9. Опишите схему синтеза холестерина (хс) в организме (формульно до мевалоновой кислоты). Укажите локализацию этого процесса в клетке, субстраты, ферменты, кофакторы, энергообеспечение.
Синтез холестерола в организме составляет примерно 0,5-0,8 г/сут, примерно 50% образуется в печени, около 15% в кишечнике. Все клетки организма способны синтезировать холестерол. Поступление с пищей составляет около 0,4 г/сут.
Биосинтез холестерола происходит в эндоплазматическом ретикулуме. Источником всех атомов углерода в молекуле является ацетил-SКоА, поступающий сюда из митохондрий в составе цитрата, также как при синтезе жирных кислот. При биосинтезе холестерола затрачивается 18 молекул АТФ и 13 молекул НАДФН.
Первые две реакции синтеза совпадают с реакциями кетогенеза, но после синтеза 3-гидрокси-3-метилглутарил-SКоА вступает в действие фермент гидроксиметил-глутарил-SКоА-редуктаза (ГМГ-SКоА-редуктаза), образующая мевалоновую кислоту. Схема синтеза мевалоновой кислоты:
После синтеза мевалоновой кислоты происходят следующие реакции: при использовании АТФ мевалоновая кислота трижды фосфорилируется. Затем промежуточный продукт декарбоксилируется и дефосфорилируется с получением изопентенилдифосфата; После объединения трех молекул изопентенилдифосфата синтезируется фарнезилдифосфат; синтез сквалена происходит при связывании двух остатков фарнезилдифосфата; после этого линейный сквален циклизуется в ланостерол; удаление лишних метильных групп, восстановление и изомеризация молекулы приводит к появлению холестерола.
Регуляторным ферментом является гидроксиметилглутарил-SКоА-редуктаза, активность которой может изменяться в 100 и более раз.
10. Что происходит с вновь образованным холестерином в организме: а) в клетках печени, б) в коре надпочечников, в) в клетках эпидермиса?
Большая часть синтезированного холестерола удаляется из печени в составе ЛПОНП. Эти частицы содержат 55% ТАГ, фосфолипиды и апобелки. В дальнейшем метаболизм этих липопротеинов включает в себя этап созревания, который заключается в переносе 2 апопротеинов-С-II и Е с ЛПВП на ЛПОНП.
Также холестерол в клетках печени-гепатоцитах- под действием фермента 7-альфа-гидроксилазы гидроксилируется (то есть присоединяет в седьмом положении –ОН группу). В результате образуется 7-альфа-гидроксихолестерол, который используется на построение первичных желчных кислот (холевая и хенодезоксихолевая).
В коре надпочечников холестерин используется для синтеза других стероидов-стероидных гормонов: кортизол, альдостерон, андрогены и эстрогены). В клубочковой зоне коры из холестерола образуются минералокортикоиды, главным из которых является альдостерон (регулирует минеральный обмен). В пучковой зоне из холестерола синтезируются важнейшие стероиды-глюкокортикоиды, которые повышают концентрацию глюкозы в крови, подавляют клеточный и гуморальный иммунитет, оказывают катаболическое влияние на белковый обмен (то есть стимулируют распад белков на аминокислоты), оказывают противовоспалительное и антистрессорное влияние. В сетчатой зоне из холестерола образуются половые гормоны-андрогены и эстрогены, которые также являются стероидами.
Эпидермис- место активного синтеза холестерина, и в ответ на существенное повреждение кожи его синтез резко увеличивается. Кроме фермента гидрокисметилглутарил-КоА-редуктазы повышается уровень мРНК и других ферментов пути синтеза холестерина-фарнезилдифосфатсинтазы и скваленсинтазы. Также в клетках эпидермиса находится производное холестерола (7-дегидрохолестерол), которое под влиянием ультрафиолетовых лучей при инсоляции превращается в холекальциферол (витамин D3).
11. Каким путем холестерин, образованный в печени, поступает к клеткам органов и тканей? Роль ЛПОНП и ЛПНП в этом процессе? Опишите механизм ассимиляции холестерина из ЛПНП в тканях. Что лимитирует процесс ассимиляции ЛПНП клетками периферических органов?
Транспорт холестерина осуществляется липопротеинами низкой и высокой плотности.
ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИПОПРОТЕИНОВ ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ
Общая характеристика
образуются в печени de novo, в плазме крови при распаде хиломикронов, некоторое количество в стенке кишечника,
в составе частицы примерно половину занимают белки, еще четверть фосфолипиды, остальное холестерин и ТАГ (50% белка, 7% ТАГ, 13% эфиров ХС, 5% свободного ХС, 25% ФЛ),
основным апобелком является апо А1,
нормальное содержание в крови 0,5-1,5 г/л,
антиатерогенные.
Функция
Транспорт свободного ХС от тканей к печени.
Фосфолипиды ЛПВП являются источником полиеновых кислот для синтеза клеточных фосфолипидов и эйкозаноидов.
Обмен
Синтезированный в печени ЛПВП (насцентный) содержит в основном фосфолипиды и апобелки. Остальные липидные компоненты накапливаются в нем по мере метаболизма в плазме крови.
В ЛПВП активно протекает реакция при участии лецитин:холестерол-ацилтрансферазы (ЛХАТ-реакция). В этой реакции остаток ненасыщенной жирной кислоты переносится от ФХ на свободный ХС с образованием лизофосфатидилхолина и эфиров ХС.
Взаимодействует с ЛПНП и ЛПОНП, которые являются источником свободного ХС для ЛХАТ-реакции, в обмен ЛПВП отдают этерифицированный ХС.
Взаимодействуя с ЛПОНП и ХМ, получают ТАГ и отдают им апоЕ- и апоСII-белки.
При посредстве специфических транспортных белков получают свободный ХС из клеточных мембран.
Взаимодействует с мембранами клеток, отдает часть фосфолипидной оболочки, доставляя таким образом полиеновые жирные кислоты в клетки.
Накопление свободного ХС, ТАГ и утрата фосфолипидной оболочки преобразует ЛПВП3 в ЛПВП2. Последний захватывается гепатоцитами при помощи апоА-1-рецептора.
ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИПОПРОТЕИНОВ НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ
Общая характеристика
образуются в гепатоцитах de novo и в сосудистой системе печени под воздействием печеночной ТАГ-липазы из ЛПОНП,
состав: 25% белки, 7% триацилглицеролы, 38% эфиров ХС, 8% свободного ХС, 22% фосфолипидов,
основным апобелком является апоВ-100,
нормальное содержание в крови 3,2-4,5 г/л,
самые атерогенные.
Функция
Транспорт холестерола в клетки, использующие его для реакций синтеза половых гормонов (половые железы), глюко- и минералокортикоидов (кора надпочечников), холекальциферола (кожа), утилизирующие ХС в виде желчных кислот (печень).
Транспорт полиеновых жирных кислот в виде эфиров ХС в некоторые клетки рыхлой соединительной ткани (фибробласты, тромбоциты, эндотелий, гладкомышечные клетки), в эпителий гломерулярной мембраны почек, в клетки костного мозга, в клетки роговицы глаз, в нейроциты, в базофилы аденогипофиза.
Клетки этой группы активно синтезируют эйкозаноиды. Поэтому им необходим постоянный приток полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), что осуществляется либо переходом фосфолипидов от оболочки ЛПВП в мембраны клеток либо поглощением ЛПНП, которые несут ПНЖК и эфиры холестерола. Особенностью всех этих клеток является наличие лизосомальных кислых гидролаз, расщепляющих эфиры ХС. У других клеток таких ферментов нет.
Обмен
В крови первичные ЛПНП взаимодействуют с ЛПВП, отдавая свободный ХС и получая этерифицированный. В результате в них происходит накопление эфиров ХС, увеличение гидрофобного ядра и "выталкивание" белка апоВ-100 на поверхность частицы. Таким образом, первичный ЛПНП переходит в зрелый.
На всех клетках, использующих ЛПНП, имеется высокоафинный рецептор, специфичный к ЛПНП – апоВ-100-рецептор. При взаимодействии ЛПНП с рецептором происходит эндоцитоз липопротеина и его лизосомальный распад на составные части – фосфолипиды, аминокислоты, глицерол, жирные кислоты, холестерол и его эфиры.
ХС превращается в гормоны или включается в состав мембран,
излишки мембранного ХС удаляются с помощью ЛПВП,
при невозможности удалить ХС часть его этерифицируется с олеиновой кислотой ферментом ацил-SКоА:холестерол-ацилтрансферазой (АХАТ),
принесенные с эфирами ХС ПНЖК используются для синтеза эйкозаноидов или фосфолипидов.
Около 50% ЛПНП взаимодействуют с апоВ-100-рецепторами гепатоцитов и примерно столько же поглощаются клетками других тканей.
12. Укажите пути обмена холестерина в организме. Как организм освобождается от избыточного накопления холестерина? Механизм участия ЛПВП и лецитинхолестеринацилтрансферазы (ЛХАТ) в этом процессе, судьба ЛПВП.
Выведение холестерина осуществляется только за счет превращения холестерина в печени в желчные кислоты, которые накапливаются там, выделяются в пищеварительный тракт и покидают организм с фекалиями. Это основной путь выведения холестерина из организма.
Выведение холестерола из организма:
o с фекалиями в виде холестерола поступающего из желчи и образованных микрофлорой нейтральных стеролов (до 0,5 г/сут),
o в виде желчных кислот (до 0,5 г/сут),
o около 0,1 г удаляется со слущивающимся эпителием кожи и секретом сальных желез,
o примерно 0,1 г превращается в стероидные гормоны и после их разрушения выводится с мочой.
Транспорт холестерола и его эфиров осуществляется липопротеинами низкой и высокой плотности.
Транспорт экзогенного холестерина липопротеидами крови:
1 После всасывания экзогенный холестерин транспортируется в печень в составе хиломикронов (ХМ)
2. Эндогенный холестерин секретируется из печени в составе липопротеидов очень низкой плотности (ЛПОНП)
3. ЛПОНП под действием ЛП-липазы превращаются в липопротеиды промежуточной плотности (ЛППП) (содержат около 45% холестерина), которые затем превращаются в липопротеиды низкой плотности (ЛПНП), содержащие около 55% холестерина
4. Обратный транспорт холестерина в печень осуществляется с использованием липопротеидов высокой плотности (ЛПВП)
Характеристика липопротеинов высокой плотности.
1. Синтезированный в печени ЛПВП (насцентный) содержит в основном фосфолипиды и апобелки. Остальные липидные компоненты накапливаются в нем по мере метаболизма в плазме крови.
2. В ЛПВП активно протекает реакция при участии лецитин: холестерол-ацилтрансферазы (ЛХАТ-реакция). В этой реакции остаток ненасыщенной жирной кислоты переносится от ФХ на свободный ХС с образованием лизофосфатидилхолина и эфиров ХС.
3. Взаимодействует с ЛПНП и ЛПОНП, которые являются источником свободного ХС для ЛХАТ-реакции, в обмен ЛПВП отдают этерифицированный ХС.
4. Взаимодействуя с ЛПОНП и ХМ, получают ТАГ и отдают им апоЕ- и апоСII-белки. 5. При посредстве специфических транспортных белков получают свободный ХС из клеточных мембран.
6. Взаимодействует с мембранами клеток, отдает часть фосфолипидной оболочки, доставляя таким образом полиеновые жирные кислоты в клетки.
7. Накопление свободного ХС, ТАГ и утрата
фосфолипидной оболочки преобразует
ЛПВП3 в ЛПВП2. Последний захватывается
гепатоцитами при помощи апоА-1-рецептора.
13. Объясните нейрогуморальную регуляцию липидного обмена. Какое влияние на обмен липидов оказывают инсулин, глюкагон, СТГ, тироксин, глюкокортикоиды, эстрогены и андрогены? Объясните регуляцию активности ферментов липидного обмена на уровне метаболитов.
Обмен липидов регулируется ЦНС.
Известно, что длительный отрицательный эмоциональный стресс, сопровождающийся увеличением выброса катехоламинов в кровяное русло, может вызвать заметное похудание. Уместно напомнить, что жировая ткань обильно иннервируется волокнами симпатической нервной системы, возбуждение этих волокон сопровождается выделением норадреналина непосредственно в жировую ткань. Адреналин и норадреналин увеличивают скорость липолиза в жировой ткани; в результате усиливается мобилизация жирных кислот из жировых депо и повышается содержание неэстерифи-цированных жирных кислот в плазме крови. Как отмечалось, тканевые липазы (триглицеридлипаза) существуют в двух взаимопревращающихся формах, одна из которых фосфорилирована и каталитически активна, а другая – нефосфорилирована и неактивна. Адреналин стимулирует через аденилатциклазу синтез цАМФ. В свою очередь цАМФ активирует соответствующую протеинкиназу, которая способствует фосфорилированию липазы, т.е. образованию ее активной формы. Следует заметить, что действие глюкагона на липолитическую систему сходно с действием кате-холаминов.
Не подлежит сомнению, что секрет передней доли гипофиза, в частности соматотропный гормон, оказывает влияние на липидный обмен. Гипофункция железы приводит к отложению жира в организме, наступает гипофизарное ожирение. Напротив, повышенная продукция СТГ стимулирует липолиз, и содержание жирных кислот в плазме крови увеличивается. Доказано, что стимуляция липолиза СТГ блокируется ингибиторами синтеза мРНК. Кроме того, известно, что действие СТГ на липолиз характеризуется наличием лаг-фазы продолжительностью около 1 ч, тогда как адреналин стимулирует липолиз почти мгновенно. Иными словами, можно считать, что первичное действие этих двух типов гормонов на липолиз проявляется различными путями. Адреналин стимулирует активность аденилатциклазы, а СТГ индуцирует синтез данного фермента. Конкретный механизм, с помощью которого СТГ избирательно увеличивает синтез аденилатциклазы, пока неизвестен.
Инсулин оказывает противоположное адреналину и глюкагону действие на липолиз и мобилизацию жирных кислот. Недавно было показано, что инсулин стимулирует фосфодиэстеразную активность в жировой ткани. Фосфодиэстераза играет важную роль в поддержании постоянного уровня цАМФ в тканях, поэтому увеличение содержания инсулина должно повышать активность фосфодиэстеразы, что в свою очередь приводит к уменьшению концентрации цАМФ в клетке, а следовательно, и к образованию активной формы липазы.
Несомненно, и другие гормоны, в частности тироксин, половые гормоны, также оказывают влияние на липидный обмен. Например, известно, что удаление половых желез (кастрация) вызывает у животных избыточное отложение жира. Однако сведения, которыми мы располагаем, не дают пока основания с уверенностью говорить о конкретном механизме их действия на обмен липидов.