“细胞内”的脂滴,和“细胞外”的载脂蛋白/脂类复合物(就是脂蛋白)不是一个结构。脂蛋白依靠细胞表面的受体,启动内吞机制进入细胞。
脂滴的大小差别很大,直径从40nm
至100nm不等。脂滴由磷脂单分子层及中性脂构成的疏水核心构成,并且表面分布有很多蛋白。长期以来,脂滴一直被认为是一种类似于糖原的颗粒,只是用来贮存能量,当细胞需要能量时,用来供给能量,是一个“惰性”的细胞内含物,因而脂滴在很长一段时间内并未受到人们的重视。最新的研究表明,脂滴并非细胞内一个简单的能量贮存器,而是一个复杂、活动旺盛、动态变化的多功能细胞器。脂滴能够沿着细胞骨架运动,并与其它细胞器相互作用,可能在脂类代谢与存储、膜转运、蛋白降解,以及信号传导过程中起着重要的作用。另外,研究还表明,多种代谢性疾病,如肥胖、脂肪肝、心血管疾病及糖尿病、中性脂贮存性疾病和Niemann
Pick C疾病,往往都伴随着脂质贮存的异常。因此,关于脂滴的生物学研究日益受到人们的重视。
脂滴的核心是由中性脂肪组成,主要包括甘油三酯和胆固醇酯,核心外有一层单层磷脂分子及各种蛋白包裹。其中的磷脂分子主要是磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺,其次为磷脂酰肌醇。而与脂滴相关的蛋白则主要包括perilipin,ADRP和Tip47,合成“PAT”家族蛋白。近年来的蛋白质组学研究则进一步发现,甘油三酯水解酶(ATGL)及脂肪合成和胆固醇合成的许多酶类,以及与膜转运相关的蛋白如Rab18蛋白等都与脂滴相关。
2014年的报道说,人们认为,脂滴源自内质网(ER),可以从小脂滴生长为大脂滴。DNA断裂因子相似蛋白(CIDE)家族包括三个成员:Cidea、Cideb和Cidec。小鼠中Cidec被称作为脂肪特异性蛋白27(Fsp27)。CIDE家族定位于内质网、脂滴和线粒体,参与甘油三酯储存、降解以及分泌代谢,与肥胖、高血脂、糖尿病、脂肪肝等脂类代谢相关疾病有着密切关系,在调控机体脂质代谢方面扮演者重要作用。在以往的研究中,李蓬(清华大学生命科学学院副院长)课题组确定了Fsp27和Cidea在脂滴间的接触位点高度富集,通过接触脂滴之间的脂质交换以及脂质从小脂滴向大脂滴的定向转移,介导了脂滴融合和生长。此外,她们还证实了Plin1是Fsp27的激活因子,可以显著提高Fsp27介导的脂滴融合和生长。Rab蛋白是小分子GTP结合蛋白家族Ras超家族中最大的亚家族,有大约80个成员。与Ras蛋白类似,Rab蛋白蛋白可以调节细胞分化、增殖、凋亡、DNA的复制与转录,组蛋白修饰和核小体装配以及细胞骨架的形成,主要依赖囊泡途径调节细胞内信号传导。Rab8是Rab家族中的一个成员,其参与了纤毛形成、表皮极化、胆固醇运输和GLUT4运输等许多的生物学过程。研究人员确定了Rab8a作为Fsp27的直接互作子和调控因子,介导了脂肪细胞中的脂滴融合。在ob/ob小鼠肝脏中抑制Rab8a可导致较小的脂滴累积,以及肝脂质水平降低。研究人员惊讶地发现GDP结合形式的Rab8a显示出促融合活性。AS160作为Rab8a的GTP酶活化蛋白(GAP),与Fsp27和Rab8a形成三元络合物,正调控了脂滴的融合。而MSS4则通过Rab8a拮抗了Fsp27介导的脂滴融合。
既然脂滴外层是磷脂单层膜,和其它细胞器一样,其上面必然有很多脂滴蛋白,维持脂滴的结构和正常生理活动。有哪些脂滴蛋白呢?中科院生物物理所的刘平生研究员领导的团队在这领域是世界权威。在过去的10多年来,他们发展了很多提取和纯化脂滴的技术方法,通过质谱,鉴定脂滴蛋白。通过系统地研究不同生物物种、不同组织器官中的脂滴蛋白组,他们和其他实验室,报道了一些可以作为脂滴标记(markers)的蛋白。如秀丽线虫中的DHS-3和Plin-1(MDT-28)。当然,ADRP家族在很多脂滴蛋白中丰度很高。这些高丰度的脂滴蛋白不仅可以作为脂滴makers,也动态调控脂滴。因此,寻找和确定脂滴marker,或者说特定物种、特定器官和组织脂滴maker是一项重要的工作。
简单点说,脂滴也可以根据其储存的脂类分子的种类区分。脂肪细胞(白色和棕色脂肪)、大多数非脂肪细胞如肝脏、肌肉、心脏细胞等等,其脂滴储存的脂类分子主要是甘油三酯。我们知道,甘油三酯是主要的能量储存分子,这些组织器官是能量代谢的重要组织器官,其脂滴储存的脂类分子是甘油三酯就不足为奇了。另外一类是肾上腺、卵巢、附睾组织等,其脂滴的脂类分子主要是胆固醇酯,是合成各种激素的底物。
脂蛋白(lipoprotein)是一类由富含固醇脂、甘油三酯的疏水性内核和由蛋白质、磷脂、胆固醇等组成的外壳构成的球状微粒。脂蛋白对于昆虫和哺乳动物细胞外脂质的包装、储存、运输和代谢起着重要作用。
脂蛋白为血液中不溶性脂类的载体,血液中不溶性脂类与蛋白质结合在一起形成的脂质-蛋白质复合物。脂蛋白中脂质与蛋白质之间没有共价键结合,多数是通过脂质的非极性部分与蛋白质组分之间以疏水性相互作用而结合在一起。通常用溶解特性、离心沉降行为和化学组成来鉴定脂蛋白的特性。
脂蛋白中的脂质组分主要为饮食摄入以及肝脏合成的胆固醇和甘油三酯,其中胆固醇是生物膜的结构组件,其含量影响膜的稳定性、透过性和蛋白质机动性,并且是性激素和胆汁酸生物合成所必需的,而甘油三酯则是一种新陈代谢能量来源。
脂蛋白中的蛋白质组分(也常被称为载脂蛋白,apolipoprotein)主要参与脂质的运输和代谢,具有急性期响应、补体激活、免疫响应、炎症响应、蛋白酶抑制剂等重要功能。
脂蛋白中脂质与蛋白质之间没有
共价键结合,多数是通过脂质的非极性部分与蛋白质组分之间以
疏水性相互作用而结合在一起。一般认为血浆脂蛋白都具有类似的结构,呈球状,在颗粒表面是
极性分子,如蛋白质,磷脂,故具有
亲水性;
非极性分子如
甘油三酯、
胆固醇酯则藏于其内部。磷脂的极性部分可与蛋白质结合,非极性部分可与其它脂类结合,作为连接蛋白质和脂类的桥梁,使非水溶性的脂类固系在脂蛋白中。磷脂和胆固醇对维系脂蛋白的构型均具有重要作用。
所以,脂蛋白是以TG(甘油三脂)及CE(胆固醇脂)为内核,
载脂蛋白、磷脂及游离胆固醇单分子层覆盖于表面的复合体,保证不溶于水的脂质能在水相的血浆中正常运输。脂蛋白一般呈球状,CM及
VLDL主要以TG为内核,LDL及HDL则主要以CE为内核(胆固醇分别占50%和20%)。
乳糜微粒(CM)(约
500nm。LDL的尺寸在25.5nm左右。

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低密度脂蛋白ldl的结构大致可分为三层:内层,占15%的蛋白质构成核心,被一圈磷脂分子包围;中层,非极性脂类居中,并插入内外层,与非极性部分结合;外层,85%的蛋白质构成框架,磷脂的非极性部分镶嵌在框架中,其极性部分与水溶性的蛋白质等亲水基团突入周围水相,使其脂蛋白稳定地分散于水溶液中;游离胆固醇分布于三层之中。
LDL由VLDL转化而来,LDL颗粒中含胆固醇酯40%、游离胆固醇10%、TG
6%、磷脂20%、蛋白质24%,是血液中胆固醇含量最多的脂蛋白,故称为富含胆固醇的脂蛋白。血液中的胆固醇约60%是在LDL内,单纯性高胆固醇血症时,血清胆固醇浓度的升高与血清LDL-C水平呈平行关系。由于LDL颗粒小,即使LDL-C的浓度很高,血清也不会混浊。LDL中载脂蛋白95%以上为apoB100。根据颗粒大小和密度高低不同,可将LDL分为不同的亚组分。LDL将胆固醇运送到外周组织,大多数LDL是由肝细胞和肝外的LDL受体进行分解代谢。
HDL主要由肝脏和小肠合成。HDL是颗粒最小的脂蛋白,其中脂质和蛋白质部分几乎各占一半。HDL中的载脂蛋白以apoAI为主。HDL是一类异质性的脂蛋白,由于HDL颗粒中所含的脂质、载脂蛋白、酶和脂质转运蛋白的量和质均不相同,采用不同分离方法,可将HDL分为不同的亚组分。这些HDL亚组分在形状、密度、颗粒大小、电荷和抗动脉粥样硬化特性等方面均不相同。HDL将胆固醇从周围组织(包括动脉粥样硬化斑块)转运到肝脏进行再循环,或以胆酸的形式排泄,此过程称为胆固醇逆转运。
高密度脂蛋白hdl是一组不均一的脂蛋白,经超速离心和等电聚焦电泳,可把hdl分成若干亚族。各亚族具有不同的密度,颗粒大小及分子量不尽相同,脂质和载脂蛋白比例不同,经x射线衍射研究证实为三维形态结构。现有资料提示,hdl是对称的准球形颗粒,具有一低电子密度的核心的外壳。低电子密度的中心由非极性脂质所占据,高电子密度是部分由磷脂极性头和蛋白质组成的颗粒外壳。经园二色分析证实,hdl的蛋白部分有2/3是α-螺旋结构,其余为无规则结构。带电荷的极性氨基酸残基构成α-螺旋的极性面,而疏水侧链则占据另一面。氨基酸按顺序排列在螺旋区域形成两性结构。hdl的结构是α螺旋区平行于脂蛋白颗粒表面,非极性氨基酸残基伸展到颗粒的非极性核心区域;磷脂的脂肪酰链则垂直于脂蛋白颗粒表面的螺旋形载脂蛋白;胆固醇酯深埋在hdl颗粒的亲脂核心内;而游离的胆固醇可能与颗粒表面在磷脂极性头和载脂蛋白结合。
2012年的研究证明,长寿家族的HDL和LDL颗粒显著增大,后者基本上与脂蛋白和载脂蛋白的绝对水平无关。
二个IPP合成一个牻牛儿焦磷酸,一个牻牛儿焦磷酸再加一个IPP合成一个法尼焦磷酸(FPP),二个法尼焦磷酸合成一个鲨烯。
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