Una lipoproteina è un composto organico formato da una proteina coniugata con una componente lipidica. I lipidi possono essere legati alle proteine mediante legame covalente o non covalente. Molti enzimi, proteine strutturali delle membrane cellulari, antigeni, adesine e tossine sono lipoproteine, così come i citocromi nei mitocondri o nei cloroplasti e le lipoproteine batteriche. I lipidi sono una parte essenziale della lipoproteina. Per isolare le lipoproteine transmembrana dalle membrane in cui sono inserite, è necessario l'uso di detergenti.
Le lipoproteine plasmatiche sono aggregati macromolecolari di elevato peso molecolare e di dimensioni da una decina ad alcune centinaia di nanometri, costituiti da proteine (apo-proteine) e da diverse centinaia di biomolecole (molecole organiche) idrofobe e anfipatiche. Tali aggregati hanno la funzione di raccolta e di trasporto nel plasma di lipidi, in particolare di trigliceridi, colesterolo libero (colesterolo non esterificato) e colesterolo esterificato, che sono insolubili in acqua. Le lipoproteine presentano una struttura micellare (vedi micella) formata da: un mantello esterno anfipatico composto da apo-proteine e da un singolo strato di fosfolipidi e colesterolo libero, che consente la solubilità in acqua dell'intero complesso macromolecolare; un nucleo interno idrofobico contenente lipidi apolari (colesterolo esterificato e trigliceridi). Le lipoproteine plasmatiche sono classificate in: chilomicroni, lipoproteine a densità molto bassa (VLDL), lipoproteine a densità intermedia (IDL), lipoproteine a bassa densità (LDL), lipoproteine ad alta densità (HDL), lipoproteine a (Lpa).
Struttura delle lipoproteine plasmatiche
Le lipoproteine plasmatiche appaiono come particelle sferiche visibili esclusivamente al microscopio elettronico. I chilomicroni e le VLDL sono sufficientemente voluminose da riflettere la luce incidente, per cui possono rendere torbide o lattescenti il plasma e le soluzioni in genere. Nel caso delle altre particelle più piccole (LDL e HDL) che non riflettono la luce, la soluzione è limpida.
Il diametro della lipoproteina è direttamente dipendente dal volume del nucleo interno (core), composto dai lipidi trasportati (trigliceridi e colesterolo esterificato), cosicché le particelle ricche di trigliceridi (chilomicroni e VLDL) sono di gran lunga le più voluminose e le meno dense. Tutte le lipoproteine però hanno una densità inferiore (<1,21 g/ml) rispetto alle altre proteine plasmatiche. Il core è del tutto apolare e interagisce con la faccia interna apolare dell'involucro fosfolipidico. L'involucro a sua volta è composto da tre principali tipi di molecole: un primo di natura proteica, le apolipoproteine (abbreviate in apo), e due di origine lipidica, i fosfolipidi e il colesterolo non esterificato. La superficie delle lipoproteine plasmatiche è caratterizzata dall'essere idrofila, pertanto non presenta problemi di interazione con l'ambiente acquoso esistente nei vasi sanguigni, nei vasi linfatici e nelle cellule. Le cariche ioniche della superficie condizionano il comportamento elettroforetico delle diverse classi di particelle lipoproteiche.
Le apoliproteine svolgono l'essenziale funzione di definire il destino delle singole particelle. Le lipoproteine prodotte a livello del tenue (chilomicroni) esprimono come componente specifica l'apoproteina B48 (apoB48), mentre quelle sintetizzate nel fegato (VLDL e derivati metabolici) presentano come costituente specifico apoB100; in ciascuna lipoproteina è presente una sola molecola di apoB. Sia i chilomicroni che le VLDL e le IDL plasmatiche contengono inoltre diverse molecole di apoE, che vengono riconosciute dagli specifici recettori delle cellule del fegato (LDL Receptor-like Protein: LRP) che portano alla rimozione epatica di tali lipoproteine. Alla apoB e alle apoE si aggiungono le apolipoproteine di classe C con funzioni correlate alla metabolizzazione dei trigliceridi: apoCII attiva la lipoproteinlipasi e apoCIII la inibisce. Le LDL contengono solo apoB100, riconosciuta dai recettori per le LDL o LDLR (ubiquitari nelle cellule nucleate) che consentono l'internalizzazione del colesterolo nelle cellule di tutti i tessuti. Le HDL esprimono invece apolipoproteine di classe apoA; in particolare le apoAI favoriscono l'immagazzinamento di colesterolo esterificato nella particella, in quanto cofattori dell'enzima lecithin:cholesterol acyltransferase (LCAT), catalizzatore della formazione di esteri del colesterolo. La Lp(a) ha una composizione simile alle LDL, ma ne differisce per la presenza dell'apolipoproteina (a), o apo(a), sintetizzata nel fegato e legata all'apoB100.
Classificazione delle lipoproteine plasmatiche Le lipoproteine sono generalmente divisibili in due macrogruppi: le lipoproteine legate all'apoB, che mediano il trasporto di colesterolo e trigliceridi da fegato e intestino verso i tessuti periferici; le lipoproteine non legate all'apoB, che raccolgono il colesterolo a livello dei tessuti periferici per portarlo al fegato.
Classificazione secondo densità
In base al frazionamento con l'ultracentrifuga, che si fonda sulla densità delle particelle, si identificano alcune categorie generali di lipoproteine, elencate in ordine dalla più grande e meno densa (più grasso che proteina) alla più piccola e più densa (più proteina e meno grasso): chilomicroni - le meno dense, sintetizzate a livello dell'intestino tenue, veicolano soprattutto trigliceridi e colesterolo introdotti con la dieta e sono dirette ai tessuti muscolare e adiposo prima di essere rimossi dal fegato come particelle rimanenti. Sono presenti in circolo soltanto dopo il pasto (periodo post-prandiale); Lipoproteine a densità molto bassa o VLDL (Very low density lipoprotein) - trasportano i trigliceridi sintetizzati dal fegato ai tessuti. Lipoproteine a densità intermedia o IDL (Intermediate density lipoprotein) - sono prodotti del metabolismo delle VLDL e hanno densità intermedia tra le VLDL e le LDL. Lipoproteine a bassa densità o LDL (Low density lipoprotein) - trasportano il colesterolo dal fegato alle cellule dell'organismo. Volgarmente sono riferite come le lipoproteine del "colesterolo cattivo" . Lipoproteine ad alta densità o HDL (High density lipoprotein) - recuperano il colesterolo dai tessuti e lo trasportano al fegato. Sono note come le lipoproteine del "colesterolo buono". La distinzione si opera in base al lipidogramma.
A causa della bassa densità, i chilomicroni, dopo incubazione per 12 ore a 4 °C (condizione di scarsa agitazione termica), flottano sulla superficie, formando uno strato grassoso compatto, di aspetto cremoso, mentre la soluzione sottostante rimane limpida. Ciò non accade per le VLDL che, per la densità maggiore, non galleggiano ma rimangono disperse in soluzione, cosicché anche dopo lunga incubazione la soluzione si mantiene torbida.
Classificazione secondo elettroforesi: Alfa e beta È anche possibile classificare le lipoproteine come "alfa" e "beta", a seconda della loro mobilità nella siero-elettroforesi proteica su carta o agarosio, mobilità che è in relazione alla carica negativa delle apo-proteine. Il rapporto tra beta- e alfa-lipoproteine è normalmente 1,5-2,5. L'elettroforesi su carta evidenzia 4 principali bande di lipoproteine; in ordine crescente di velocità elettroforetica si distinguono: chilomicroni, beta-lipoproteine (LDL), pre-beta-lipoproteine (comprendenti VLDL e IDL) e alfa-lipoproteine (HDL); a causa delle grandi dimensioni, i chilomicroni sono i più lenti e si fermano all'inizio della migrazione elettroforetica. Questa terminologia, utilizzata comunemente in passato, è ancora usata per descrivere alcuni disordini lipidici ereditari, come Abetalipoproteinemia e Ipobetalipoproteinemia familiare (con deficit totale o parziale di lipoproteine contenenti apoB) e Disbetalipoproteinemia familiare (con eccesso di particelle rimanenti).
Lipoproteine a Lipoproteine - Lp(a), Test diagnostico di cardiologia Normale: <14mg/dL Alto rischio: >19mg/dL
Funzione delle lipoproteine plasmatiche Tutte le cellule utilizzano e sono dipendenti dai lipidi sia come fonte di energia che come costituenti strutturali e in tutte le cellule animali il colesterolo è indispensabile per modulare la fluidità della struttura del doppio strato fosfolipidico che costituisce le membrane cellulari.
Il compito fondamentale delle lipoproteine plasmatiche è quello di trasportare i grassi nel plasma e di scambiarli con le cellule dell'organismo: il 95% circa dei lipidi plasmatici si trova nelle lipoproteine. La presenza di gruppi idrofili sulla propria superficie consente la solubilizzazione delle lipoproteine plasmatiche nella soluzione che compone il sangue. I trigliceridi e il colesterolo esterificato sono trasportati all'interno delle particelle lipoproteiche, separati dall'ambiente acquoso dalle apo-proteine e dal monostrato fosfolipidico del mantello. Le lipoproteine trasportano anche alcune vitamine liposolubili (vitamina A e vitamina E).
I chilomicroni, sintetizzati nell'intestino durante il periodo post-prandiale, trasportano i grassi alimentari provenienti dall'assorbimento intestinale, mentre le VLDL, sintetizzate nel fegato, veicolano i grassi endogeni elaborati dal fegato durante il periodo di digiuno. I chilomicroni e le VLDL subiscono l'azione idrolitica delle lipoproteinlipasi, le quali scindono i trigliceridi del core in acidi grassi e glicerolo, al fine di fornire substrati energetici ai tessuti, soprattutto alle cellule muscolari (con funzioni energetiche) e al tessuto adiposo (dove verranno accumulati come riserva); dall'azione delle lipoproteinlipasi sulle lipoproteine si formano le particelle rimanenti dei chilomicroni, le IDL e le LDL. Le HDL sono responsabili del "trasporto inverso" del colesterolo dai tessuti periferici al fegato, l'unico organo in grado di eliminare il colesterolo, grazie alla secrezione nella bile. Tutte le lipoproteine contenenti apoB, ad eccezione dei chilomicroni e delle VLDL più voluminose, sono in grado di causare aterosclerosi; al contrario quelle contenenti apoAI rivestono un ruolo protettivo. Le HDL possiedono anche attività anti-ossidante, anti-infiammatoria e anti-trombotica.
Metabolismo delle lipoproteine plasmatiche Il metabolismo delle lipoproteine plasmatiche è un processo complesso. Queste lipoproteine vengono metabolizzate ad opera di una serie di enzimi: enzimi idrolitici (lipasi), la lipoproteinlipasi endoteliale (LPL), la lipasi endoteliale (EL) e la lipasi epatica (HL), situati sulla superficie delle cellule endoteliali arteriose e capillari e su quella delle cellule endoteliali dei sinusoidi del fegato, le quali rimuovono trigliceridi e fosfolipidi dalle lipoproteine plasmatiche, consentendone l'utilizzo da parte dei tessuti (vedi Endotelio - Metabolismo delle lipoproteine); enzimi di trasferimento di acidi grassi (lecitin-colesterol-aciltransferasi o LCAT), di fosfolipidi (proteina di trasferimento dei fosfolipidi o PLTP) e di colesterolo e trigliceridi (proteina di trasferimento degli esteri di colesterolo o CETP).