6.Биосинтез холестерина.

Ещё в 60-х годах нынешнего столетия Блох и сотр. В опытах с использованием ацетата, меченного 14С по метильной и карбоксильной группе, показали, что оба атома углерода уксусной кислоты включаются в холестерин приблизительно в одинаковых количествах. Кроме того, было доказано, что все атомы углерода холестерина происходят из ацетата.

В дальнейшем, благодаря работам Линера, Редней, Поляка, Корнфорта, А.Н.Климова и других исследователей были выяснены основные детали ферментативного синтеза холестерина, насчитывающего более 35 энзиматических реакций. В синтезе холестерина можно выделить три основные стадии: 1-я стадия – превращение активного ацетата в мевалоновую кислоту; 2-я стадия – образование сквалена из мевалоновой кислоты; 3-я стадия – циклизация сквалена в холестерин.

Вначале рассмотрим стадию превращения активного ацетата в мевалоновую кислоту (слайд 9). Начальным этапам синтеза мевалоновой кислоты из ацетил-КоА является образование ацетоацетил-КоА посредством обратимой тиолазной реакции:

CH3-CO-S-KoA + CH3-CO-S-KoA ----→ CH3-CO-CH2-CO-S-KoA + НS-KoA

Ацетил-КоА Ацетил-КоА Ацетоацетил-КоА

Затем последующая конденсация ацетоацетил-КоА с третьей молекулой ацетил-КоА при участии β-гидрокси-β-метилглутарил-КоА-синтетазы (ГМГ-КоА-синтетазы) даёт образование β-гидрокси-β-метилглутарил-КоА:

ГМГ-КоА-синтетазы

CH3-CO-CH2-CO-S-KoA + CH3-CO-S-KoA ---------------------------→

Ацетоацетил-КоА Ацетил-КоА

ОН

|

НООС-СН2-С-СН2-СО- S-KoA

|

СН3

β-гидрокси-β-метилглутарил-КоА

Заметим, что эти первые этапы синтеза мевалоновой кислоты нами уже рассматривались, когда речь шла об образовании кетоновых тел (см. стр.)

Далее β-гидрокси-β-метилглутарил-КоА под влиянием НАДФ-зависимой β-гидрокси-β-метилглутарил-КоА-редуктазы (ГМГ-КоА-редуктазы) в результате восстановления одной из карбоксильных групп и отщепления НS-KoA превращается в мевалоновую кислоту:

ОН

| ГМГ-КоА-редуктаза

НООС-СН2-С-СН2-СО- S-KoA + 2НАДФН2 ---------------------------→

|

СН3

β-гидрокси-β-метилглутарил-КоА

ОН

|

---→ НООС-СН2-С-СН2-СН2ОН + 2НАДФ + НS-KoA

|

СН3

Мевалоновая кислота

ГМГ-КоА-редуктазная реакция – первая практически необратимая реакция в цепи биосинтеза холестерина, и протекает она со значительной потерей свободной энергии (около 8200 ккал). Установлено, что данная реакция является реакцией, лимитирующей скорость биосинтеза холестерина.

Во второй стадии синтеза холестерина мевалоновая кислота превращается в сквален (слайд 10). Реакции второй стадии начинаются с фосфорилирования мевалоновой кислоты с помощью АТФ. В результате образуется 5′-монофосфорный эфир, а затем 5′-пирофосфорный эфир мевалоновой кислоты:

-11-

СООН СООН СООН

| | |

СН2 СН2 СН2

| АТФ АДФ | АТФ АДФ |

Н3С-С-ОН -------------→ Н3С-С-ОН -------------→ Н3С-С-ОН

| | |

СН2 СН2 СН2

| | |

СН2 СН2 СН2

| | |

ОН О О О О

Мевалоновая | || | ||

кислота О-Р-ОН О-Р-ОН

| |

ОН ОН

5′-фосфомевалоновая 5′-пирофосфомевалоновая

кислота кислота

5′-пирофосфомевалоновая кислота в результате последующего фосфорилирования третичной гидроксильной группы образует нестабильный промежуточный продукт - 3′-фосфо-5′-пирофосфомевалоновую кислоту, которая, декарбоксилируясь и теряя фосфорную кислоту, превращается в изопентонилпирофосфат. Последний изомеризуется в диметилаллилпирофосфат:

СООН СООН СН2 СН3

| |

СН2 СН2 С

| АТФ АДФ | Н3РО4 | ←-------------

Н3С-С-ОН -------------→ Н3С-С-ОН -------------→ СН2 -------------→

| | -СО2 |

СН2 СН2 О О О

| | | || ||

СН2 СН2 О-Р-О-Р-ОН

| | | |

О О О О О О ОН ОН

| || || | || || Изопентенил-

О-Р-О-Р-ОН О-Р-О-Р-ОН пирофосфат

| | | |

ОН ОН ОН ОН

5′-пирофосфомевалоновая 3′-фосфо-5′-пирофосфо-

кислота мевалоновая

кислота

СН3 СН3

\ /

СН

|

←-- СН2

--→ О О

|| ||

О-Р-О-Р-ОН

| |

ОН ОН

Диметилаллилпирофосфат

Затем эти два изомерных изопентенилпирофосфата (диметилаллилпирофосфат и изопентенилпирофосфат) конденсируются с высвобождением пирофосфата и образованием геранилпирофосфата. К геранилпирофосфату вновь присоединяется изопентенилпирофосфат, давая в результате этой реакции фарнезилпирофосфат:

-12-

СН3 О О

Н3С | || ||

С=СН-СН2-СН2-С=СН-СН2-О-Р-О-Р-ОН

Н3С | |

ОН ОН

Геранилпирофосфат

СН3 СН3 О О

Н3С | | || ||

С=СН-СН2-СН2-С=СН-СН2-СН2-С=СН-СН2-О-Р-О-Р-ОН

Н3С | |

ОН ОН

Фарнезилпирофосфат

В заключительной реакции данной стадии в результате восстановительной конденсации фарнезилпирофосфата с его диметилаллильным изомером образуется сквален:

СН3 СН3 СН3 СН3

| | | |

Н3С-С=СН-СН2-(СН2-С=СН-СН2)2-(СН2-С=СН-СН2)2-СН2-С=С-СН3

Сквален (С30)

На третьей стадии биосинтеза холестерина сквален под влиянием скваленоксидоциклазы циклизирутся с образованием ланостерина. Дальнейший процесс превращения ланостерина в холестерин включает ряд реакций, сопровождающийся удалением трёх метильных групп (слайд 11):

С Д

А В 3СН3

НО НО

Ланостерин (С30) Холестерин (С27)

свободный

На четвёртой стадии холестерин вступает во взаимодействие с фосфатидилхолином (или фосфатидилэтаноламином) с помощью фермента ЛХАТ (лецетинхолестеринацетилтрансферазы) (слайд 12). Образуется эфир холестерина и лизофосфолипиды. Чаще всего в эфирную связь с холестерином вступает линолевая кислота (С17Н31СОООН) или линоленовая кислота (С17Н29СООН).

Важно добавить, что образующийся из ацетил-КоА изопентонилпирофосфат представляет собой активированный предшественник, используемый для построения многих биологически важных молекул, содержащих изопреновые единицы. К ним относятся витамины А, Е, К, каротиноиды, боковые цепи хлорофилла и т. д.

-13-

Стероидные Соли желчных кислот Витамин Д3

гормоны

Биологические

Холестерин мембраны

Липопротеиды крови

СН2 СН3

Витамин А Каучук

С

|

СН2

Витамин Е | Фитол

СН2

|

Витамин К О

|

Каратиноиды Р

|

О Полипренолы

|

Р

Изопентенилпирофосфат