Клиническая биохимия жирных кислот, липидов и липопротеинов

В . Н .  Т и т о в

Клиническая биохимия

жирных кислот, липидов и липопротеинов

В.Н. Титов

КЛИНИЧЕСКАЯ БИОХИМИЯ 
ЖИРНЫХ КИСЛОТ, 

ЛИПИДОВ И ЛИПОПРОТЕИНОВ

Москва 2008

УДК 
616.13-004.6-002 
ББК 
54.101/.102 
Т45

Титов В.Н. Клиническая биохимия жирных кислот, липидов и 
Т45 
липопротеинов. -  М.-Тверь: ООО «Издательство «Триада», 2008. -  
272 с.
ISBN 978-5-94789-279-6

Работа выполнена в Институте клинической кардиологии им. A.J1. Мясникова 
Российского научно-производственного комплекса ФГУ «Росмедтехнологии» 
Министерства здравоохранения РФ в сотрудничестве с факультетом фундаментальной медицины МГУ.

ББК 54.101/.102

ISBN 978-5-94789-279-6

© В.Н. Титов, 2008 
© Оформление
ООО «Издательство «Триада», 2008

Клиническая биохимия жирных кислот, липидов и липопротеинов

ОГЛАВЛЕНИЕ

Сокращения ................................................................................................................5

Введение....................................................................................................................... 7

Глава I. Жирные кислоты. Физико-химические свойства 
и биологическая роль. Липиды сыворотки крови -  транспортные 
формы жирных кислот.............................................................................................10

1.1. Физико-химические свойства и биологическая роль жирных 
кислот................................................................................................................10

1.2. Всасывание и ресинтез липидов в энтероцитах.
Различие этерификации ЖК спиртами в растительных 
и животных клетках. Липиды плазмы крови
как транспортные формы Ж К ................................................................... 31

Глава II. Аполипопротеины: физико-химические свойства и функция. 
Липопротеины -  липидпереносящие макромолекулы белка 
(надмолекулярные комплексы) .............................................................................40

11.1. Аполипопротеины плазмы крови и их функциональная
роль в переносе и поглощении клетками Ж К....................................... 40

11.2. Ферменты гидролиза и этерификации ЖК в крови
в составе ЛП и влияние состава ЖК в субстрате .................................57

Глава III. Структура липопротеинов высокой и низкой плотности, 
конформационные изменения апо в поглощении клетками 
липопротеинов. Рецепторный эндоцитоз липопротеинов.
Перенос холестерина от клеток к печени .......................................................... 67

111.1. Структура апоВ ЛП и изменение конформации апоВ-100 
в ЛП при переносе и поглощении клетками раздельно
н-ЖК + нена-ЖК и ЭС поли-ЖК...............................................................70

111.2. Структура ЛПВП и конформация апоА-I при переносе 
к клеткам ЭС поли-ЖК и отвозе от клеток (реверсивном 
транспорте) ХС; гетерогенность ЛПВП ................................................ 76

111.3. Различие пассивного (диффузия) и активного 
(рецепторный эндоцитоз) поглощения клетками раздельно
н-ЖК + нена-ЖК и ЭС поли-ЖК...............................................................84

3

Титов В.Н.

Глава IV. Спирты и апобелки крови. Холестерин в разных 
классах липопротеинов. Ультрацентрифугирование.
Олеиновые,линолевые и линоленовые триглицериды 
и липопротеины очень низкой плотности .........................................................90

IV. 1. Физиология, патофизиология и диагностическое значение 
ХС и ТГ в липидах сыворотки крови......................................................92

IV.2. Физиология, патофизиология, методы определения 
и диагностическое значение содержания ХС в отдельных 
классах ЛП.....................................................................................................116

Глава V. Состав жирных кислот, позиционная специфичность 
триглицеридов. Гетерогенность липопротеинов низкой и высокой 
плотности. Методы определения гетерогенности липопротеинов 
низкой плотности и диагностическое значение ............................................. 125

Глава VI. Диагностика семейных форм гиперлипопротеинемий. 
Фенотипы, типы и роль фенотипирования в этиологическом 
обосновании особенностей первичной этиологической 
профилактики атеросклероза -  специфичной диетотерапии...................... 145

VI. 1. Аполипопротеины, липопротеины и белки-векторы 
переноса Ж К .................................................................................................146

VI.2. Электрофорез ЛП и фенотипирование
гиперлипопротеинемий.............................................................................150

VI.3. Биологические основы купирования семейных форм ГЛП ....169

Глава VII. Диагностическое значение электрофореза липопротеинов 
при соматических заболеваниях -  вторичных гиперлипопротеинемиях. 
Редкие наследственные формы дислипопротеинемий ................................. 179

VII. 1. Фракции липопротеинов на электрофореграмме
при вторичных типах ГЛП........................................................................181

VII.2. Врожденные нарушения липидпереносящих белков 
цитозоля клеток.......................................................................................... 226

Глава VIII. Современные физико-химические методы
фенотипирования гиперлипопротеинемий. Диагностическое
значение концентрации аполипопротеинов и белков-векторов.................231

Заключение.............................................................................................................. 264

4

Клиническая биохимия жирных кислот, липидов и липопротеинов

СОКРАЩ ЕНИЯ

АЛБ
альбумин
Апо
аполипопротеин
Арахи
арахидоновая жирная кислота
БПЖК
белок, переносящий жирные кислоты
БПЭХ
белок, переносящий эфиры холестерина
гиперИНС
гиперинсулинемия
гиперТГ
гипертриглицеридемия
гиперХС
гиперхолестеринемия
ГЛГ
глицеролгидролаза
ГЛЮ
глюкоза
ДГ
диацилглицериды
ДК
диеновые конъюгаты
Докоза
докозагексаеновая жирная кислота
ДС
двойные связи
ЖК
жирные кислоты
ИНС
инсулин
ЛП
липопротеины
л п в п
липопротеины высокой плотности
л п н п
липопротеины низкой плотности
л п о н п
липопротеины очень низкой плотности
л п л
пре-л-ЛП, л-ЛП, .
липопротеинлипаза

пост-л-ЛП
прелигандные, лигандные и постлигандные ЛП
ЛТ
лейкотриены
ЛХАТ
лецитин-холестерин-ацилтрансфераза
МБПТ

"
микросомальный белок, переносящий 
триглицериды
МГ
моноацилглицериды
МД
малоновый диальдегид
моно-ЭХС
моноеновые эфиры холестерина
нена-ЖК
ненасыщенные жирные кислоты
н-ЖК
насыщенные жирные кислоты

5

Титов В.Н.

НЭЖК 
-  
неэтерифицированные жирные кислоты
Пальм 
-  
пальмитиновая жирная кислота
ПГ 
-  
простагландины
ПОЛ 
-  
перекисное окисление липидов
поли-ЭХС 
-  
полиеновые эфиры холестерина
ПЦ 
-  
простациклины
РАПП 
-  
рецепторы активации пролиферации пероксисом
СМЖ 
-  
спинно-мозговая жидкость
ТГ 
-  
триглицериды
ТХ 
-  
тромбоксаны
ФЛ 
-  
фосфолипиды
ФС 
-  
фосфатидилсерин
ФХ 
-  
фосфатидилхолин
ФЭ 
-  
фосфатидилэтаноламин
ХМ 
-  
хиломикроны
ХС 
-  
холестерин
Эйкоза 
-  
эйкозапентаеновая жирная кислота
ЭС поли-ЖК 
-  
эссенциальные полиеновые жирные кислоты
ЭХС 
-  
эфиры холестерина

6

Клиническая биохимия жирных кислот, липидов и липопротеинов

ВВЕДЕНИЕ

Последняя треть XX века для биологии и медицины ознаменована 
проведением больших многоцентровых кооперативных исследований, применением методов биостатистики и метаанализа, реализацией принципов 
доказательной медицины, элементов стандартизации и новых аналитических 
приемов исследования в клинической химии. Это позволило объективно 
оценить распространенность метаболических нарушений, которые являются 
причиной такой «пандемии» патологии, как атеросклероз, артериальная гипертония, диабет, ожирение и метаболический синдром. В многочисленных 
проспективных исследованиях, начиная с Программы липидных клиник в 
США, Канаде, Израиле и СССР, показана достоверная, позитивная коррелятивная и клиническая зависимость между всеми этими нозологическими 
формами. Начиная с XXI века все более четким становится тесное взаимоотношение каждого из этих заболеваний с диагностическими тестами воспаления (синдромом воспаления), которое инициируют не только экзогенные 
патогены, но и эндогенные инициаторы воспаления -  флогогены.
Уже в XXI веке использование методических подходов общей биологии 
позволило сделать следующий шаг в понимании биологических основ происходящих нарушений. Постепенно становление физиологических функций 
в филогенезе и онтогенезе начинают рассматривать как факторы, которые 
имеют существенное значение в этиологии и патогенезе метаболических 
нарушений; происходит понимание принципов становления физиологичной 
компенсации врожденных нарушений метаболизма в эмбриогенезе. Однако 
мы еще не готовы к пониманию тесной взаимосвязи (общности) патогенеза 
артериальной гипертонии, атеросклероза, сахарного диабета, метаболического синдрома и ожирения.
Не менее важной задачей в снижении частоты метаболических нарушений и совершенствовании диагностического процесса является улучшение 
аналитического оборудования и материально-технического оснащения 
клинико-диагностического процесса. Вместе с тем основным, по нашему 
мнению, является преодоление клиническими биохимиками и клиницистами закостенелого понимания диагностического значения биохимических 
тестов для оценки липидтранспортной системы крови. Понимание того, что 
липопротеины -  это липидтранспортные макромолекулы, которые, главным

7

Титов В.Н.

образом, предназначены для переноса к клеткам жирных кислот в форме 
полярных и неполярных липидов, во многом приближает нас к пониманию 
патогенеза атеросклероза и сформирует методы эффективной первичной и 
вторичной профилактики.
Разные классы липопротеинов обеспечивают клеткам возможности 
раздельно поглощать насыщенные + ненасыщенные и эссенциальные полиеновые жирные кислоты как путем пассивной диффузии, так и путем 
активного рецепторного эндоцитоза. Изменение количества и качественного 
состава жирных кислот в пище, врожденные нарушения структуры ферментов липолиза и рецепторов для разных классов липопротеинов, усиление 
эндогенного синтеза жирных кислот и функциональное взаимоотношение 
между активным и пассивным поглощением клетками жирных кислот являются теми патогенетическими факторами, которые объединяют разные типы 
гиперлипопротеинемии, атеросклероз, метаболический синдром, диабет и 
отдельные варианты артериальной гипертонии. Этиологически все эти заболевания являются патологией жирных кислот, изложению чего и посвящена 
предлагаемая читателям книга.
Основной мыслью, которую мы пытаемся донести до читателя, является 
та, что до последнего времени одни исследователи детально характеризовали 
спектр жирных кислот сыворотки крови, иные изучали свойства и физикохимические особенности отдельных классов липидов, третьи авторы дали 
исчерпывающую характеристику всему семейству аполипопротеинов и 
каждому апобелку в отдельности. Однако до сих пор не проведено единого 
обсуждения полученной информации. В то же время мы полагаем, что только 
единение всех этих, казалось бы, разрозненных данных позволит оценить 
физиологию и патологию переноса в составе липопротеинов и поглощение 
клетками жирных кислот. Мы полагаем, что экзогенные и эндогенно синтезированные жирные кислоты являются субстратом, который необходимо 
донести до каждой из клеток, все липиды в плазме крови являются транспортными формами жирных кислот, апобелки -  это специализированные 
транспортные протеины, а все липопротеины являются липидпереносящими 
макромолекулами белка. Поэтому для понимания принципов функционирования системы переноса к клеткам и поглощения ими экзогенных субстратов 
необходимо жирные кислоты, все липиды, все апобелки и липопротеины 
в плазме крови рассматривать вместе, как единую систему. К настоящему 
моменту этого пока еще не сделано.
Для более полного восприятия сформированных природой систем, в 
частности системы липопротеинов, мы предлагаем прибегнуть к помощи 
фундаментальной медицины, которую мы рассматриваем как раздел медиI

Клиническая биохимия жирных кислот, липидов и липопротеинов

цинских знаний, в котором для выяснения этиологии и патогенеза наиболее 
распространенных заболеваний человека используют методические подходы 
общей биологии, такие, как единение структу ры и функции, единая технология становления в филогенезе функциональных систем, единение основных 
этапов фило- и онтогенеза. Эти методические приемы позволяют проследить 
становление и совершенствование функциональных систем на разных ступенях филогенеза и таким путем понять не только пути их совершенствования, 
но и становление в эмбриогенезе (онтогенезе) компенсаторных процессов 
при спонтанных мутациях.
Учитывая, что специалисты по клинической биохимии, возможно, вра- 
чи-клиницисты и студенты будут иметь желание прочитать не всю книгу, а 
только интересующие их главы, мы для целостности восприятия позволили себе повторить основные положения сформулированной нами теории 
атеросклероза как патологии жирных кислот в нескольких главах и с этих 
позиций изложили диагностическое значение всех методов, часть из которых 
являются новыми, а часть уже прочно вошли в арсенал диагностических 
методов. Repetition is mater studiorum.
Изложение основ биологии, физической химии, методических приемов 
определения и диагностического значения жирных кислот, липидов и липопротеинов предназначено для специалистов клинической лабораторной диагностики, клиницистов разных специальностей, эндокринологов, студентов 
медицинских институтов и биологических факультетов университетов.

9

Титов В.Н.

ГЛАВА I

Ж ИРНЫ Е КИСЛОТЫ . Ф ИЗИКО-ХИМ ИЧЕСКИЕ 
СВОЙСТВА И БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ. 
ЛИПИДЫ  СЫ ВОРОТКИ КРОВИ -  ТРАНСПОРТНЫ Е 
ФОРМЫ  Ж ИРНЫ Х кислот

Основу жизни всех экзотрофных животных составляет поступление 
извне субстратов, которые удовлетворяют потребности живого организма 
в пластическом и энергетическом материале. В биологии этот процесс назвали функцией экзотрофии, или функцией внешнего питания. Ее можно 
рассматривать с разной степенью приближения, однако становление функции 
экзотрофии на протяжении длительного филогенеза и не столь длительного 
онтогенеза претерпело и претерпевает, по сравнению с иными биологическими функциями, наиболее серьезные изменения. Мы полагаем, что функция экзотрофии включает все многочисленные превращения экзогенных 
жирных кислот (ЖК) in vivo в процессе их переноса до момента окисления 
в митохондриях или пероксисомах.
Независимо от особенностей питания, после максимально возможного 
гидролиза в кишечнике всех экзогенных субстратов (нутриентов), энтероциты 
тонкого кишечника путем жидкостного пиноцитоза (эндоцитоза) поглощают 
в кишечнике (1 ) аминокислоты (короткие пептиды), (2) моносахара глюкозу 
и фруктозу, (3) неэтерифицированные жирные кислоты (ЖК) и моноацил- 
глицериды, а также спирты (4) -  глицерин (ГЛ) и холестерин (ХС). Все они, 
за исключением спирта ХС, который синтезируется каждой клеткой многоклеточного организма in situ de novo из ацетата (уксусной кислоты), должны 
быть доставлены к каждой из клеток in vivo, преодолевая многочисленные 
физико-химические «трудности».

1.1. Физико-химические свойства и биологическая роль
жирных кислот

Основными параметрами, которые определяют специфичные физикохимические свойства Ж К (температура плавления, стерическая, трехмерная

10

Клиническая биохимия жирных кислот, липидов и липопротеинов

пространственная форма молекулы и ее реакционная способность), а также 
биологические свойства индивидуальных ЖК являются:
а) число атомов углерода в алифатической, углеводородной цепи ЖК и 
наличие карбоксильной группы;
б) наличие и число двойных связей (ДС) -С=С—;
в) четное и нечетное число атомов углерода в цепи ЖК;
г) число атомов углерода между ближайшей (левой) ДС в цепи ЖК и 
атомом С в метильной группе;
д) различие расположения даже одного и того же числа ДС по длине 
алифатической цепи;
е) существование цис- и трансизомеров ЖК при наличии ДС в цепи;
ж) наличие боковых цепей из атомов С в молекуле ЖК, а также шести- и 
пятичленных колец. Среди ЖК микроорганизмов содержится и много окисленных ЖК разной длины.
На путях эволюции природой в растительном, животном мире сформировано более 800 индивидуальных ЖК. Родоначальником ряда ЖК является 
уксусная кислота (ацетат), которая имеет 2 атома углерода и карбоксильную 
группу. В зависимости от числа атомов С в цепи ЖК подразделяют на
а) Ж К с короткой цепью (летучие, короткоцепочечные ЖК) -  С \-С8;
б) Ж К со средней длиной цепи (среднецепочечные ЖК) -  Сш-С 14;
в) Ж К с длинной цепью атомов углерода (длинноцепочечные ЖК) -  С ]б—С18;
г) Ж К с очень длинной цепью -  С:4 и более (до С38 в ткани мозга).
В зависимости от наличия ДС в углеродной цепи Ж К подразделяют 
на насыщенные (предельные -  не имеют двойных связей) и ненасыщенные 
(непредельные -  имеют ДС). У приматов и человека ЖК с короткой цепью 
(С4:0 масляная, С6:0 капроновая, С8:0 каприловая) не имеют двойных связей и 
являются насыщенными. ЖК со средней длиной ацильной цепи (С|0:0 каприловая, С12:0 лауриновая и С|4:0 миристиновая) также не имеют ДС. У приматов 
и человека наиболее короткой ЖК, которая имеет одну ДС. является только 
С]8:1 олеиновая ЖК.
Насыщенные ЖК. ЖК, которые в цепи не имеют ДС, являются насыщенными; отсутствие ДС обозначает нуль после числа атомов углерода в 
ЖК. К примеру, С4:0 -  насыщенная масляная кислота, С|8:0 -  насыщенная 
стеариновая ЖК. В н-ЖК все атомы углерода соединены одинарными ковалентными связями —С—С— и их общая формула составляет:

СН,-(СН:)п-СООН.

В насыщенной ЖК (н-ЖК) все четыре валентные электрона атома С формируют одинарные, ковалентные связи; связи -С -С - являются подвижными.

11

Титов В.Н.

Это позволяет молекуле ЖК изменять свою конформацию (пространственную 
форму) в зависимости (1) от среды (величина pH), в которой ЖК находится, 
(2) молекул, с которыми она контактирует, и (3) липидами, в состав которых 
ЖК входит. В клетках позвоночных число атомов С в молекуле ЖК всегда 
четное; это обусловлено синтезом ЖК из структурной единицы, которой 
является ацетат с двумя атомами углерода.
Нумерация атомов углерода в молекуле ЖК начинается с углерода карбоксильной группы и заканчивается атомом С метильной группы. Первый 
атом С в карбоксильной группе рассматривают как a-положение, позицию 
второго атома С обозначают как P-положение; место же последнего атома 
углерода в алифатической цепи именуют со-положением. Эту номенклатуру 
используют
а) при рассмотрении вариантов окисления ЖК в митохондриях ф-окис- 
ление) и пероксисомах (а- и со-окисление), а также
б) при построении классификации семейств нена-ЖК и ЭС полиеновых 
ЖК:

12 
11 
10 
9 
8 
7 
6 
5 
4 
3 
2 
1
СН3-С Н 2-С Н 2-С Н 2-С Н 2 СН2 CHv CHv CH, СН2-С Н 2 соон. 
со- 
Р- 
ci
Заметим, что встречающееся обозначение ЖК как ю-семейства или 
n-семейства является однозначным.
Поскольку в н-ЖК углы между валентными связями составляют 109-111 °, 
структурную форму н-ЖК можно изобразить как пилообразную. Реально 
же, в силу подвижности атомов углерода в алифатической цепи, пространственная, трехмерная форма молекулы ЖК (конформация) может быть и 
существенно иной, включая и форму плотного «клубка». В настоящее время 
описано более 800 природных ЖК; однако для понимания структуры и функции ЖК и образуемых ими липидов достаточно иметь четкие представления 
о 15-20 разных ЖК.
В качестве функционально важных представителей ЖК у млекопитающих 
in vivo приведем н-ЖК:

СН3-(СН 2)2-СООН 
масляная ЖК;

СН,-(СН)8-СООН 
каприловая ЖК;

СН3-(СН )]0-СООН 
лауриновая ЖК;

СН3-(СН 2)12-СООН 
миристиновая ЖК;

СН3-(СН 2)14-СООН 
пальмитиновая ЖК (Пальм);

12