Эндогенный синтез холестерина

174-175

Холестерин — важная составная часть клеточных мембран животных клеток (см. с. 218). Суточная потребность в холестерине (1 г) может в принципе покрываться за счет биосинтеза . При смешанной диете примерно половина суточной нормы холестерина синтезируется в кишечнике, коже и главным образом в печени (примерно 50%), а остальной холестерин поступает с пищей. Значительная часть холестерина включена в липидный слой плазматических мембран. Большое количество холестерина расходуется в биосинтезе желчных кислот (см. с. 306), часть выделяется с желчью. Ежесуточно из организма выводится примерно 1 г холестерина. Очень небольшая часть холестерина используется для биосинтеза стероидных гормонов (см. с. 364).

А. Биосинтез холестерина

Биосинтез холестерина, кап и всех изопреноидов, начинается с ацетил-КоА (см. с. 58). Углеродный скелет С 27 -стерина строится из С 2 -звеньев в длинной и сложной последовательности реакций. Биосинтез холестерина можно разделить на четыре этапа. На первом этапе ( 1 ) из трех молекул ацетил-КоА образуется мевалонат (С 6 ). На втором этапе ( 2 ) мевалонат превращается в «активный изопрен», изопентенилдифосфат . На третьем этапе ( 3 ) шесть молекул изопрена полимеризуются с образованием сквалена (С 30 ). Наконец, сквален циклизуется с отщеплением трех атомов углерода и превращается в холестерин ( 4 ). На схеме представлены только наиболее важные промежуточные продукты биосинтеза.

1. Образование мевалоната. Превращение ацетил-КоА в ацетоацетил-КоА и затем в З-гидрокси-З-метилглутарил-КоА (3-ГМГ-КоА) соответствует пути биосинтеза кетоновых тел (подробно см. рис. 305), однако этот процесс происходит не в митохондриях, а в эндоплазматическом ретикулуме (ЭР). 3-ГМГ-КоА восстанавливается с отщеплением кофермента А с участием 3-ГМГ-КоА-редуктазы , ключевого фермента биосинтеза холестерину (см. ниже). На этом важном этапе путем репрессии биосинтеза фермента (эффекторы: гидроксистерины), а также за счет взаимопревращения молекулы фермента (эффекторы: гормоны) осуществляется регуляция биосинтеза холестерина. Например, фосфорилированная редуктаза представляет собой неактивную форму фермента; инсулин и тироксин стимулируют фермент, глюкагон тормозит; холестерин, поступающий с пищей, также подавляет 3-ГМГ-КоА-редуктазу.

2. Образование изопентенилдифосфата. Мевалонат за счет декарбоксилирования с потреблением АТФ превращается в изопентенилдифосфат , который и является тем структурным элементом, из которого строятся все изопреноиды (см. рис. 59).

3. Образование сквалена. Изопентенилдифосфат подвергается изомеризации с образованием диметилаллилдифосфата. Обе С 5 -молекулы конденсируются в геранилдифосфат и в результате присоединения следующей молекулы изопентенилдифосфата образуют фарнезилдифосфат. При димеризации последнего по типу « голова к голове » образуется сквален. Фарнезилдифосфат является также исходным соединением для синтеза других полиизопреноидов, таких, как долихол и убихинон (см. с. 58).

4. Образование холестерина. Сквален, линейный изопреноид, циклизуется с потреблением кислорода в ланостерин, С 30 -стерин, от которого на последующих стадиях, катализируемых цитохромом Р450 , отщепляются три метильные группы, вследствие чего образуется конечный продукт — холестерин.

Описанный путь биосинтеза локализован в гладком ЭР. Синтез идет за счет энергии, освобождающейся при расщеплении производных кофермента А и энергетически богатых фосфатов. Восстановителем при образовании мевалоната и сквалена, а также на последних стадиях биосинтеза холестерина является НАДФН + Η + . Для этого пути характерно то, что промежуточные метаболиты можно подразделить на три группы: производные кофермента А, дифосфаты и высоко липофильные соединения (от сквалена до холестерина), связанные с переносчиками стеринов.

Обмен (метаболизм) холестерина в организме

Холестерин – это соединение, необходимое для нормального функционирования жирового обмена. Он принимает участие в выработке половых гормонов, образовании витамина D, регенерации тканей организма за счет синтеза клеточных стенок и мембран. Сегодня мы поговорим про обмен холестерина в организме человека – его роль, основные виды и этапы.

Экзогенный обмен: поступление холестерина с едой

Весь холестерин, циркулирующий в макроорганизме и принимающий участие в обмене веществ, является продуктом одного из двух синхронных механизмов его синтеза – экзогенного или эндогенного. В первом случае, экзогенном, холестерин поступает вместе с пищей. Он в большом количестве содержится в жирной, молочной и мясной еде. Метаболизм холестерина этого типа представлен на схеме:

После попадания в просвет желудочно-кишечного тракта, начинается всасывание холестерина, желчных кислот и других свободных липидов. В кишечнике они проходят ряд трансформаций и под действием ферментов превращаются в хиломикроны. Оттуда, полученные микроскопические соединения транспортируются в печеночное русло через грудной лимфатический проток.

В случае, если эти хиломикроны попадут в кровеносное русло, то при соприкосновении с окружающими тканями, они отдадут прикрепленные на них жиры. Липопротеинлипаза, находящаяся на поверхности хиломикронов, обеспечивает нормальное всасывание данных липидов, расщепляя их на глицерол и жирные кислоты.

После этого процесса, хиломикроны уменьшаются. Формируются «пустые» ЛПВП (липопротеины высокой плотности), которые переносятся в печеночную систему.

Эндогенный обмен: выработка организмом

В условиях эндогенного синтеза, холестерол вырабатывается в печени и напрямую не зависит от приема пищи. На долю этого вида обмена приходится большая часть – почти 80% холестерина синтезируется в организме печенью. Цепочка превращений эндогенного обмена представлена на схематическом изображении:

Основная часть биохимии обмена холестерина в печени заключается в прикреплении его к белкам-переносчикам. Сам по себе, холестерин – неподвижное вещество. Для того чтобы его доставить в нужный отдел организма, он должен связаться со специфическими белками – липопротеидами различной плотности. Зависимо от их плотности эти молекулы и классифицируются:

• ЛПОНП – липопротеиды очень низкой плотности
• ЛПНП – липопротеиды низкой плотности
• ЛПВП – липопротеиды высокой плотности
• Хиломикроны – особая форма белков, отвечающая за перенос экзогенного холестерола из кишечника.

Свойства связанного холестерина определяются видом белка-переносчика, к которому он прикрепился.

На первом этапе эндогенного обмена, весь холестерол крепится к ЛПОНП. В таком виде он выходит в просвет сосудов, кровоснабжающие органы и разносится как субстрат в точки приложения – мышечную и жировую ткань, железы эндокринной секреции. После этого липопротеины отдавшие жиры, оседают на периферии, уменьшаются в размерах и становятся «липопротеидами промежуточной плотности».

Запускается формирование «пустых» ЛПВП, основная цель которых – собрать избыточное количество липидных молекул-комплексов с периферии. Попав обратно в печень, липопротеиды промежуточной плотности распадаются под действием ферментов и переходят в свою постоянную форму – ЛПНП.

В таком виде циркулирует большая часть холестерола. В различных тканях есть ЛПНП-рецепторы, которые взаимодействуют с этим типом липопротеидов в крови. Основными потребителями холестерина являются:

• Мышечная ткань. Холестерол – это мощные энергетические молекулы, они нужны для нормальной мышечной работы.
• Эндокринные железы. На основе холестерина происходит синтез стероидных гормонов надпочечников и половых желез, он участвует в обмене и синтезе витамина D
• Клетки – для синтеза мембран.

ЛПНП и ЛПВП синхронно циркулируют в кровотоке и регулируют деятельность друг друга. В норме, уровень в крови ЛПНП должен быть втрое выше, чем ЛПВП.

Нарушение метаболизма холестерина

Существует три основные причины нарушения холестеринового обмена:

1. Повышенное поступление вредных липидов в организм с жирной, острой, копченой и соленой едой.
2. Нарушение экскреции. Избыток липопротеидов выводится с желчью. При воспалительных процессах или желчно-каменной болезни гепато-биллиарной системы, этот отток может нарушаться.
3. Нарушение в эндогенной цепочке превращений. В особенности – генетически детерминированные гиперхолестеринемии.

Триггерными факторами, которые способны ускорить развитие нарушений липидного обмена, являются ненормированный образ жизни с гиподинамией, вредные привычки, ожирение, бесконтрольное применение медикаментов. Дисбаланс в обмене липидов может привести к гемолизу эритроцитов, нестабильности мембран гепатоцитов и их цитолизу, токсическому поражению нервной системы, дисбалансу эндокринного обмена.

Высокий холестерин опасен развитием деструктивного сосудистого заболевания – атеросклероза. Последствия этой патологии могут не только снизить качество жизни, но и привести к летальному исходу. Важно следить за своим здоровьем, вовремя проходить медицинские обследования, придерживаться активного жизненного стиля и правильно питаться.

5 циклов синтеза холестерола — от чего зависит и почему нарушается процесс холестеринового обмена?

Постоянный синтез холестерина в организме обеспечивает работа печени. Но, кроме этого, источником соединение выступает кишечник, где обрабатывается и синтезируется липид. Реакция также происходит в коже человека. Важная роль холестерина и его функции значительна. Он позволяет вырабатывать витамин Д и гормоны. Но избыток приводит к накоплению холестерола, что опасно для работы сердца.

Общая характеристика

Холестерин получил название в 1769 году от французского химика Пулетье де ла Саль. Первоначально слово обозначало выработку вещества, которую выделяли желчные камни. В буквальном смысле его стоит переводить как «твердая желчь». Но со временем ученые доказали, что вещество — это природный спирт, поэтому корректнее его называть холестерол. Экзогенный холестерин необходим организму для выработки витамина Д, он обеспечивает энтерогепатический оборот желчных кислот, для создания клеточных мембран и транспортировки эйкозаноидов. Схема создания липида сложная и включает несколько этапов.

Где синтезируется?

Синтез холестерина происходит в таких частях тела:

• кожа;
• кишечник;
• печень.

Биосинтез холестерина — один из важнейших процессов, который происходит в теле человека. Большую часть (выше 50%) экзогенного холестерина синтезирует печень, потому что это регуляторный источник цитозоли и эндоплазматического ретикулюма. В этом же органе начинается производство гликогена. Ресинтез происходит в кишечнике: жирные кислоты соединяются со спиртами и поступают в кровь, что позволяют уменьшить их дегенеративное влияние на мембраны. Активность выработки зависит от наличия в организме сериодов, витамина D и некоторых соединений, которые отвечают за транспортировку веществ. Основные этапы метаболизма и пути использования — это производство мевалоновой кислоты, изопентенилпирофосфата, сквалена, ланостерина, холестерина.

Цикл создания

Особенности обмена холестерина в организме человека заключаются в сложности его создания. Последовательность всегда строго одинакова. В этом процессе участвуют ферменты, которые проходят несколько биохимических действий. Нарушение цикла грозит недостатком или избытком липида, что приводит к серьезным заболеваниям.

Синтез мевалоновой кислоты

Обмен холестерина начинается с создания этого соединения с помощью ГМГ-КоА-редуктаза. На первом этапе ключевой фермент ацетил-CoA-ацетилтрасфераза при слиянии двух молекул влияет на производство коэнзима А. В этом процессе превращения также участвует гидроксиметил, который позволяет из ацетила и ацетоацетила получить 3-гидрокси-3-метилглутарил-CoA. После от этого соединения отходит кофермент А, чье молекулярная формула выглядит как HS-CoA. Это приводит к синтезу мевалоната.

Производство изопентенилпирофосфата

На этой стадии синтез протекает в 4 реакции. Сначала мевалонат вместе с мевалоткиназом путем фосфорилирования становится 5-фосфомевалонатом. Затем на второй операции в обмене веществ участвует формула фосфомевалоната, которая превращается в 5-пирофосфомевалонат. После на него влияет гормон кеназ, что позволяет синтезировать 3-фосфо-5-пирофосфомевалонатом. На последнем этапе происходит декарбоксирование и дефосфорилирование, в результате чего синтезируются изопентинилпирофосфат.

Выработка сквалена

Это коротки этап в формировании спирта. Регуляторным ферментов является гидроксиметилглутарил. Скваленовый путь начинается с того, что на выработанный фермент путем изомеризации влияет диметилаллилпирофосфат. После синтез липидов обеспечивает появление электрной свези между ферментами, что приводит к конденсированию и производству геранилпирофосфата. Но при этом от связи отходит часть пирофосфата, которая появилась при биосинтезе холестерина на втором этапе.

Производство ланостерина

На этом этапе образование эфиров в печени С5 изопентенилпирофосфата соединяется с 10 геранилпирофосфата. Затем происходит конденсация и образуется фарнезилпирофосфат. От него отходит часть, которая называется пирофосфата. На последней стадии этого этапа две молекулы фарнезилпирофосфатных соеднияются и конденсируются, что создает скавален, через распад пирофосфата в клетки.

Синтез липида

Это ключевой и завершающий момент, в котором процесс включает 5 реакций. Метаболизм холестерина начинается с окисления с участием С14 ланостерина. В результате это активирует производство14-десметилланостерина. Из соединения выпадают две С4 и органелла становится зимостеролом. Следующая операция приводит к образованию δ-7,24- холестадиенола. Затем меняются двойные связи и образуется демостерол. На последнем этапе восстанавливается взаимодействие и появляется сам холестерин.

От чего зависит?

По подсчетам ученых, в день производится от 0,5 до 0,8 грамм холестерола.

Цикл создания эндогенного соединения и обмен эфиров осуществляется при помощи приблизительно 30 реакций. Основные клетки, которые участвуют в этом действии — гепатоциты печени, в которых содержится ретикулин. Эта молекула является группой жиров и углеводов. Холестерин должен контролироваться, так как избыток или недостаток приводит к серьезным заболеваниям. Биохимия и синтез холестерола зависит от микрофлоры организма, в том числе кишечника. Этот орган влияет на всасывание жиров, образования эфиров и трансформации стиролов. Большую роль играет уровень фосфолипидов, которые транспортируют жиры. Важно поддерживать их количество, так как это контролирует содержание холестерола в крови.

Нарушения обмена холестерина

Избыток холестерина

Из-за недостатка физической активности, некачественного питания и переедания появляются проблемы с накоплением пищевого холестерина. Такое нарушение появляется у людей, имеющим вредные привычки. Из-за этого на сосудах начинают скапливаться холестериновые бляшки, которые мешают циркуляции крови. В результате развиваются заболевания сердца.

Нарушение холестеринового обмена происходит из-за таких болезней:

• желчные нарушения;
• патологии печени и почек;
• эндокринные заболевания.

Вернуться к оглавлению

Недостаток метаболитов

Регуляция синтеза холестерина происходит благодаря питанию и спорту. Высокая активность (занятие спортом, танцами) сильно влияет на биосинтез холестерола. Если при этом человек не употребляет алкоголь и не курит, то у него активно снижается количество природного спирта в тканях организма. Врачи рекомендуют для уменьшения уровня молекул соблюдать правильную диету, в которой превалирует углеводная пища. Синтез подавляется также при помощи лекарств. Но люди, у которых нарушен процесс синтеза, страдают от проблем с давлением и рискуют получить сердечный приступ.