Cholesterol je lipid zo skupiny steroidov. Sumárny vzorec je C27H45OH. Jeho názov pochádza z gréčtiny: chole znamená žlč a stereos znamená pevný, pretože cholesterol prvýkrát izolovali zo žlčových kameňov.
Cholesterol sa nachádza v bunkovej membráne eukaryotických buniek. V ľudskom tele sa nachádza vo všetkých tkanivách vrátane krvi buď voľný alebo estericky viazaný s vyššou karboxylovou kyselinou. Voľný cholesterol sa zúčastňuje na stavbe bunkových stien. Väčšina telesného cholesterolu nepochádza zo stravy, ale syntetizuje sa priamo v organizme. Najväčšia koncentrácia cholesterolu je v tkanivách, kde sa cholesterol syntetizuje (pečeň), alebo kde sa nachádzajú pevnejšie bunkové membrány (mozog, miecha).
Cholesterol je neesenciálna zložka potravy človeka, t.j. nemusí byť prijímaný v potrave, pretože organizmus disponuje schopnosťou syntézy cholesterolu z intermediátu metabolizmu, ktorým je acetylkoenzým A čiže cholesterol vzniká z kyseliny octovej.[1]
Od skvalénu ku lanosterolu
Premena skvalénu na lanosterol pôsobením skvalénepoxidázy a skvalénoxidcyklázy
Skvalén je nenasýtený rozvetvený biogénny uhľovodík, ktorého priestorová štruktúra je podobná steránovému tetracyklickému steránu.[2] Reakcia katalyzovaná skvalénepoxidázou, ktorá je lokalizovaná v endoplazmatickom retikule, vedie na vznik epoxidového heterocyklu skvalénoxidu. Skvalénoxid sa premieňa pôsobením skvalénoxidcyklázy až na lanosterol.
Premenu skvalénu na lanosterol môžeme rozdeliť na tri časti:
prvá časť: tvorba epoxidového heterocyklu pomocou skvalénepoxidázy, čím zo skvalénu vznikne skvalénoxid
druhá časť: cyklizácia skvalénoxidu, pri ktorej vzniknú všetky štyri cykly stránového skeletu. Konečným produktom tejto časti je tvorba protosterolového katiónu.
tretia časť je charakteristická:
hydridovými posunmi
metylovými posunmi
elimináciou za tvorby dvojitej väzby.
Prvá časť: tvorba epoxidového cyklu
Skvalénepoxidáza je oxidoreduktáza, ktorá na premenu skvalénu na skvalénoxid vyžaduje jednu molekulu NADPH a jednu molekulu kyslíka O2, pričom iba jeden atóm kyslíka molekuly O2 skončí v cieľovej molekule. Druhý atóm kyslíka vytvorí molekulu vody H2O, čiže slúži ako akceptor elektrónov. Keďže redukcia dvoch atómov kyslíka v molekule O2 vyžaduje štyri elektróny, ďalšie dva elektróny na redukciu druhého atómu kyslíka poskytne substrát (zároveň sa tento redukovaný atóm kyslíka naviaže na molekulu substrátu). Z opísaného mechanizmu je jasné, že skvalénepoxidáza je monooxygenáza.
Druhá časť: cyklizácia skvalénoxidu za tvorby protosterolového katiónu
Skvalénoxidcykláza je enzým, ktorý umožňuje (okrem iného) cyklizáciu skvalénoxidu na protosterolový karbkatión. Vytvorenie všetkých štyroch cyklov steránového jadra začína nukleofilným atakom eopxidového kruhu susednou dvojitou väzbou, ktorá poskytne elektróny na tvorbu σ-väzby medzi C5 a C4. Tým sa kladný náboj presunie z protonizovaného kyslíka epoxidového kruhu na uhlík C10. Tým sa úspešne uzvarel cyklus-A steránového jadra.
Karbkatión na C10 je elektrofilný, preto prijme elektróny π-väzby medzi uhlíkmi C8 a C9, čím sa vytvorí σ-väzba medzi uhlíkmi C10 a C9 a kladný náboj sa presunie z C10 na C8. Týmto sa uzavrel cyklus-B steránového jadra.
Karbkatión na C8 je elektrofilný, preto prijme elektróny π-väzby medzi uhlíkmi C13 a C14, čím sa vytvorí σ-väzba medzi uhlíkmi C14 a C8 a kladný náboj sa presunie z C8 na C13. Týmto sa uzavrel cyklus-C steránového jadra. Tu treba podotknúť, že z dvoch možností (tvorba sekundárne karbkatiónu vs. tvorba terciárneho karbkatiónu), vzniká nestabilnejší sekundárny karbkatión.
Karbkatión na C13 je elektrofilný, preto prijme elektróny π-väzby medzi uhlíkmi C17 a C20, čím sa vytvorí σ-väzba medzi uhlíkmi C17 a C13 a kladný náboj sa presunie z C13 na C20. Týmto sa uzavrel cyklus-D steránového jadra (cyklopentánový kruh).
Touto cyklizačnou sekvenciou sme získali protosterolový karbkatión, ktorý nesie kladný náboj na C20 a patrí medzi terciárne karbkatióny.
Tretia časť: tvorba lanosterolu z protosterolového karbkatiónu
Skvalénoxidcykláza je enzým, ktorý umožňuje aj tvorbu lanosterolu z protosterolového karbkatiónu pomocou hydrodových a metylových posunov.
Lanosterol (1) sa premieňa na cholesterol v sekvencií 19 krokov, ktorá si vyžaduje deväť rôznych enzýmov, pričom 2 z nich katalyzujú viaceré kroky (oxidácie metylových skupín: metyl (alkán) → hydroxymetyl (alkohol) → formyl (aldehyd) → karboxylová skupina → oxid uhličitý/formiát). Tri metylové skupiny lanosterolu (C30, C31 a C32) sa oxidujú a sú odstránené ako formiát (kyselina mravčia), respektíve ako oxid uhličitý.[3]
Premenu lanosterolu (1) na cholesterol môžeme rozdeliť na dve časti:
prvá časť: odstránenie troch metylových skupín naviazaných na uhlík C4 a C14. Produktom prvej časti je zymosterol (16).
druhá časť, v ktorej prebiehajú:
izomerizácie, pri ktorých sa presúva dvojitá väzba v B-kruhu steránového jadra
redukcia dvojitej väzby v bočnom reťazci medzi uhlíkmi C24-C25.
14-demetyllanosterol (6) vstupuje do podobnej sekvencie oxidačných reakcií ako lanosterol, pričom sa však oxiduje 4α-metylová skupina pôsobením sterol-4α-metyloxidázy. Produktom je karboxylová kyselina: 4β-metyl-4α-karboxycholesta-8,24-dien-3β-ol (9), ktorá dekarboxyluje, pričom súčasne dôjde ku:
inverzii konfigurácie na dekarboxylovanom uhlíku C4: metylová skupina sa presunie na druhú stranu steránového jadra: získame 4α-metylovú skupinu, ktorá môže byť oxidovaná sterol-4α-metyloxidázou.
oxidícii uhíka C3 premenou hydroxylovej skupiny na oxoskupinu.
Zymosterol (16) ako produkt odštiepovania metylových skupín z lanosterolu (1) vstupuje do druhej časti premeny, ktorá začne migráciou dvojitej väzby katalyzovanej Δ8-Δ7-sterolizomerázou, čím vznikne izomér zymosterolu: lantosterol (17). Pôsobením sterol-Δ24-reduktázy sa zredukuje dvojitá väzba na bočnom uhľovodíkovom reťazci lantosterolu, čím sa získa latosterol (18). Po tomto redukčnom ktorku nasleduje oxidačný krok katalyzovaný Δ7-sterol-Δ5-desaturázou, ktorá vytvorí konjugovanú dvojitú väzbu k už existujúcej dvojitej väzbe, a vznikne 7-dehydrocholesterol (19), z ktorého fotolýzou pôsobením slnečného žiarenia vzniká cholekalciferol - vitamín D3.[2] Pri syntéze cholesterolu však 7-dehydrocholesterol (19) podľahne redukčnej reakcii katalyzovanej Δ7-sterolreduktázou, ktorá vytvorí cholesterol.[3]
Degradácia cholesterolu
Molekula cholesterolu je bohatá na redukované atómy uhlíka (podobne ako mastné kyseliny), preto by mohla byť zdrojom energie. Organizmy však nedisponujú enzýmami, ktoré by dokázali rozložiť cholesterol na oxid uhličitý a vodu za zisku energie uloženej v molekule cholesterolu. Z dôvodu, že syntéza cholesterolu je energeticky veľmi náročná, organizmus prísne reguluje biosyntézu cholesterolu (i.e. syntetizuje len minimálne množstvo cholesterolu) a jeho degradáciu.[1] Degradácia cholesterolu súvisí v jeho premenami na iné látky, ktoré majú svoj význam v organizme:
žlčové kyseliny - cholesterol sa premieňa na žlčové kyseliny, ktoré vykonávajú enterohepatálny obeh, i.e. vylučujú sa ako súčasť žlče do duodena, odtiaľ putujú do tenkého čreva, odkiaľ sa spätne resorbujú do krvi, ktorou sa dostávajú späť do pečene, kde boli syntetizované z cholesterolu. Enterohepatálny obeh však nemá sto percentnú účinnosť a teda dochádza ku stratám žlčových kyselín. To sa považuje za hlavný proces, ktorým sa cholesterol (premený na žlčové kyseliny) vylučuje z organizmu.
steroidné hormóny - cholesterol sa v endokrinných žľazách premieňa na steroidné hormóny, ktoré sú signalizačnými molekulami, ktoré musia byť degradované veľmi účinne a rýchlo po ukončení ich funkcie v organizme. Degradácia steroidných hormónov preto môže byť tiež považovaná za cestu, ktorou sa z tela vylučuje cholesterol vo forme degradačných produktov steroidných hormónov.[1]
Referencie
↑ abcKOLLÁROVÁ, MIKUŠOVÁ. Princípy biochémie v schémach a v príkladoch. 3. vyd. Bratislava : Univerzita Komenského Bratislava, 2014. ISBN 9788022336673. S. 164.
↑ abcdeRISLEY, John M.. Cholesterol Biosynthesis: Lanosterol to Cholesterol. Journal of Chemical Education, 2002-03, roč. 79, čís. 3, s. 377. Dostupné online [cit. 2021-03-11]. ISSN0021-9584. DOI: 10.1021/ed079p377. (po anglicky)
