemoglobiny i tlenku wegla(zwanego czadem). Polaczenie to jest 300 razy trwalsze niż z tlenem co sprawia, ze nawet przy niewielkim stężeniu tlenku wegla we wdychanym powietrzu większość hemoglobiny w krioobiegu zostaje przeksztalcona w karboksyhemoglobine. Nadmiar jej powoduje niedotlenienie organizmu a nawet śmierć przez uduszenie. Rozlozenie karboksyhemoglobiny jest procesem bardzo dlugim i nie zawsze możliwym.
Methemoglobina – mutacja powodujaca zamiane histydyny na tyrozyne która stabilizuje żelazo w hemie w formie Fe3+ zamiast Fe2+. Hemoglobina z Fe3+ nazywa się methemogolobiną (metHb) i nie wiaze się z tlenem. Wystepuje w zatruciach azotanami.
HbS-reszta kwasu glutaminowego w pozycji 6 lancucha beta jest zastapiona reszta waliny, co powoduje powstanie lepkich miejsc i utworzenia agregatow nieutlenowanej HbS, które zniekształcają erytrocyt (przybieraja kształt sierpowaty). Krwinki te wykazuja zwiekszona podatność do hemolizy w czasie przechodzenia przez zatoki śledzionowe.
4.Struktury przestrzenne białek (rodzaje oddziaływań stabilizujących struktury)
Struktura pierwszorzędowa
Struktura pierwszorzędowa białka to liniowa sekwencja aminokwasów połączonych wiązaniami peptydowymi. Konwencja ich określania jest taka, że koniec N (to znaczy posiadający wolną resztę a-aminową) to ten widziany po lewej stronie, zaś koniec C (koniec z wolną resztą a-karboksylową) po prawej stronie zapisu. W strukturze tej zawarte są także wiązania kowalencyjne głównie wiązania dwusiarczkowi.
Struktury drugorzędowe
To regularne pofałdowanie regionów łańcucha polipeptydowego. Mamy tu dwie konformacje: α helisa i struktura β.
W helisie alfa aminokwasy ustawiają się tak, że tworzą spiralę prawoskrętną. Wszystkie łańcuchy boczne aminokwasów znajdują się na zewnątrz cylindrycznej helisy. Wiązanie które stabilizuje tę strukturę to wiązanie wodorowe występujące między tlenem grupy karboksylowej jednego aminokwasu a wodorem grupy aminowej czwartego z kolei aminokwasu w tym samym łańcuchu polipeptydowym. Na jeden obrót a helisy przypada 3,6 aminokwasów ,czyli 0,54nm, natomiast odległość między dwoma aminokwasami wzdłuż osi a helisa wynosi 0,15nm.
W strukturze beta również wiązanie wodorowe umożliwia istnienie takiej konformacji białka, jednak tu wiązanie to występuje między wiązaniami peptydowymi różnych łańcuchów polipeptydowych. Płaskie wiązanie peptydowe sprawia, że struktura beta ma postać pofałdowanej kartki, gdzie łańcuchy boczne aminokwasów znajdują się powyżej lub poniżej jej płaszczyzny. Łańcuchy sąsiadujące ze sobą mogą być równoległe lub antyrównoległe, zależnie od tego, czy przebiegają one odpowiednio: w tym samym lub przeciwnym kierunku. Odległość między sąsiednimi atomami Ca wynosi 0,35nm, czyli struktura β jest luźniejsza od α helisy.
Struktura trzeciorzędowa
...
MisterMiau