1

11

SINTEZA KOLESTEROLA

Kolegij: BIOKEMIJATIHANA ŽANIĆ GRUBIŠIĆ, KARMELA BARIŠIĆ i

LADA RUMORAZavod za medicinsku biokemiju i hematologiju

Farmaceutsko-biokemijski fakultet

2

KolesterolLipid koji se sintetizira u jetri, 800 mg dnevnomanja količina u crijevu, kori adrenalke i u gonadamaistraživanja kolesterola zaslužila su 13 Nobelovih nagrada

preteča steroidnih hormona sastojak membrana – važan za njihovu propusnost i fluidnost svih 27 C atoma sintetizira se iz Ac-CoA

2

3

Struktura kolesterola

4 prstena povezana u ciklopentano-perhidro-fenantrensku jezgru pokrajni alifatski lanac na C17 OH skupina na C3, metilna vezana na C10 i C13 dvostruka veza između C5 i C6

4

Sinteza kolesterola odvija se u 4 koraka

1. Sinteza mevalonata

2.Aktivacija mevalonata u glavnu sintetskuizoprensku jedinicu - izopentenil-pirofosfat

3. Kondenzacija 6 izopentenil-pirofosfata u skvalen

4. Ciklizacija skvalena u tetraciklički produkt – lanosteroli formiranje kolesterola

reakcije se odvijaju u citosolu i ERredukcije u sintezi – NADPHenergija – tioesterske veze iz AcCoA i ATP

3

5

Glavni koraci u sintezi kolesterola

3 Ac-CoA

4

Kolesterol

6

Sinteza započinje kondenzacijom 3 AcCoA u 3-hidroksi-3-metilglutaril CoA

enzim: 3-hidroksi-3-metilglutaril CoA sintaza nalazi se u citoplazmi i različit je od mitohondrijskog enzima u sintezi ketonskih tijela

4

7

1. Sinteza mevalonata odlučujući je korak u sintezi kolesterola

enzim: 3-hidroksi-3-metilglutaril CoA reduktazaglavni regulatorni enzim pod višestrukom kontrolom,transkripcijskom, proteolitičkom, fosforilacijskom

8

Vrpčasti model 3-hidroksi-3-metilglutaril CoA reduktaze

odgovorne za sintezu MEVALONATA

HGM-CoA reduktaza je integralni protein u membrani ER

citoplazma

ER

regija osjetljiva na koncentraciju kolesterola

5

9

2. Aktivacija mevalonata na C5 i na C3 OH troši 3 ATP-a i 1 dekarboksilacijski korak

nastaje

3-izopentenil-pirofosfat

3-izopentenil-pirofosfat aktivirani prekursor za sintezu kolesterola i brojnih drugih biomolekula

10

3-izopentenil pirofosfat se izomerizira u dimetilalil pirofosfat – što su supstrati za sintezu

geranil-pirofosfata – C10

6

11

3. Kondenzacija6 aktiviranih izoprenskih jedinica potrebno je za

sintezu skvalena od 30 C atoma

sinteza geranil pirofosfata

12

Reakcije kondenzacije uključuju stvaranje karbokationa

odlaskom pirofosfata nastaje karbokation kojega

napada aktivirani prekursor izopentenil pirofosfat uz kondenzaciju

deprotonacijom nastaje geranil pirofosfat

reakcija se ponavlja kod nastajanja farnezil pirofosfata

7

13

Sinteza se nastavlja dodvanjem još jednog 3-izopentenilpirofosfata na geranil-pirofosfat i

nastankom farnezil pirofosfata – C15

+

nastajanje karbokationa

14

Kondenzacijom 2 farnezil-pirofosfata uz redukciju nastaje skvalen

skvalen je prvi puta izoliran iz jetre morskog psa - genus Squalus

8

15

Sinteza skvalena

prve kondenzacije su glava rep,

a zadnja

glava glava

16

Ciklizacija skvalena u lanosteroluključuje aktivacijsku redukciju i nastajanje skvalen-epoksida

koji prelazi u karbokationpogodan za spontanu pregradnju u lanosterol

skvalen monooksigenaza

oksidoskvalen ciklaza

9

17

Pretvorba lanosterola u kolesterol

U sljedećih 19 koraka dolazi do

uklanjanja 3 metilne skupine

redukciju dvostruke veze uzpomoć NADPH

premještanje druge dvostruke veze

i

sinteze kolesterola

ukupna sinteza troši 11 molekula kisika

18

Regulacija sinteze kolesterola odvija se promjenom količine i aktivnosti

HMG-CoA reduktaze

1. stimulacija transkripcije mRNA za HMG CoA reduktazu zbog niskekoličine kolesterola u staničnim membranama

1. inhibicija translacije HMG CoA reduktaze zbog visokekoncentracije kolesterola iz hrane i metabolita mevalonata

2. pojačana brzina proteolitičke razgradnje HMG CoA reduktazezbog visoke koncentracije kolesterola

3. inaktivacija enzimske aktivnosti HMG CoA reduktazefosforilacijom enzima zbog smanjenog omjera ATP/AMP

10

19

* SCAP stimulira translokaciju SCAP-SREBP iz ER u Golgi gdje proteaze* S1P i S2P oslobađaju N-terminalnu domenu za migraciju u jezgru i * vezanje za SRE i aktivaciju transkripcije brojnih ciljnih gena

Stimulacija transkripcije mRNA zbog niskekoncentracije sterola

senzor koncentracije sterola promotorska regija osjetljiva na sterole

20

Sun et al., Jbc.org

Akumulacija kolesterola u membranama ER blokira transport SCAP-SREBP kompleksa u Golgi zbog stimulacije vezanja za inhibitorni

protein Insig

transkripcija mRNA inhibirana

11

21

Povišena koncentracija sterola u membranama ER(25-hidroksikolesterola, lanosterola, ili 24,25-dihidrolanosterola)a) stimulira vezanje enzima za INSIG u membranama ER, b) aktivira ubikvitinaciju i disocijaciju HMG-CoA s membrane ER i c) razgradnju u proteasomima

Inhibicija sinteze kolesterola zbog povišene razine sterola i

pojačane razgradnje HMG-CoA reduktaze

22

Elina Ikonen Physiological ReviewsPublished 1 October 2006Vol. 86no. 1237-1261

SCAP

HMG-CoR

Insig

imaju citoplazmatske domene koje mogu vezati kolesterol i promjeniti osjetljivost na proteolitičku razgradnju

Promjena koncentracije kolesterola i oksikolesterola direktno utječe na stabilnost proteina potrebnih za

sintezu

12

23

Regulacija aktivnosti HMG-CoA reduktaze defosforilacijom i fosforilacijom

AKTIVACIJA –HMG-CoA reduktaze

defosforilacija

inzulinemija

ATP

INHIBICIJA –HMG-CoA reduktaze-

AMPK-fosforilacija:

glukagon,steroliglukokortikosteroidiATP

AMP stimulirana protein kinaza fosforilira enzim i inaktivira HMG-CoA reduktazu

neaktivnaaktivna

24

Biosinteza i metabolička sudbina kolesterola u organizmu

endokrine zlijezdejetra

13

25

Kolesterol u serumu(< 5,0 mmol/L)

Jetreni kolesterol se koristi za sintezu staničnih membrana, a većina se izlučuje i transportira u krvi u obliku lipoptoreinskih čestica:

60-70 % esterificiran s MK (više hidrofoban)LDL; 20-35% HDL, 5-12% VLDL

Preteča žučnih kiselinaPreteča steroidnih hormona

26

Esterifikacija kolesterola

14

27

Sinteza žučnih kiselinaodvija se u jetri

glikokolat taurokolat

žučne kiseline imaju više –OH skupina, niži pKa, ionizirane su,topljive u serumu

učinkoviti detergenti, solubiliziraju lipide iz hrane

28

Kliničko značenje žučnih kiselina

Njihova sinteza i ekskrecija fecesom predstavlja značajni mehanizam eliminacije viška kolesterola

Žučne kiseline i fosfolipidi solubiliziraju kolesterolu žuči, smanjuju precipitaciju kolesterola u žučnom mjehuru

Olakšavaju digestiju triglicerida iz hrane djelujući kao emulzificirajući spojevi, omogućujući da masti postaju dostupnije lipazi iz pankreasa

Olakšavaju apsorpciju u mastima topljivih vitamina u crijevima

15

29

Sinteza steroidnih hormona iz kolesterola

30

Različiti spojevi u biljnom i životinjskom svijetu nastaju iz izopentenil-pirofosfata