Холестерол

хімічна сполука

Холестеро́л (іноді холестерин; англ. cholesterol) — речовина з групи стеролів. У значних кількостях міститься в нервовій та жировій тканинах, печінці тощо. У хребетних тварин і людини — біохімічний попередник стероїдних гормонів, жовчних кислот, ліпопротеїнів (сполук, у формі яких ліпіди транспортуються по організму) та вітаміну D[1]. Надлишок холестеролу в організмі людини призводить до утворення жовчних каменів, відкладення холестеролу на стінках судин, порушення обміну речовин.

Холестерол
Cholesterol.svg
Cholesterol-3d.png
Систематична назва (3β)-холест-5-ен-3-ол
Інші назви Холестерин
Ідентифікатори
Номер CAS 57-88-5
PubChem 5997
Номер EINECS 200-353-2
DrugBank 04540
KEGG D00040
Назва MeSH Cholesterol
ChEBI 16113
RTECS FZ8400000
SMILES C[C@H](CCCC(C)C)[C@H]1CC[C@@H]2[C@@]1(CC[C@H]3[C@H]2CC=C4[C@@]3(CC[C@@H](C4)O)C)C
InChI InChI=1S/C27H46O/c1-18(2)7-6-8-19(3)23-11-12-24-22-10-9-20-17-21(28)13-15-26(20,4)25(22)14-16-27(23,24)5/h9,18-19,21-25,28H,6-8,10-17H2,1-5H3/t19-,21+,22+,23-,24+,25+,26+,27-/m1/s1
Номер Бельштейна 2060565
Номер Гмеліна 550297
Властивості
Молекулярна формула C27H46O
Молярна маса 386,65 г/моль
Зовнішній вигляд білий кристалічний порошок
Густина 1,052 г/см3
Тпл 148–150° C
Ткип 360° C
Розчинність (вода) 0,095 мг/л (30° C)
Якщо не зазначено інше, дані наведено для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки

ІсторіяРедагувати

1769 року Франсуа Пулетьє де ла Саль отримав з жовчних каменів густу білу речовину («жировіск»), що мала властивості жирів. У чистому вигляді холестерол уперше виділив хімік Антуан-Франсуа де Фуркруа в 1789 році. Хімік Мішель-Ежен Шеврель, що теж отримав цю сполуку 1815 року, назвав її холестерином. У 1859 році Марселен Бертло встановив, що холестерин належить до класу спиртів, тому відповідно до номенклатури його назва має утворюватися з суфіксом -ол. У французькій хімічній термінології відразу ж було прийняте нове найменування холестерол, але стара некоректна з наукової точки зору назва збереглась у деяких мовах.

ФізіологіяРедагувати

Холестерол необідний усім тваринам і кожна клітина може синтезувати його через складний процес із 37 кроків. Цей процес починається зі шляху мевалонату або HMGCR (3-гідрокси-3-метилглютарил-кофермент А редуктази), мішені статинів. Цей шлях охоплює перші 18 кроків. Далі слідують 19 кроків із перетворення отриманого ланостерину на холестерол.

Чоловік вагою 68 кг (150 lb) зазвичай синтезує приблизно 1 грам холестеролу на день, а в його тілі знаходиться всього 35 грам, які здебільшого є частиною клітинної мембрани. Щоденно типовий чоловік-американець отримує 307 мг холестеролу з їжі[2].

Більшість спожитого холестеролу естерифікована, через що він погано всмоктується кишківником. Організм також компенсує недостатнє поглинання спожитого холестерину шляхом зниження синтезу власного[3]. Через це холестерол із їжі після 7-10 годин після споживання має незначний, якщо взагалі має, ефект на концентрацію холестеролу в крові[4]. Однак, протягом перших 7 годин після споживання холестеролу, оскільки абсорбовані жири розносяться по тілу по міжклітинній рідині різними ліпопротеїнами (вони транспортують усі жири по рідині поза клітинами), концентрація зростає[5].

Рослини виробляють дуже мало холестеролу[6]. У більших кількостях вони виробляють фітостерини, хімічно подібні речовини, які можуть конкурувати з холестерином за реабсорбцію в кишковому тракті, таким чином потенційно знижуючи його реабсорбцію[7]. Коли клітини слизової оболонки кишечника поглинають фітостерини замість холестеролу, вони зазвичай виділяють молекули фітостерину назад у шлунково-кишківниковий тракт, що є важливим захисним механізмом. Споживання фітостеринів природного походження, які складаються з рослинних стеролів і станолів, варіюється між ≈200–300 мг/доба, задежно від харчових звичок[8]. Деякі спеціально розроблені вегетаріанські експериментальні дієти дають більше 700 мг/день[9].

Функція в клітинахРедагувати

МембраниРедагувати

Холестерол становить 30 % усіх тваринних клітинних мембран. Це необхідно для утворення та підтримки мембран і це регулює текучість мембрани у діапазоні низьких температур. Гідроксильна група кожної молекули холестеролу взаємодіє з молекулами води, що оточує мембрану, як і полярні головки мембранних фосфоліпідів і сфінголіпідів, коли великий стероїдний і вуглеводневий ланцюг вбудовується в мембрану разом із неполярним ланцюгом жирних кислот із інших ліпідів. Через взаємодію з фосфоліпідними ланцюгами жирних кислот холестерол збільшує щільність мембрани, що змінює текучість мембрани[10] і підтримує її цілісність, через що тваринним клітинам не потрібно утворювати клітинну оболонку (як більшості рослин і бактерій). Мембрана залишається міцною та крепкою, але не жорсткою, що дозволяє клітинам тварин змінювати форму, а тваринам рухатися.

Структура тетрациклічного кільця холестеролу сприяє текучості клітинної мембрани, оскільки молекула знаходиться у транс-конформації, роблячи усю молекулу холестеролу окрім бічних ланцюгів жорстким і пласким[11]. Виконуючи цю структурну роль, холестерин також знижує проникність плазматичної мембрани для нейтральних розчинених речовин[12], йонів водню та йонів натрію[13].

Презентація субстратаРедагувати

Холестерол регулює біологічний процес презентації субстрата і ферменти, які використовують механізм презентації субстрата для своєї активації. (PLD2) — чітко визначений приклад такого ферменту[14]. Фермент пальмітується, що спричиняє його рух до холестерол-залежних ліпідних доменів, які іноді називають «ліпідними рафтами». Субстратом фосполіпази D є фосфатидилхолін (PC; ФХ), який є неначименим і містяться в ліпідних рафтах у низькій кількості. ФХ локалізується у хворій частині клітини разом із поліненасиченим жирамом — фосфатидилінозитол-4,5-бісфосфатом (PIP2). PLD2 містить зв'язуючий домен до PIP2. Коли концентрація PIP2 у мембрані зростає, PLD2 залишає холестерол-залежний домен і прив'язується до PIP2, завдяки чому отримує доступ до його субстрата ФХ і розпочинає каталіз на основі презентації субстрата.

 
Презентація субстрата; PLD (синій овал) секвеструється в холестерин-залежних ліпідних доменах (зелені ліпіди) завдяки пальмітуванню. PLD також прив'язує домени (сірі лінії) PIP2 (червоний шестикутник), розташовані у хворій частині клітини з фосфатидилхоліном (PC). Коли холестерол зменшується або PIP2 зростає у клітині, PLD переміщується до PIP2, де він піддається впливу PC і гідролізує його на фосфатидну кислоту (червоний круглий ліпід).

СигналюванняРедагувати

Холестерол також залучений до сигнальних процесів клітин, допомагаючи формувати ліпідні рафти у плазматичній мембрані, що ставить білки-рецептори в безпосередню близькість до високих концентрацій інших клітин-месенджерів[15]. У багатьох шарах холестерин і фосфоліпіди, які обидва є електроізоляторами, можуть сприяти швидкості передачі електричних імпульсів по нервових тканинах. Для багатьох нейронних волокон мієлінова оболонка, багата холестерином, оскільки вона походить від ущільнених шарів мембран шваннівських клітин, забезпечує ізоляцію для більш ефективного проведення імпульсів[16]. Демієлінізація (втрата деяких таких шваннівських клітин) вважається частиною основи розсіяного склерозу.

Холестерол зв'язується з великою кількістю іонних каналів, таких як нікотиновий ацетилхоліновий рецептор, ГАМКA-рецептор і калієві канали внутрішнього випрямлення, та впливає на їх воротний механізм[17]. Холестерол також активує eSRRA (ERRα) і може бути ендогенним лігандом для цього рецептора[18][19]. Конститутивно активна природа рецептора може бути пояснена тим фактом, що холестерин є всюди в організмі[19]. Інгібування передачі сигналів ERRα шляхом зменшення вироблення холестерину було визначено як ключовий медіатор впливу статинів і бісфосфонатів на кістки, м'язи і макрофагиs[18][19]. Опираючись на ці дослідження, було запропоновано деорфанувати рецептор ERRα і класифікувати його як рецептор холестеролу[18][19].

ПрекурсорРедагувати

Холестерол є також прекурсором для декількох біохімічних шляхів. Наприклад, він є прекурсором для синтезу вітаміну D в метаболізмі кальцію та всіх стероїдних гормонів, включаючи гормони надниркової залози: кортизол і альдостерон, а також гормони прогестерон, естрогени, тестостерон і похідні від них[20][21].

МетаболізмРедагувати

Організм використовує холестерол повторно. Печінка виділяє холестерол у жовч, яка потім зберігається в жовчному міхурі, який потім виділяє їх у неестерифікованій формі (через жовч) у травний. тракт. Як правило, близько 50 % виділеного холестеролу реабсорбується тонкою кишною назад у кров'яний потік[22].

БіосинтезРедагувати

Локалізація процесу та значенняРедагувати

Біонсинтез холестеролу відбувається в цитозолі[23] та мітохондріях[1] клітин. Цей процес має важливе значення в організмі людини, оскільки холестерол виконує низку життєво необхідних функцій: холестерол є попередником в біосинтезі стероїдних гормонів, жовчних кислот, ліпопротеїнів та вітаміну D.

Етапи синтезуРедагувати

  1. Утворення 3-гідрокси-3-метилглутарилу-КоА (ГМГ-КоА) з молекул ацетил-КоА[23]
    • Конденсація двох молекул ацетил-КоА з утворенням ацетоацетил-КоА
    • Приєднання третьої молекули ацетил-КоА до ацетоацетилу-КоА з утворенням ГМГ-КоА
  2. Відновлення ГМГ-КоА з утворенням мевалонової кислоти[23]
  3. Утворення ізопреноїдних одиниць з мевалонової кислоти[24]
    • Утворення пірофасфомевалонової кислоти в результаті активації мевалонату за участі АТФ
    • Декарбоксилювання пірофосфомевалонату з утворенням ізопентенілпірофосфату та його ізомеру 3,3-диметилалілпірофосфату
  4. Конденсація пірофосфорильованих ізопренів з утворенням сквалену[24]
    • 3,3-диметилпірофасфат + ізопентенілпірофосфат → геранілпірофосфат
    • геранілпірофосфат + ізопентенілпірофосфат → фарнезилпірофосфат
    • Взаємодія двох молекул фарнезилпірофосфату за участю НАДФH з утворенням сквалену
  5. Циклізація сквалену з утворенням стероїдних молекул[25]
    • сквален → сквален-2,3-епоксид → ланостерол
    • ланостерол → холестерол

Регуляція процесуРедагувати

Обмежувальним є другий етап синтезу холестеролу, етап відновлення 3-гідрокси-3-метилглутарилу-КоА з утворенням мевалонату. Реакція каталізується ГМГ-редуктазою (відновлювальним ферментом). Накопичення холестеролу як кінцевого продукту анаболічного шляху за принципом негативного зворотного зв'язку зменшує швидкість його утворення[25].

Біотрансформація холестеролуРедагувати

В організмі холестерол зазнає біотрансформації, численних метаболічних перетворень. Цей процес забезпечує синтез стероїдних сполук та забезпечує умови для екскреції надлишків стеролу. Першим етапом біотрансформації холестеролу є утворення його етерів з вищими карбоновими кислотами[26].

ПриміткиРедагувати

  1. а б Biosynthesis and Regulation of Cholesterol (with Animation) | Animations | PharmaXChange.info. PharmaXChange.info. Процитовано 27 січня 2016. 
  2. National Health and Nutrition Examination Survey. United States Center for Disease Control. Процитовано 28 січня 2012. 
  3. Lecerf JM, de Lorgeril M (July 2011). Dietary cholesterol: from physiology to cardiovascular risk. The British Journal of Nutrition 106 (1): 6–14. PMID 21385506. doi:10.1017/S0007114511000237. 
  4. Soliman GA (June 2018). Dietary Cholesterol and the Lack of Evidence in Cardiovascular Disease. Nutrients 10 (6): 780. PMC 6024687. PMID 29914176. doi:10.3390/nu10060780. 
  5. Dubois C, Armand M, Mekki N, Portugal H, Pauli AM, Bernard PM, Lafont H, Lairon D (November 1994). Effects of increasing amounts of dietary cholesterol on postprandial lipemia and lipoproteins in human subjects. Journal of Lipid Research 35 (11): 1993–2007. PMID 7868978. doi:10.1016/S0022-2275(20)39946-6. 
  6. Behrman EJ, Gopalan V (2005). Cholesterol and Plants. У Scovell WM. Journal of Chemical Education 82 (12): 1791. Bibcode:2005JChEd..82.1791B. doi:10.1021/ed082p1791. 
  7. John S, Sorokin AV, Thompson PD (February 2007). Phytosterols and vascular disease. Current Opinion in Lipidology 18 (1): 35–40. PMID 17218830. doi:10.1097/MOL.0b013e328011e9e3. 
  8. Jesch ED, Carr TP (June 2017). Food Ingredients That Inhibit Cholesterol Absorption. Preventive Nutrition and Food Science 22 (2): 67–80. PMC 5503415. PMID 28702423. doi:10.3746/pnf.2017.22.2.67. 
  9. Agren JJ, Tvrzicka E, Nenonen MT, Helve T, Hänninen O (February 2001). Divergent changes in serum sterols during a strict uncooked vegan diet in patients with rheumatoid arthritis. The British Journal of Nutrition 85 (2): 137–9. PMID 11242480. doi:10.1079/BJN2000234. 
  10. Sadava D, Hillis DM, Heller HC, Berenbaum MR (2011). Life: The Science of Biology 9th Edition. San Francisco: Freeman. с. 105–114. ISBN 978-1-4292-4646-0. 
  11. Ohvo-Rekilä H, Ramstedt B, Leppimäki P, Slotte JP (January 2002). Cholesterol interactions with phospholipids in membranes. Progress in Lipid Research 41 (1): 66–97. PMID 11694269. doi:10.1016/S0163-7827(01)00020-0. 
  12. Yeagle PL (October 1991). Modulation of membrane function by cholesterol. Biochimie 73 (10): 1303–10. PMID 1664240. doi:10.1016/0300-9084(91)90093-G. 
  13. Haines TH (July 2001). Do sterols reduce proton and sodium leaks through lipid bilayers?. Progress in Lipid Research 40 (4): 299–324. PMID 11412894. doi:10.1016/S0163-7827(01)00009-1. 
  14. Petersen EN, Chung HW, Nayebosadri A, Hansen SB (December 2016). Kinetic disruption of lipid rafts is a mechanosensor for phospholipase D. Nature Communications 7: 13873. Bibcode:2016NatCo...713873P. PMC 5171650. PMID 27976674. doi:10.1038/ncomms13873. 
  15. Incardona JP, Eaton S (April 2000). Cholesterol in signal transduction. Current Opinion in Cell Biology 12 (2): 193–203. PMID 10712926. doi:10.1016/S0955-0674(99)00076-9. 
  16. Pawlina W, Ross MW (2006). Histology: a text and atlas: with correlated cell and molecular biology. Philadelphia: Lippincott Wiliams & Wilkins. с. 230. ISBN 978-0-7817-5056-1. 
  17. Levitan I, Singh DK, Rosenhouse-Dantsker A (2014). Cholesterol binding to ion channels. Frontiers in Physiology 5: 65. PMC 3935357. PMID 24616704. doi:10.3389/fphys.2014.00065. 
  18. а б в Wei W, Schwaid AG, Wang X, Wang X, Chen S, Chu Q, Saghatelian A, Wan Y (March 2016). Ligand Activation of ERRα by Cholesterol Mediates Statin and Bisphosphonate Effects. Cell Metabolism 23 (3): 479–91. PMC 4785078. PMID 26777690. doi:10.1016/j.cmet.2015.12.010. 
  19. а б в г Nuclear Receptors in Development and Disease. Elsevier Science. 17 травня 2017. с. 88–. ISBN 978-0-12-802196-5. 
  20. Hanukoglu I (December 1992). Steroidogenic enzymes: structure, function, and role in regulation of steroid hormone biosynthesis. The Journal of Steroid Biochemistry and Molecular Biology 43 (8): 779–804. PMID 22217824. doi:10.1016/0960-0760(92)90307-5. 
  21. Payne AH, Hales DB (December 2004). Overview of steroidogenic enzymes in the pathway from cholesterol to active steroid hormones. Endocrine Reviews 25 (6): 947–70. PMID 15583024. doi:10.1210/er.2003-0030. 
  22. Cohn JS, Kamili A, Wat E, Chung RW, Tandy S (February 2010). Dietary phospholipids and intestinal cholesterol absorption. Nutrients 2 (2): 116–27. PMC 3257636. PMID 22254012. doi:10.3390/nu2020116. 
  23. а б в Губський, 2000, с. 217.
  24. а б Губський, 2000, с. 218.
  25. а б Губський, 2000, с. 219.
  26. Губський, 2000, с. 220.

ЛітератураРедагувати

  • Губський Ю. Біологічна хімія. — Київ-Тернопіль : Укрмедкнига, 2000. — 508 с. — ISBN 966-7364-41-0.
  • Гонський Я., Максимчук Т., Калинський М. Біохімія людини. — Тернопіль : Укрмедкнига, 2002. — 744 с. — ISBN 966-7364-17-8.

ПосиланняРедагувати