Lipoproteína

Estructura de un quilomicro.
ApoA, ApoB, ApoC, ApoE son apolipoproteínas; las partículas verdes son fosfolípidos; T es triacilglicerol; C es colesterol ester.

Una lipoproteína es un conjunto bioquímico cuya función principal es transportar moléculas de lípidos hidrofóbicos (también conocidas como grasas) en agua, plasma sanguíneo u otros fluidos extracelulares. Consisten en un centro de triglicéridos y colesterol, rodeado por una cubierta externa de fosfolípidos, con las porciones hidrofílicas orientadas hacia el exterior, hacia el agua circundante, y las porciones lipofílicas, orientadas hacia el interior, hacia el centro lipídico. Un tipo especial de proteína, llamada apolipoproteína, está incrustada en la capa exterior, estabilizando el complejo y dándole una identidad funcional que determina su función.

Muchas enzimas, transportadores, proteínas estructurales, antígenos, adhesinas y toxinas son lipoproteínas. Los ejemplos incluyen partículas de lipoproteínas plasmáticas (HDL, LDL, IDL, VLDL y quilomicrones). Los subgrupos de estas partículas de plasma son impulsores o moduladores primarios de la aterosclerosis.

Alcance

Lipoproteínas transmembrana

Algunos proteolípidos transmembrana, especialmente los que se encuentran en las bacterias, se conocen como lipoproteínas; no están relacionados con las partículas de lipoproteínas de las que trata este artículo. Estas proteínas transmembrana son difíciles de aislar, ya que se unen estrechamente a la membrana lipídica, a menudo requieren lípidos para mostrar la estructura adecuada y pueden ser insolubles en agua. Generalmente se requieren detergentes para aislar las lipoproteínas transmembrana de sus membranas biológicas asociadas.

Partículas de lipoproteínas plasmáticas

Debido a que las grasas son insolubles en agua, no pueden transportarse por sí solas en el agua extracelular, incluido el plasma sanguíneo. En cambio, están rodeados por una capa externa hidrófila que funciona como un vehículo de transporte. El papel de las partículas de lipoproteínas es transportar moléculas de grasa, como triacilgliceroles (también conocidos como triglicéridos), fosfolípidos y colesterol dentro del agua extracelular del cuerpo a todas las células y tejidos del cuerpo. Las proteínas incluidas en la cubierta externa de estas partículas, denominadas apolipoproteínas, son sintetizadas y secretadas en el agua extracelular tanto por las células del intestino delgado como del hígado. La cubierta externa también contiene fosfolípidos y colesterol.

Todas las células usan y dependen de las grasas y el colesterol como componentes básicos para crear las múltiples membranas que las células usan tanto para controlar el contenido interno de agua y los elementos internos solubles en agua como para organizar su estructura interna y los sistemas enzimáticos de proteínas. La capa exterior de las partículas de lipoproteínas tiene los grupos hidrofílicos de fosfolípidos, colesterol y apolipoproteínas dirigidos hacia afuera. Tales características los hacen solubles en el charco de sangre a base de agua salada. Los triacilgliceroles y los ésteres de colesterilo se transportan internamente, protegidos del agua por la capa exterior. El tipo de apolipoproteínas contenidas en la cubierta exterior determina la identidad funcional de las partículas de lipoproteínas. La interacción de estas apolipoproteínas con enzimas en la sangre, entre sí o con proteínas específicas en las superficies de las células, determina si los triacilgliceroles y el colesterol se agregarán o eliminarán de las partículas de transporte de lipoproteínas.

Caracterización en plasma humano

Estructura

Las lipoproteínas son partículas complejas que tienen un núcleo hidrofóbico central de lípidos no polares, principalmente ésteres de colesterilo y triglicéridos. Este núcleo hidrofóbico está rodeado por una membrana hidrofílica que consta de fosfolípidos, colesterol libre y apolipoproteínas. Las lipoproteínas plasmáticas se dividen en siete clases según el tamaño, la composición lipídica y las apolipoproteínas.

Funciones

Metabolismo

El manejo de partículas de lipoproteínas en el cuerpo se conoce como metabolismo de partículas de lipoproteínas. Se divide en dos vías, exógena y endógena, dependiendo en gran parte de si las partículas lipoproteicas en cuestión están compuestas principalmente por lípidos de la dieta (exógenos) o si se originaron en el hígado (endógenos), a través de la síntesis de novo de triacilgliceroles.

Los hepatocitos son la plataforma principal para el manejo de triacilgliceroles y colesterol; el hígado también puede almacenar ciertas cantidades de glucógeno y triacilgliceroles. Si bien los adipocitos son las principales células de almacenamiento de triacilgliceroles, no producen lipoproteínas.

Vía exógena

Flota simplificada que muestra los elementos esenciales del metabolismo de la lipoproteína.

La bilis emulsiona las grasas contenidas en el quimo, luego la lipasa pancreática divide las moléculas de triacilglicerol en dos ácidos grasos y un 2-monoacilglicerol. Los enterocitos absorben fácilmente las moléculas pequeñas del quimo. En el interior de los enterocitos, los ácidos grasos y los monoacilglicéridos se transforman nuevamente en triacilglicéridos. Luego, estos lípidos se ensamblan con la apolipoproteína B-48 en quilomicrones nacientes. Estas partículas luego se secretan en los lácteos en un proceso que depende en gran medida de la apolipoproteína B-48. A medida que circulan a través de los vasos linfáticos, los quilomicrones nacientes se desvían de la circulación hepática y se drenan a través del conducto torácico hacia el torrente sanguíneo.

En el torrente sanguíneo, las partículas de quilomicrones nacientes interactúan con las partículas de HDL, lo que resulta en la donación de HDL de apolipoproteína C-II y apolipoproteína E al quilomicrón naciente. El quilomicrón en esta etapa se considera maduro. A través de la apolipoproteína C-II, los quilomicrones maduros activan la lipoproteína lipasa (LPL), una enzima de las células endoteliales que recubren los vasos sanguíneos. LPL cataliza la hidrólisis de triacilglicerol que finalmente libera glicerol y ácidos grasos de los quilomicrones. El glicerol y los ácidos grasos pueden luego ser absorbidos en los tejidos periféricos, especialmente adiposos y musculares, para energía y almacenamiento.

Los quilomicrones hidrolizados ahora se denominan remanentes de quilomicrones. Los remanentes de quilomicrones continúan circulando por el torrente sanguíneo hasta que interactúan a través de la apolipoproteína E con los receptores de remanentes de quilomicrones, que se encuentran principalmente en el hígado. Esta interacción provoca la endocitosis de los restos de quilomicrones, que posteriormente se hidrolizan dentro de los lisosomas. La hidrólisis lisosomal libera glicerol y ácidos grasos en la célula, que pueden usarse como energía o almacenarse para su uso posterior.

Vía endógena

El hígado es la plataforma central para el manejo de los lípidos: es capaz de almacenar gliceroles y grasas en sus células, los hepatocitos. Los hepatocitos también pueden crear triacilgliceroles a través de la síntesis de novo. También producen la bilis a partir del colesterol. Los intestinos son los encargados de absorber el colesterol. Lo transfieren al torrente sanguíneo.

En los hepatocitos, los triacilgliceroles y los ésteres de colesterilo se ensamblan con la apolipoproteína B-100 para formar partículas nacientes de VLDL. Las partículas nacientes de VLDL se liberan en el torrente sanguíneo a través de un proceso que depende de la apolipoproteína B-100.

En el torrente sanguíneo, las partículas VLDL nacientes chocan con las partículas HDL; como resultado, las partículas de HDL donan apolipoproteína C-II y apolipoproteína E a la partícula de VLDL naciente. Una vez cargada con apolipoproteínas C-II y E, la partícula de VLDL naciente se considera madura. Las partículas de VLDL circulan y se encuentran con la LPL expresada en las células endoteliales. La apolipoproteína C-II activa la LPL, provocando la hidrólisis de la partícula VLDL y la liberación de glicerol y ácidos grasos. Estos productos pueden ser absorbidos de la sangre por los tejidos periféricos, principalmente adiposo y muscular. Las partículas de VLDL hidrolizadas ahora se denominan restos de VLDL o lipoproteínas de densidad intermedia (IDL). Los remanentes de VLDL pueden circular y, a través de una interacción entre la apolipoproteína E y el receptor remanente, ser absorbidos por el hígado, o pueden ser hidrolizados aún más por la lipasa hepática.

La hidrólisis por la lipasa hepática libera glicerol y ácidos grasos, dejando atrás remanentes de IDL, llamados lipoproteínas de baja densidad (LDL), que contienen un contenido de colesterol relativamente alto (consulte la estructura de LDL nativa a 37 °C en Youtube). El LDL circula y es absorbido por el hígado y las células periféricas. La unión de LDL a su tejido objetivo se produce a través de una interacción entre el receptor de LDL y la apolipoproteína B-100 en la partícula de LDL. La absorción se produce por endocitosis y las partículas de LDL internalizadas se hidrolizan dentro de los lisosomas, liberando lípidos, principalmente colesterol.

Posible papel en el transporte de oxígeno

Las lipoproteínas plasmáticas pueden transportar gas oxígeno. Esta propiedad se debe a la estructura hidrofóbica cristalina de los lípidos, lo que proporciona un entorno adecuado para la solubilidad del O₂ en comparación con un medio acuoso.

Papel en la inflamación

La inflamación, una respuesta del sistema biológico a estímulos como la introducción de un patógeno, tiene un papel subyacente en numerosas funciones y patologías biológicas sistémicas. Esta es una respuesta útil del sistema inmunitario cuando el cuerpo está expuesto a patógenos, como bacterias en lugares que resultarán dañinos, pero que también pueden tener efectos perjudiciales si no se regulan. Se ha demostrado que las lipoproteínas, específicamente las HDL, tienen papeles importantes en el proceso inflamatorio.

Cuando el cuerpo funciona en condiciones fisiológicas normales y estables, se ha demostrado que el HDL es beneficioso de varias formas. LDL contiene apolipoproteína B (apoB), que permite que LDL se una a diferentes tejidos, como la pared arterial si el glucocáliz ha sido dañado por niveles altos de azúcar en la sangre. Si se oxida, la LDL puede quedar atrapada en los proteoglicanos, impidiendo su eliminación por la salida de colesterol HDL. El funcionamiento normal de HDL es capaz de prevenir el proceso de oxidación de LDL y los procesos inflamatorios posteriores que se observan después de la oxidación.

El lipopolisacárido, o LPS, es el principal factor patógeno en la pared celular de las bacterias Gram-negativas. Las bacterias grampositivas tienen un componente similar llamado ácido lipoteicoico o LTA. HDL tiene la capacidad de unir LPS y LTA, creando complejos HDL-LPS para neutralizar los efectos nocivos en el cuerpo y eliminar el LPS del cuerpo. HDL también tiene funciones importantes al interactuar con las células del sistema inmunitario para modular la disponibilidad de colesterol y modular la respuesta inmunitaria.

Bajo ciertas condiciones fisiológicas anormales, como infección del sistema o sepsis, los componentes principales de HDL se alteran. La composición y la cantidad de lípidos y apolipoproteínas se alteran en comparación con condiciones fisiológicas normales, como una disminución del colesterol HDL (HDL- C), fosfolípidos, apoA-I (una lipoproteína importante en HDL que ha demostrado tener propiedades antiinflamatorias beneficiosas) y un aumento en el amiloide A sérico. Esta composición alterada de HDL se conoce comúnmente como HDL de fase aguda en una respuesta inflamatoria de fase aguda, durante la cual las HDL pueden perder su capacidad para inhibir la oxidación de las LDL. De hecho, esta composición alterada de HDL se asocia con una mayor mortalidad y peores resultados clínicos en pacientes con sepsis.

Clasificación

Por densidad

Las lipoproteínas se pueden clasificar en cinco grupos principales, enumerados de mayor y menor densidad a menor y mayor densidad. Las lipoproteínas son más grandes y menos densas cuando aumenta la proporción de grasa a proteína. Se clasifican sobre la base de electroforesis, ultracentrifugación y espectroscopia de resonancia magnética nuclear a través del analizador Vantera.

• Los cloromicrones llevan triglicéridos (grasa) de los intestinos al hígado, al músculo esquelético y al tejido adiposo.
• Las lipoproteínas de densidad muy baja (VLDL) llevan triglicéridos (nuevamente sintetizados) del hígado a tejido adiposo.
• Las lipoproteínas de densidad intermedia (IDL) son intermedias entre VLDL y LDL. Generalmente no son detectables en la sangre al ayuno.
• Las lipoproteínas de baja densidad (LDL) llevan 3.000 a 6.000 moléculas de grasa (fosfolípidos, colesterol, triglicéridos, etc.) alrededor del cuerpo. Las partículas LDL son a veces conocidas como "bad" lipoproteína porque concentraciones, dosis relacionadas, correlacionan con la progresión de la aterosclerosis.
  • grandes partículas flotantes LDL (Lb LDL)
  • pequeñas partículas densas LDL (sd LDL)
  • Lipoproteína(a) es una partícula de lipoproteína de un fenotipo determinado
• Las lipoproteínas de alta densidad (HDL) recogen moléculas de grasa de las células/tissuas del cuerpo y las llevan al hígado. Las HDL a veces se denominan lipoproteína "buena" porque las concentraciones superiores se correlacionan con bajas tasas de progresión y/o regresión de la aterosclerosis.

Para sujetos de investigación jóvenes y saludables, ~70 kg (154 lb), estos datos representan promedios entre los individuos estudiados, los porcentajes representan el % de peso seco:

Sin embargo, estos datos no son necesariamente confiables para ningún individuo o para la población clínica general.

Alfa y beta

También es posible clasificar las lipoproteínas como "alfa" y "beta", según la clasificación de las proteínas en la electroforesis de proteínas séricas. Esta terminología se utiliza a veces para describir trastornos de los lípidos como la abetalipoproteinemia.

Subdivisiones

Las lipoproteínas, como LDL y HDL, se pueden subdividir en subespecies aisladas a través de una variedad de métodos. Estos se subdividen por densidad o por el contenido de proteína/proteínas que llevan. Si bien la investigación está actualmente en curso, los investigadores están aprendiendo que las diferentes subespecies contienen diferentes contenidos de apolipoproteínas, proteínas y lípidos entre las especies que tienen diferentes roles fisiológicos. Por ejemplo, dentro de las subespecies de lipoproteínas HDL, un gran número de proteínas están implicadas en el metabolismo general de los lípidos. Sin embargo, se está dilucidando que las subespecies de HDL también contienen proteínas involucradas en las siguientes funciones: homeostasis, fibrinógeno, cascada de coagulación, respuestas inflamatorias e inmunitarias, incluido el sistema del complemento, inhibidores de la proteólisis, proteínas de respuesta de fase aguda y la proteína de unión a LPS., metabolismo del hemo y del hierro, regulación plaquetaria, unión a vitaminas y transporte general.

Estudios

La aterosclerosis es la principal causa de enfermedad de las arterias coronarias. Y, la cardiopatía isquémica es la principal causa de mortalidad en el mundo. Muchos estudios han examinado las posibles correlaciones entre la incidencia de la enfermedad y las concentraciones de partículas de lipoproteínas plasmáticas en la sangre. Existen hipótesis para las posibles causas pero ninguna ha sido probada hasta la fecha. Estos estudios han mostrado correlación (y la correlación no implica causalidad) entre la aterosclerosis y las concentraciones de partículas. Se necesitan estudios dirigidos específicamente a diferentes fenotipos para determinar si la cantidad de partículas es una reacción a la composición de la dieta. Los científicos ciudadanos están intentando hacer eso.