Холестерин биохимия

Формула и процесс биосинтеза холестерина

Холестерин биохимия

Холестерин – это жизненно необходимое соединение для организма. Он является субстратом для гормона прогестерона, эстрогена, тестостерона, гормонов надпочечников (альдостерона, кортизола), участвует в одном из направлений метаболизма витамина Д, а также используется для построения мембран и клеточных стенок.

Холестерол, с точки зрения биохимии, — это органический липофильный спирт, который не растворяется в воде. Рассмотрим, чем характерна химическая формула холестерина и какие особенности и стадии выделяют в процессе его биосинтеза.

Формула и строение холестерина

Холестерин относится к группе стероидов. Является одним из главных стероидов в макроорганизме человека, определяет активность обмена липидов. По своей структуре это твердое кристаллическое бесцветное вещество, не растворяющееся в воде. Лабораторной единицей измерения в периферической крови является ммоль/л.

Химическая формула (она же брутто-формула) холестерина — C27H46O.

Молекулярная масса — около 387 г/моль.

Структурная форма выглядит следующим образом:

Структурная формула холестерола с нумерацией атомов в молекуле

Одна из основных особенностей молекулы холестерола – способность связываться с другими соединениями, образовывая комплексы молекул.

Такими соединениями могут быть кислоты, амины, протеины, холекальциферол (предшественник витамина Д3), соли и прочие.

Данное свойство обусловлено характерным строением молекулы холестерола и его высокой активностью в процессах биохимии.

Биосинтез холестерина

Весь холестерин в человеческом макроорганизме подразделяется на экзогенный и эндогенный. Экзогенный составляет около 20% от общего показателя и поступает в организм с продуктами питания. Эндогенный холестерол синтезируется непосредственно в организме. Его производство синхронно происходит в двух локализациях.

В кишечнике специфическими клетками энтероцитами формируется около 15% вещества, а порядка 50% эндогенного холестерина вырабатывается в печени, где в дальнейшем связывается с белками, образует комплексы в виде липопротеидов и выходит в периферический кровоток.

Небольшая часть также отправляется на синтез триглицеридов – эфиров жирных кислот и глицерина, которые соединяются с холестеролом.

Синтез холестерола – сложный и энергозатратный процесс. Необходимо больше 30 последовательных реакций липидной трансформации, чтобы в результате образовалась холестериновая молекула. Схематически, все эти превращения можно сгруппировать в шесть стадий процесса синтеза холестерола.

  1. Биосинтез мевалоната. Состоит из трех реакций. Первые две из них являются реакциями кетогенеза, а третью реакцию катализирует фермент ГМГ-SКоА редуктаза, под действие которой образуется первый предшественник холестерина – мевалоновая кислота. Механизм действия большинства гиполипидемических препаратов, в особенности статинов, направлен именно на это звено биосинтеза. Путем воздействие на ферментативную активность редуктаз, можно частично управлять холестериновой трансформацией.
  2. Биосинтез изопентенилпирофосфата. Три фосфатных остатка присоединяются к полученной мевалоновой кислоте. После этого она проходит процессы декарбоксилирования и дегидрирования.
  3. На третьем этапе происходит слияние трех  изопентенилпирофосфатов, которые превращаются в фарнезилдифосфат.
  4. Из 2-х остатков фарнезилдифосфата образуется новая молекула – сквален.
  5. Линейный сквален проходит ряд реакций циклизации и трансформируется в ланостерол.
  6. От ланостерина отщепляются избыточные метильные группы, соединение проходит ступень изомеризации и восстановления, в результате которых образуется молекула холестерина.

Кроме активного фермента ГМГ-КоА редуктазы, в реакциях биосинтеза принимают участие инсулин, глюкагон, адреналин и специальный белок-переносчик, который связывает метаболиты на разных этапах.

Эфиры холестерола

Эстерификация холестерина – это процесс связывания с ним жирных кислот. Запускается он либо для переноса молекулы холестерола, либо для трансформации его в активную форму.

В данных превращениях важную роль играет лецитин – он присоединяется к молекуле холестерина и под действием фермента лецитин-холестерол-ацил-трансферазы образует эфиры лизолейцин и холестерид.

Таким образом, реакция эстерификации – это процесс, направленный на снижение количество свободного холестерола в кровотоке. Полученные эфиры тропны к «хорошим» липопротеидов высокой плотности и легко к ним присоединяются.

Образование эфиров холестерина – часть защитного антиатеросклеротического механизма.

Холестерин – очень важное для макроорганизма соединение, которое принимает не только участие в обмене липидов, но и в процессах транcформации биологически активных веществ и синтезе мембран клеток. Молекула данного вещества проходит сложный цикл превращений из более чем 30 реакций, которые регулируются и контролируются ферментативной и гуморальной системами.

Изменения в одном из звеньев биосинтеза может стать индикатором патологии со стороны внутренних органов и систем – печени, щитовидной и поджелудочной желез. Следует проводить профилактические обследования и скрининговые липидограммы, чтобы вовремя выявить патологический процесс.

Источник: https://holestein.ru/analizy/formula-i-sintez-holesterina

Холестерин. Все, что нужно знать

Холестерин биохимия

Холестерин (или холестерол) — это жирное вещество, которое преимущественно вырабатывается печенью, его структура представляет собой комбинацию липида (жира) и стерола (стероида). Холестерин связан со многими жизненно важными функциями в организме, но при его избытке возможно засорение сосудов и артерий, что ведет к проблемам со здоровьем.

В 1769 году Франсуа Поллетье де ла Саль впервые идентифицировал его в желчных камнях. Однако только в 1815 году химик Мишель Эжен Шеврёль назвал это соединение «холестерином».

Зачем нам нужен холестерин?

Организм человека содержит около 250 граммов холестерина. Он является основным стеролом, синтезируемым всеми животными, но отсутствует среди прокариот (бактерий и архей). Однако и здесь есть исключения, например, микоплазма, для роста которой требуется холестерин.

Почти каждая клетка нашего организма способна производить молекулы холестерина, используя простые органические компоненты. Тем не менее его содержание в клетках отличается.

Особенно богаты холестерином оболочки эритроцитов и миелиновые оболочки отростков нейронов (на 22 — 23% состоят из холестерина), а его содержание в оболочках клеток печени составляет около 17%.

Состав белого и серого вещества мозга содержит 14 и 6% холестерина соответственно.

Три главных функции холестерина:

  • Входит в состав мембран и внешнего слоя клеток. Это дает им устойчивость в широком интервале температур, а также определяют их форму и изолирует от окружающих компонентов;
  • Является предшественником для биосинтеза витамина D и стероидных гормонов. Эти вещества поддерживают здоровье половой системы, костей, зубов, мышц, а также участвуют в метаболизме и множестве других процессов;
  • Используется для биосинтеза желчи, которая помогает переваривать жиры.

Химическая формула холестерина: С27Н46О

Откуда организм получает холестерин?

Около 70 — 80% холестерина синтезируется в нашем организме (в основном печенью), оставшиеся 20 — 30% мы получаем с пищей.

Однако существует еще один тип жира в крови, который тесно связан с холестерином — это триглицериды. Триглицериды всасываются из кишечника в кровоток во время переваривания пищи, однако им и холестерину не позволено свободно циркулировать в крови, поэтому печень упаковывает их вместе с белками в «пакеты», называемые липопротеинами.

В таких «пакетах» холестерин и триглицериды высвобождаются в кровь и переносятся по всему телу. Достигая клеток, они используются «здесь и сейчас» в виде энергии/строительного материала или сохраняются на потом.

Повышенный уровень триглицеридов также может увеличить общий риск развития сердечно-сосудистых заболеваний, но если они очень высоки, то могут вызвать и другие серьезные проблемы, такие как панкреатит.

Как холестерин разрушается?

Некоторое количество холестерина возвращается в печень и расщепляется. После чего используются для биосинтеза желчных кислот, которые способствуют перевариванию еды в кишечнике (они расщепляют жиры).

Небольшое количество желчных кислот удаляется из организма естественным образом. Однако большая часть всасываться обратно в кровь и возвращается в печень, чтобы снова использоваться в пищеварении.

Существуют методы лечения высокого уровня холестерина, основанные на предотвращении попадания желчи обратно в кровь. Так, печень должна забирать больше холестерина из крови, чтобы вырабатывать достаточно желчи. Это и позволяет снизить его уровни.

Что повышает уровень холестерина в крови?

Холестерин и триглицериды могут повышаться по ряду причин.

Например:

  • Диета с высоким содержанием насыщенных жиров;
  • Недостаточно активный образ жизни, когда жиры не расходуются в виде энергии;
  • Генетические факторы, при которых жиры не обрабатываются обычным способом;
  • Дефицит половых гормонов и гормонов щитовидной железы;
  • Нехватка витамина D;
  • На высокий холестерин также влияет дефицит йода, железа, витамина В12;
  • Слишком много сахара в рационе.

По поводу сахара стоит отметить, что именно он — частый виновник атеросклеротических бляшек в сосудах и артериях.

Когда сахар прикрепляется к гемоглобину, то превращает его в своеобразного «ежика», который царапает стенки сосудов.

Для починки этих повреждений используется холестерин, как своего рода заклепка, скрывающая повреждение. Со временем в местах этих «заклепок» могут образовываться атеросклеротические бляшки.

Что такое холестерин ЛПНП и ЛПВП?

Мы уже выяснили, что холестерин крепится к белкам и другим жирам, образуя крошечные сферы или шарики, известные как липопротеины (липиды плюс белки). В основном выделяют два основных класса липопротеинов: ЛПНП и ЛПВП. Когда люди говорят о «хорошем» и «плохом» холестерине они имеют ввиду эти липопротеины.

Давайте рассмотрим, чем они отличаются.

Холестерин ЛПНП (липопротеины низкой плотности)

Обычно называется «плохим холестерином», потому что в избытке может привести к проблемам со здоровьем. Эти липопротеины содержат очень много холестерина. Основное предназначение ЛПНП заключается в доставке холестерина в клетки, где это необходимо.

Частица ЛПНП является лигандом для ЛПНП-рецептора и содержит одну молекулу белка аполипопротеина B-100, которая стабилизирует структуру. Размеры частицы ЛПНП варьируются от 18 до 26 нм в диаметре.

Холестерин ЛПВП (липопротеины высокой плотности)

Работа ЛПВП заключается в переносе холестерина из клеток обратно в печень, где он может быть разрушен и удален из организма. Мы привыкли называть его «хорошим холестерином», потому что он помогает вашему организму оставаться здоровым и предотвращает заболевания. ЛПВП содержат много белка и очень мало холестерина.

Высокое содержание белка относительно жиров позволяет ЛПВП обладать максимальной плотностью среди липопротеинов. Частицы ЛПВП значительно меньше, чем ЛПНП — 8-11 нм в диаметре.

Уровни холестерина в крови

Женщины имеют более высокий уровень холестерина ЛПВП (хороший холестерин), чем мужчины. Это связано с различиями в генах. Женщины должны стремиться к уровню холестерина ЛПВП выше 1,2 ммоль/л, в то время как мужчины должны стремиться к уровню выше 1 ммоль/л.

Общий уровень холестерина в крови и риск сердечно-сосудистых заболеваний:

Холестерин ммоль/лИнтерпретация
5,2 и менееЖелаемый уровень (низкий риск)
5,2 — 6,2Граница высокого риска
6,2 и болееВысокий риск

Предполагается, что при соотношении ЛПНП/ЛПВП < 4 холестерин не может откладываться на стенках кровеносных сосудов.

ЛПНПЛПВПИнтерпретация
< 4 ммоль/л> 1 ммоль/лЖелательный
4 — 5 ммоль/л1 — 0,9 ммоль/лПограничный
> 5 ммоль/л< 0,9 ммоль/лВысокий риск

Во время беременности уровни холестерина и триглицеридов могут значительно возрасти. Поэтому тест на холестерин не будет точным в этот период. Рекомендуется подождать не менее трех месяцев после рождения ребенка, чтобы пройти тест на холестерин.

Женщины могут также обнаружить повышение уровня холестерина во время менопаузы.

Высокий уровень холестерина в крови может привести к атеросклерозу

Как снизить высокий холестерин?

Для снижения холестерина применяется группа препаратов под общим названием статины. Они работают путем ингибирования фермента под названием HMG-CoA редуктаза. Продаваться они могут под разными названиями, но, вероятно, содержат одно из этих действующих веществ: питавастатин, аторвастатин, ловастатин, розувастатин, церивастатин, флувастатин, мевастатин, правастатин и симвастатин.

Назначать самому себе статины категорически нельзя, и это не типичная отписка в духе «посоветуйтесь с врачом». С врачом нужно посоветоваться в любом случае, потому что статины серьезно влияют на гемеостаз и предполагают пожизненный прием больными людьми.

Рассмотрим более щадящие способы снижения уровня холестерина в крови.

Снизить употребление транс-жиров.
Транс жиры повышают уровень плохого холестерина (ЛПНП) и снижают уровень хорошего (ЛПВП). Трудно избежать употребления транс жиров, потому что они содержатся в жареной пище, выпечке (пирожные, пироги, замороженная пицца, печенье) и маргарине. Однако, если вы хотите улучшить профиль липопротеинов, то вам нужно избегать их употребления.

Добавьте в рацион клетчатку.
Такие продукты, как овсяная каша, яблоки, чернослив и бобы, содержат много клетчатки, которая не дает организму поглощать холестерин. Исследования показывают, что люди, которые ежедневно употребляют от 5 до 10 граммов клетчатки, наблюдают снижение уровня ЛПНП.

Клетчатка позволяет чувствовать себя сытым. Однако будьте осторожны. Употребление большого количества клетчатки может вызвать спазмы и вздутие живота. Увеличивайте потребление медленно.

Употребляйте орехи.
Многие виды орехов снижают плохой холестерин. А все потому, что они содержат стеролы, которые, как и клетчатка, удерживают организм от поглощения холестерина. Только не переусердствуйте, орехи очень калорийны.

Витамины.
Витамины необходимы для нормального функционирования организма, поэтому не удивительно, что некоторые из них снижают холестерин и его негативные свойства.

Например, одним из таких витаминов является никотиновая кислота (Витамин PP). Также хорошим защитником сердца показала себя фолиевая кислота (Витамин B9).

Тем не менее стоит отметить, что нужно соблюдать рекомендуемую дозировку, потому что они могут быть токсичны, при употреблении сверх необходимого.

Вполне к месту будет рассмотреть таблицу, в которой представлены исследования пищевых добавок/диет и их влияние на «риск смертности от любых причин». Данные были взяты из недавнего систематического обзора, включавшего 277 исследования с 992 129 участниками.

Влияние пищевых добавок и диет на смертность от всех причин
Изображение: Annals of Internal Medicine

Подробнее об этом написано в публикации: Рыбий жир не эффективен при сердечно-сосудистых заболеваниях

Держитесь подальше от сигарет.
Курение может поднять ЛПНП и снизить ЛПВП. В одном исследовании люди, бросившие курить, увидели, что их «хороший» холестерин поднялся на 5% за один год.

Снизить избыточный вес.
Не обязательно приводить себя в идеальную форму, чтобы улучшить липопротеиновый профиль. Если у вас избыточный вес, достаточно сбросить 4,5 килограмма, и вы снизите свой ЛПНП на 8%.

Специи — не только вкусно, но и полезно.
Специи, такие как чеснок, куркумин, имбирь, кориандр и корица, не только делают еду вкуснее, но и улучшают холестериновый профиль. Исследования показывают, что употребление от половины до одного зубчика чеснока каждый день может снизить уровень холестерина до 9%. Однако помните, что не все специи полезны для здоровья.

Употребляйте кефир и йогурт.
Потребление молочных продуктов считалось вредным для нашего сердечно-сосудистого здоровья. Однако недавнее исследование показывает, что потребление кисломолочных продуктов (как кефир и йогурт) может способствовать снижению «плохого» холестерина ЛПНП, артериального давления, риска развития инсульта, болезней сердца и диабета.

Источник: https://sci-news.ru/2019/cholesterol/

Общий холестерин и его фракции

Холестерин биохимия

Холестерин — одноатомный спирт, в молекуле которого имеется ядро циклопентанпергидрофенатрена.

Он является компонентом клеточных мембран, предшественником при синтезе желчных кислот, стероидных гормонов (глюкокортикоидов, альдостерона, половых гормонов), витамина D, обнаруживается во всех тканях и жидкостях организма как в свободном состоянии, так и в виде эфиров с жирными кислотами, преимущественно с линолевой (около 10% всего холестерина). Синтез холестерина происходит во всех клетках организма. Основными транспортными формами в крови являются α‑, β‑ и преβ‑липопротеины (или, соответственно, липопротеины высокой, низкой и очень низкой плотности). В плазме крови холестерин находится главным образом в форме сложных эфиров (60‑70%). Эфиры образуются либо в клетках в реакции катализируемой ацил-КоA-холестерин-ацилтрансферазой, использующей в качестве субстрата ацил‑КоA, либо в плазме в результате работы фермента лецитин-холестерин-ацилтрансферазы, осуществляющей перенос жирной кислоты со второго атома углерода фосфатидилхолина на гидроксильную группу холестерина. В плазме крови главными источниками холестерина и фосфатидилхолина для реакции служат липопротеины высокой и низкой плотности, этим путем образуется большая часть эфиров холестерина плазмы.

Для определения содержания холестерина в крови используют следующие методы:

  1. Титрометрические.
  2. Гравиметрические.
  3. Нефелометрические.
  4. Тонкослойная и газожидкостная хроматография.
  5. Полярографические методы, позволяют определять общий и свободный холестерин в присутствии ферментов холестеролоксидаз и холестеролэстераз.
  6. Флюориметрия по реакции с о‑фталевым альдегидом и другими реактивами.
  7. Ферментативные методы — определение протекает в одной пробирке, но в несколько этапов: ферментативный гидролиз эфиров холестерина, окисление холестерина кислородом воздуха с образованием холест‑4‑ен‑3‑ола и перекиси водорода. В качестве ферментов применяются холестеролоксидаза, холестеролэстераза, пероксидаза, каталаза. Ход реакции можно регистрировать:
  • спектрофотометрически по накоплению холестенола.
  • по убыли кислорода в среде.
  • по изменению окраски раствора, в качестве хромогенов — индикаторов протекания реакций — используются 4‑гидроксибензоат, 4‑аминофеназон, 4‑аминоантипирин.

Все эти методы весьма специфичны и хорошо воспроизводимы.

  1. Колориметрические методы, в основе которых лежат следующие цветные реакции:
  • реакция Биоля‑Крофта с использованием персульфата калия, уксусной и серной кислоты и с появлением красного окрашивания.
  • реакция Ригли, базирующаяся на взаимодействии холестерина с реактивом, в составе которого имеются метанол и серная кислота.
  • реакция Чугаева, в которой появляется красное окрашивание после реакции холестерина с ацетилхлоридом и хлористым цинком.
  • реакция Либермана‑Бурхарда, при которой холестерин окисляется в сильно кислой абсолютно безводной среде с образованием сопряженных двойных связей. В результате образуется соединение холестагексаена с концентрированной серной кислотой изумрудно‑зеленого цвета с максимумом абсорбции при 410 и 610 нм. Особенностью этой реакции является отсутствие стабильности окрашивания. В литературе можно встретить разное соотношение ингредиентов в реактиве Либерман-Бурхарда: чем выше содержание уксусного ангидрида, тем с большей скоростью протекает реакция. Протеканию реакции способствуют сульфосалициловая, паратолуенсульфоновая, диметилбензол‑сульфоновая кислоты. С эфирами холестерина реакция идет медленнее, чем со свободным холестерином, скорость возрастает при повышении температуры, свет оказывает разрушающее воздействие на продукты реакции. Все методы, основанные на реакции Либерман-Бурхарда, подразделяются на прямые и непрямые:
◊ к непрямым относятся методы Энгельгарда‑Смирновой, Раппопорта‑Энгельберга, Абеля и заключаются в предварительной экстракции холестерина из сыворотки с последующим определением его концентрации. Из этой группы методов наиболее известен метод Абеля с экстракцией свободного и этерифицированного холестерина изопропанолом или петролейным эфиром, гидролизом эфиров холестерина и последующей реакцией Либерман-Бурхарда. Методы этой группы более воспроизводимы и специфичны;
◊ в прямых методах (Илька, Мрскоса‑Товарека, Златкис‑Зака) холестерин предварительно не экстрагируется, а цветная реакция осуществляется непосредственно с сывороткой. Выявлено, что определение концентрации холестерина по Ильку при сравнении с методом Абеля дает более высокие (по разным авторам на 6%, на 10‑15%) значения, что необходимо учитывать при типировании гиперлипопротеинемий.
  • реакция Калиани‑Златкиса‑Зака, заключающаяся в появлении красно‑фиолетового окрашивания раствора при окислении холестерина хлорным железом в уксусной и концентрированной серной кислотах. Эта реакция в 4‑5 раз чувствительнее, чем реакция Либерман‑Бурхарда, но менее специфична.

Унифицированными методами являются колориметрические методы Илька и Калиани-Златкис-Зака.

Принцип

Основан на реакции Либерман‑Бурхарда: в сильно кислой среде в присутствии уксусного ангидрида происходит дегидратация холестерина с образованием окрашенного в зеленовато‑синий цвет бисхолестадиенилмоносульфоновой кислоты.

Нормальные величины

Сыворотка (указанный метод) 0 ‑ 1 год1.81‑4.53 ммоль/л
до 20 лет

Источник: https://biokhimija.ru/lipidny-obmen/cholesterin.html

МедСекурс
Добавить комментарий