background image

                                            

BLOOD LIPOPROTEINS 

 

● Lipids absorbed from diet (exogenous) and lipids synthesized in the   
     body (endogenous) are transported in the blood between the various   
    tissues for oxidation or storage as lipoproteins . 
 
General Structure of Lipoprotein (LP) :

 

  

● Lipoprotein molecule in general consists of a non-polar inner core made   
    up of triglycerides and cholesterol esters surrounded by a single surface   
    layer of amphipathic phospholipids and cholesterol molecules with their   
    polar heads facing outward to the aqueous medium and then complexed   
    with proteins . 
● The protein part of lipoprotein is called apolipoprotein or apoprotein .   
One or more apoprotein are present in each   lipoprotein ; some are 
integral and essential for lipoprotein formation  while others are 
peripheral and free to transfer from one type of  lipoprotein into another . 

 

     

Functions of apoproteins : 

 

1.  all apoproteins function in making lipid particles water-soluble . 
2.  some form integral part of the structure of lipoprotein . 
3.  some act as activators or inhibitors of enzymes involved in 

lipoprotein metabolism . 

4.  others act as ligand for binding receptors in cell membranes of 

tissues mediating the uptake of lipoproteins by tissues .  

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
     
 
 
  

 
 


background image

 
Separation & Classification of Lipoproteins :  

 

A

 – 

Separation by Centrifugation :

  

      ● plasma lipoproteins are separated depending on their density by   
         high-speed centrifugation into four major classes : 

   I   -   Chylomicrons .                         
   II  -   Very low density lipoprotein (VLDL)  
   III -   Low density lipoprotein (LDL) .  
   IV -   High density lipoprotein ( HDL ) . 
 

      

 

lipoproteins with high lipid content have low density and float on   

          centrifugation whereas lipoproteins with high protein content have  
          high density and sediment easily . 

 

 
 
 
 

 
   

 
 

   
                                                                                                                                        
 
 
 
 
 
 
 

        ● Free fatty acids ( FFA ) are transported in plasma combined to   
           albumin  ; is not classified as lipoprotein but is metabolically most   
           active . 

 

B – Separation by Electrophoresis:  
       Apoproteins are charged particles and therefore lipoproteins can be   
       separated by electrophoresis into 4 major classes depending on the   
       amount and nature of apoproteins: 
 

I- 

Chylomicrons . 

II- 

β –lipoprotein : corresponds to LDL . 

III- 

pre-

β-lipoprotein : corresponds to VLDL . 

IV- 

α –lipoprotein : corresponds to HDL . 

      

 Free fatty acids move faster towards the anode . 

                        


background image

                         
                                      

LIPOPROTEIN METABOLISM 

 
Chylomicron metabolism ( exogenous lipid cycle )

 : 

 

● Chylomicrons are synthesized by the intestinal cells from exogenous   
    lipids ; are secreted  into the chyle of the lymphatic system and enter the   
    blood via the thoracic duct .  
● Chylomicron metabolism represent exogenous lipid cycle and function   
    in the transport of the exogenous lipids (mainly triglycerides) into   
    tissues for metabolism . 
● Chylomicrons begin to enter the blood within 1-2 hours after the start of   
    a meal and continue to enter the blood for many hours .  
● Newly formed chylomicrons are called nascent chylomicrons and are   
    rich in exogenous triglycerides ( 90% ) , therefore are the least dense of   
    the lipoproteins , and contain only the apoproteins apo B & apo-A ;   
    both synthesized by the intestinal cells . 
● Nascent chylomicrons accepts apoproteins particularly apo-E & apo-C   
   from lipoprotein- HDL within the lymph and blood and they become   
   "mature" chylomicrons . 
● The main sites of chylomicron metabolism are adipose tissue and   
    muscles ( skeletal & cardiac ) . The triglycerides of chylomicrons are   
    hydrolyzed into fatty acids and glycerol by the enzyme lipoprotein   
   lipase (LpL) located in the membranes of the capillary endothelial cells   
    in these tissues .  

-  In adipose tissue , the fatty acids released are re-esterified and 

stored as triglycerides .  

-  In muscles and other tissues , the fatty acids are oxidized for energy . 
 

● Normally , half-life of chylomicrons in blood is about one hour ; about   
    90% of triglycerides in chylomicrons are metabolized by extrahepatic   
    tissues and so they shrink in size and the portion of a chylomicron that   
    remains in the blood after LpL action is known as  chylomicron    
    
remnants which are rich in cholesterol ( free + esterified ) and contain   
    only apo B and apo-E . The other apoproteins ( apo-A & apo-C ) are   
    transferred to HDL . 

 

● Chylomicron remnants bind to receptors on hepatocytes (mediated by   
   apo-E ) and the remnants are taken up by the process of endocytosis .   


background image

   The proteins and lipids of the remnants are degraded by lysosomal        
enzymes . 

                                                                                                            

 

 
Notes : 

1.  Apo-C activates LpL ; lack of apo-C results in slow clearance of 

chylomicrons from circulation .  

2.  The enzyme LpL is absent from liver so mature chylomicrons are not 

metabolized by liver . 

3.  Chylomicron cholesterol is mostly delivered to liver . The resultant 

increase of the free cholesterol pool inhibits de novo synthesis of 
cholesterol .  

 

 

 
 
                                  

*************************************** 

 
 
 
 
 
 


background image

 
 
 
                                                                                                                                      

Metabolism of VLDL( Endogenous lipid cycle ) : 

● Endogenous triglycerides synthesized in the liver are packaged with   
    cholesterol , phospholipids , and proteins to form VLDL .  
● The major apoprotein of VLDL is apo B-100 (also synthesized in the 
liver) ;  there is one long apo B-100 molecule for each VLDL particle .  
● VLDL are secreted by the liver into circulation and function in the   
    transport of endogenous triglycerides into peripheral tissues ( mainly   
    adipose & muscle ) .  
● VLDL accepts apo-C and apo-E from HDL in the blood .  
● In peripheral tissues , the enzyme LpL hydrolyzes the triglycerides in   
   VLDL and the fatty acids released to be stored or oxidized for energy .   
   fatty acids of VLDL are mainly esterified and stored in adipose tissue.  
 
● As the triglyceride content of VLDL decreases by LpL digestion , apo-C   
    returns to HDL and  the VLDL is converted to intermediate density   
    
lipoprotein (IDL) . There are two possible fates for IDL: 
 

(a) - may return to the liver and degraded by lysosomal enzymes . 
(b) - major fraction of IDL transfers apo-E and triglycerides to HDL  
        in exchange for cholesterol ( esterified ) and in this way IDL is   
        converted to low density lipoprotein ( 
LDL ) . 

● Most of the cholesterol secreted by liver in VLDL is retained in IDL and   
    ultimately in LDL .  

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


background image

                                (  Metabolism of  VLDL and production of LDL ) 

 

Notes : 

 
1.  The LpL in the capillaries of muscle cells has higher affinity for   

     triglycerides thus muscle cells can obtain fatty acids from the blood    
     lipoproteins, chylomicrons and VLDL , as a source of energy even   
     when the blood concentrations of these lipoproteins are low . 
 

2.  The LpL in adipose tissue has low affinity for triglycerides and is 

most active only following a meal when blood levels of chylomicrons 
& VLDL are elevated . 

 
 

                     

******************************************* 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


background image

                                                                                                                                  

Metabolism of low density lipoproteins ( LDL ) : 

● LDL are cholesterol rich lipoproteins containing only apo B-100 and   
   derived mostly from VLDL  .  
● LDL function in the transport of cholesterol mainly from liver into   
   peripheral tissues . 
  * About 75% of plasma cholesterol ( mostly esterified ) is present in LDL   
     and is of two origins :  

   a - cholesterol ( free & esterified ) secreted by liver in VLDL and   
         retained during  formation of LDL . 
b - cholesterol ( esterified ) obtained from HDL in exchange for   
      triglycerides . 

 

   LDL internalization into cells by LDL receptors :  

 LDL

 

particles are taken up by tissues by the process of endocytosis   

   mediated by LDL receptors located on the cell membranes which bind   
   the apoproteins of LDL ( apo B-100 & apo-E ) . 
  * hepatic cells and the cells of adrenal cortex contain the highest number   
      of LDL receptors . 
 
● Inside the cells , LDL particles are digested by lysosomal enzymes and     
    the free cholesterol released within the cells has the following fates :  

  1.  incorporated into cell membrane to maintain stability . 
  2.  used in the synthesis of steroid hormones specially in adrenal cortex   
        and gonads . 
  3. re-esterified ,  for storage in the cell , catalyzed by the enzyme  

      

Acyl CoA-Cholesterol Acyl Transferase

 ( 

ACAT

 ) 

which uses   

      monounsaturated or saturated fatty acids for esterification . 

       

4. removed from the cell  and esterified by the enzyme  

     Lecithin-Cholesterol- Acyl Transferase ( LCAT ) and transported to   
      liver and excreted . 

 

● high intracellular free cholesterol level depress synthesis of LDL   
    receptor protein . This mechanism is called down-regulation of receptor   
    synthesis . 
 ● Liver controls the plasma levels of LDL cholesterol since :  
      a- LDL receptors are present in highest concentration in hepatic cells ;   
           70% of LDL is degraded in liver and 30% in extrahepatic tissues .  
       b- the liver is the only organ that can excrete cholesterol through bile   
            and also converts cholesterol to bile acids . 

                                                                                                                                       


background image

                         

 [ LDL internalization and fate of cholesterol within the cell ] 

 

 

Mechanism of action of Statin drugs : 
 
Statin drugs inhibit the enzyme HMG-CoA reductase and decreases  
the rate of synthesis of cholesterol in cells . As cellular cholesterol level  
decrease , the synthesis of LDL receptors increase and thus the uptake of 
LDL by cells is increased and consequently the blood cholesterol level 
decreases .  

 

Macrophage Scavenger Receptor for LDL internalization :  
●Macrophages have nonspecific receptors called ″scavenger receptors″   
   that bind various types of molecules including oxidized LDL particles .   

 *  LDL particles are oxidized by reactive oxygen species ( O

2

 , NO

 , &   

     H

2

O

2

 ) ; percentage of oxidized LDL increases as the concentration of   

     LDL in blood rises .  
                                              

 

●Scavenger receptors are not subject to down regulation ; this allows 
   macrophages to take up oxidized LDL continuously .  

 
                                                                                                                                    


background image

● As macrophages become filled with lipid ( LDL ) they are called foam     
   cells .
 
● When the endothelial cells of the artery wall are injured , foam cells   
    accumulate in the subendothelial space of blood vessels . This forms  
    the earliest sign of a developing atherosclerotic plaque known as a  
    fatty streak ; this is the basis of atheroseclorosis which is the major   
cause of cardiovascular pathologies  like hypertension and ischaemic heart 
disease .   

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                      

******************************************** 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


background image

 
 
                                                                                                                                                            

Metabolism of High Density Lipoprotein ( HDL ) :  
 

● HDL is synthesized in the liver and gut .

  

● Nascent HDL particles are small and consists of  phospholipid   
    bilayers containing apo-A , apo-C , apo-E and free cholesterol .

  

● HDL contains a much higher percentage of its weight as protein and a   
    much lower percentage as triglycerides than other lipoproteins and   
    therefore is the most dense . 

 

● HDL function is the transport of free cholesterol from peripheral tissues   
    and other lipoproteins to liver to be excreted in the bile . Therefore ,   
    HDL is known as " Good Cholesterol " and HDL is considered anti-  
    atherogenic and also termed as " Highly Desirable Lipoprotein " . 
 
● HDL particles pick up free cholesterol from cell membranes and other   
    lipoproteins and converts it to cholesterol esters by a reaction catalyzed   
    by the enzyme Lecithin Cholesterol Acyl Transferase ( LCAT ) . This   
    enzyme is present in plasma and is activated by the apo-A of HDL . 

 
 

● As HDL particles fill with cholesterol esters , they become large and   
    spherical in shape known as HDL

3

 .

  

● HDL

3

 exchange cholesterol esters with lipoproteins VLDL ,IDL & LDL 

in  exchange for triglycerides . This process is mediated by Cholesterol   
    
Ester Transfer Protein (CETP) . 

● 

As a result of the transfer of lipids and apoproteins between HDL

3

 and   

    other lipoproteins , the HDL

3

 particles become mature and termed   

    HDL

2

 .  

● Mature HDL particles (HDL

2

 ) has two fates : 

(a)  are taken up by the liver cells by apo-A mediated receptors and fully    
      degraded . 
 (b) binds to scavenger receptor  and cholesterol ester is   
      selectively delivered to the liver cells to be excreted  . 

● The transfer of cholesterol from tissues to the liver is known as reverse 
cholesterol transport  .

                                                                                   

 


background image

 
 
 
 
 

 

 

 

 

                                         

********************************** 

                                                                                                                                    
                                             

LIPID  DISORDERS  

 

●Lipid disorders are the commonest metabolic disease in clinical practice ;   
   some hyperlipidemia ( hyperlipemia ) are associated with coronary heart   
   disease ( CHD ) . 

 

● Classification of lipid diseases based on lipoprotein analysis is of more   
    value in understanding abnormalities of lipid metabolism than one   
    based on chemical analysis only ( i.e. estimation of triglycerides &   
    cholesterol ) because all lipoproteins contain cholesterol and   
    triglycerides in different proportions .  

 

● Lipoprotein disorders are best detected by electrophoresis . Once the   
    type of lipoprotein disorder is identified by electrophoresis , the next   
    step is to decide if it is a primary or secondary phenomenon . 

 
 


background image

Hypolipoproteinemia : Primary lipoprotein disorders due to inherited 
defect : 
 
1 . Abetalipoproteinemia :  

     

Defect in loading apo-B with lipid . No chylomicron , VLDL &  LDL are   

     formed . Lipid accumulate in intestine and liver . Fat-soluble vitamins   
     are not absorbed causing mental and physical retardation and may be   
     blindness . Serum TG , Cholesterol and Phospholipids are all very low . 
 
2 . Familial alpha lipoprotein deficiency : Low or absence of HDL : 

     

 

(a)  Tangier disease : absence of protein that transfer cholesterol  
                                        to HDL ( absence of ABC-1 ) . 
 
(b)  Fish-Eye disease : apo-A deficiency . 

 
 

 

Hyperlipoproteinemia:

 May be primary or secondary to other diseases: 

 

Type I

 

( Familial LpL deficiency )

 : 

there is LpL deficiency or inactive LpL   

                         due to deficiency of apo-C . slow clearance of chylomicrons   
                         & VLDL from plasma . Triglyceride is high and deposits in   
                         tissues causing xanthoma . Cholesterol is normal . 

                                                                                                                                                                                          

Type II ( Familial hypercholesterolemia)

 : 

most common . LDL receptor   

                        defect

 

so LDL level is elevated  . Cholesterol level is high   

                        but triglyceride is normal . Xanthomatosis and   
                        cardiovascular disease at an early age . 

 

Type III ( Broad Beta Disease ) : abnormal apo-E . Defective binding  
                        to liver receptors and so deficient clearance of remnant   
                        chylomicron & VLDL . Plasma cholesterol and  triglyceride   
                        are both elevated . Xanthomatosis and atherosclerosis . 

 

Type IV ( Familial hypertriglyceridemia ) :

 

overproduction of VLDL .

 

 


background image

Type V  Hypertriglyceridemia :

 

secondary to other causes . High TG both 

endogenous and exogenous origin . 

              

[ Classification of hyperlipoproteinaemia by lipoprotein electrophoresis  ]

  

 
 

 
 
 
 
 
NOTE 

● Blood for lipoprotein electrophoresis is taken after a fast of 14-16 hours   
    and is centrifuged ; the supernatant plasma or serum is examined .  
● Visual turbidity in a fresh serum specimen indicate raised triglyceride . 
● Distinction between turbidity due to exogenous TG ( chylomicrons ) and   
    that due to endogenous TG ( VLDL ) is made by allowing plasma to   
    stand overnight . Raised exogenous TG form a creamy layer on the   
    surface whereas endogenous TG remain dispersed . 

                                  

 

**********************************************

                 

       

 




رفعت المحاضرة من قبل: Ismail AL Jarrah
المشاهدات: لقد قام 4 أعضاء و 145 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل