2.5 Біосинтез, шляхи біотрансформації та екскреція холестеролу з організму

Джерелами холестеролу для людини є продукти тварин-ного походження і його біосинтез в організмі. Холестерол синте-зується головним чином у печінці – від 0,5 до 1,0 г за добу (~50% від загальної кількості холестеролу, що синтезується), у кишечнику (~15%) і шкірі. З їжею надходить 0,3-0,5 г холестеролу на добу.

Біологічна роль. Холестерол є незамінним структурним компонентом мембран і зовнішнього шару ліпопротеїнів крові, а також попередником у синтезі кортикостероїдів, статевих гормонів, жовчних кислот, вітаміну D.

2.5.1 Біосинтез холестеролу

Субстратом для синтезу холестеролу є ацетил-КоА. Синтез холестеролу містить 35 послідовних реакцій. Умовно можна виділити 3 основні стадії синтезу: І) перетворення активного ацетату на мевалонову кислоту; ІІ) утворення сквалену з мевалонової кислоти; ІІІ) циклізація сквалену в холестерол. Біосинтез відбувається у мікросомах ЕПР і цитозолі.

І) Перетворення активного ацетату на мевалонову кислоту:

• Синтез ацетоацетил-КоА:

НS-КоА

СН₃-СО-S-КоА + СН₃-СО-S-КоА СН₃-СО-СН₂-СО-S-КоА

Ацетил-КоА Ацетил-КоА Ацетил-КоА Ацетоацетил-КоА

ацетилтрансфераза

• Конденсація ацетоацетил-КоА з ацетил-КоА:

+ Н₂О

СН₃-СО-СН₂-СО-S-КоА + СН₃-СО-S-КоА

Ацетоацетил-КоА Ацетил-КоА - Н₂О

β-окси-β-метилглутарил-КоА-

синтаза (ОМГ-КоА-синтаза)

ОН

│

НООС-СН₂-С-СН₂-СО-S-КоА + НS-КоА

‌ │

СН₃

β-окси-β-метилглутарил-КоА

• Синтез мевалонової кислоти:

ОН

│

НООС-СН₂-С-СН₂-СО-S-КоА + 2НАДФН•Н

‌ │ ОМГ-КоА-редуктаза

СН₃

β-окси-β-метилглутарил-КоА

ОН

│

НООС-СН₂-С-СН₂-СО-S-КоА + НS-КоА

‌ │

СН₃

Мевалонова кислота

ІІ) Перетворення мевалонової кислоти на сквален:

Мевалонова кислота

АТФ

АДФ

5-Фосфомевалонат

АТФ

АДФ

5-Пірофосфомевалонат

АТФ

АДФ

3-Фосфо-5-Пирофосфомевалонат

Ф_н

СО₂

Ізопентенілпірофосфат ↔ Диметилалілпірофосфат

(С₅) Ізомеризація (С₅)

ФФ_н Конденсація

Геранілпірофосфат

(С₁₀)

Ізопентенілпірофосфат ФФ_н

(С₅)

Фарнезилпірофосфат

(С₁₅)

Фарнезилпірофосфат Відновлювальна НАДФН+Н⁺

(С₁₅) конденсація

НАДФ⁺, 2ФФ_н

Сквален

(С₃₀)

ІІІ) циклізація сквалену в холестерол:

НАДФН+Н⁺ О₂ Н₂О НАДФН⁺

Сквален Ланостерин Холестерол

(С₃₀) Скваленоксидоциклаза (С₃₀) (С₂₇)

Вірогідно, проміжні продукти на стадіях перетворення сквалену на холестерол зв'язуються із спеціальним сквален- та стеролтранспортувальним протеїном. Цей білок зв'язує стероли та інші нерозчинні ліпіди, що забезпечує їм можливість участі в реакціях, які протікають у водній фазі клітини. Можливо, що при перетворенні холестеролу на стероїдні гормони та жовчні кислоти, а також при утворенні мембран та ліпопротеїнів, холестерол залишається зв'язаним із холестерол-транспортувальним протеїном.

Реакції біосинтезу холестеролу, що вміщують у себе процеси епоксидації, окисного гідроксилювання, деметилюван-ня, каталізують цитохром-Р₄₅₀-вмісні монооксигенази, які потребують НАДФН·Н та О₂.

Сумарне рівняння біосинтезу холестеролу із Ацетил-КоА:

18 СН₃СО-SКоА + 13НАДФН·Н + 3О₂ + 18АТФ → С₂₇Н₄₆О + 13НАДФ⁺+ 18 КоАSН + 9СО₂ + 18АДФ + 6Н₄Р₂О₇ + 6Н₃РО₄ + Н₂О

Регуляція синтезу холестеролу відбувається на рівні ферменту β-ГОМК-редуктази за рахунок таких молекулярних механізмів:

а) за принципом негативного зворотного зв'язку – холестерол, мевалонова кислота, як кінцеві продукти біосинтезу, зменшують швидкість утворення ензиму. Інгібітором ферменту є також холестеролвмісні ЛПНЩ після їх зв'язування з відповідними рецепторами (рецептори апо-В-100). Споживання холестеролу з їжею гальмує синтез ферменту в печінці, а безхолестеринова дієта активує синтез ензиму;

б) шляхом ковалентної модифікації (фосфорильована форма ферменту – неактивна, дефосфорильована – активна);

в) шляхом ферментної індукції і репресії - залежно від дії біохімічних модуляторів на швидкість синтезу ензиму;

г) гормональна регуляція – інсулін та гормони щитоподібної залози збільшують активність β-ГОМК-редуктази, глюкагон та глюкокортикоїди – зменшують.

Баланс холестеролу в тканинах. Фактори, які впливають на баланс холестеролу в клітині наведені на рис. 17, табл.3.

Клітинна мембрана

Рецептор Регуляція за принципом

ЛПНЩнегативного зворотного зв'язку Синтез

(апо-В-100, Е)_

_

ЛПНЩЕХ Х +

АХАТ

Лізосоми Пул вільного

холестеролу ЕХ

ЛПНЩ ЕХ Х

Безрецепторний шлях Гідролаза ефірів

холестеролу

ЛПНЩХ

ЛПДНЩ

Синтез стероїдів

Х мембрани

А-1

ЛХАТ ЕХ

ЛПВЩ

Рисунок 17 – Фактори, які впливають на баланс холестеролу в клітині Позначення: Х- холестерол; ЕХ – ефіри холестеролу; АХАТ – ацил-КоА-холе-стерол ацилтрансфераза; ЛХАТ – лецитин-холестерол ацилтрансфераза;

А-1 – апопротеїно А-1; ЛПНЩ – ліпопротеїни низької щільності; ЛПДНЩ – ліпопротеїни дуже низької щільності

Підвищення вмісту холестеролу в тканинах відбувається за рахунок: 1) захоплення холестеролвмісних ліпопротеїнів

(ЛПНЩ) відповідними рецепторами; 2) захоплення холесте-ролвмісних ліпопротеїнів без участі рецепторів; 3) захоплення вільного холестеролу, який міститься у багатих холестеролом ліпопротеїдах, клітинними мембранами; 4) синтез холестеролу; 5) гідроліз ефірів холестеролу під дією гідролаз ефірів холестеролу (холестерол естераз).

Зменшення вмісту холестеролу спостерігається при:

1) переході холестеролу з мембрани в ліпопротеїни з низьким вмістом холестеролу (ЛПВЩ). Цей перехід регулює фермент ЛХАТ (лецитин-холестерол ацилтрансфераза); 2) естерифікації холестеролу, яке каталізує фермент АХАТ (ацил-КоА-холе-стерол ацилтрансфераза); 3) використанні холестеролу для синтезу інших стероїдів. Інші важливі фактори, які впливають на рівень холестеролу в організмі наведені в таблиці 3.

Таблиця 3. Фактори, які підвищують/знижують рівень холестеролу і

його синтез

Підвищують	Знижують
1 Безхолестеринова дієта підвищує синтез.	1 Холестерол їжі: за принципом негативного зворотного зв'язку інгі-бує β-ГОМК редуктазу.
2 Споживання великої кількості насичених жирних кислот.	2 Голодування: інгібування актив-ності β-ГОМК редуктази і підви-щення активності β-ГОМК ліази та синтезу кетонових тіл.
3 Дієта багата на вуглеводи.	3 Підвищення концентрації жовчних кислот у печінці, які призначаються з лікувальною метою, знижує синтез.
4 Зниження виділення жовчі.	4 Підвищення абсорбції ліпідів і жовчних кислот із кишечника знижує синтез.
5 Відсутність білків у їжі.	5 Споживання поліненасичених жирних кислот знижує синтез.
6 Дефіцит перидоксальфосфату.	6 Циклічний АМФ: інгібує перетворення β-ГОМК редуктази в активну форму.
7 Гормони: інсулін, тиреоїдні гормони, за рахунок активації β-ГОМК редуктази.	7 Гормони: глюкагон, глюко-кортикоїди знижують синтез.