1
Syntéza a metabolismus cholesterolu
Metabolismus žlučových kyselin a vitaminů D

Ó Biochemický ústav LF MU (E.T.) 2012

2
C
H
2
C
H
O
C
O
C
H
2
O
C
O
O
P
O
O
O
X
Glycerofosfolipidy
Fosfatidylcholin – PC
Fosfatidylethanolamin – PE
Fosfatidylserin – PS
Fosfatidylinositol – PI
Kardiolipin - CL

3
Biosyntéza glycerofosfolipidů
• probíhá ve všech buňkách s výjimkou erytrocytů
• některé počáteční reakce jsou stejné jako při syntéze triacylglycerolů

4

Syntéza triacylglycerolů a glycerofosfolipidů - návaznosti na společné reakce
P
i
PI, kardiolipin
P
C
H
2
O
C
O
R
C
H
O
C
O
R
C
H
2
O
R
R
C
O
S
C
oA
H
S
C
oA
C
H
2
O
C
O
R
C
H
O
C
O
R
C
H
2
O
C
O
R
PC,PE,PS
triacylglycerol
hydrolasa
C
H
2
O
C
O
C
H
O
C
O
R
C
H
2
O
H
diacylglycerol
fosfatidát

5
Štěpení fosfolipidů - fosfolipázy
A1
A2
několik typů
D (u rostlin)
C
PI-systém
Fosfolipasy jsou využívány i při remodelaci fosfolipidů
C
H
2
O
C
O
C
H
C
H
2
O
C
O
O
P
O
O
O
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
-

6
Ikosanoidy
Lokální hormony, působící prostřednictvím G-proteinů
Syntéza ikosanoidů:
PG, TX (prostanoidy) - cyklooxygenasová dráha
LT (leukotrieny) - lipoxygenasová dráha
Hlavní typy ikosanoidů:
prostaglandiny (PG)
tromboxany (TX)
leukotrieny (LT)
Jsou syntetizovány z polyenových MK s 20 uhlíky

7
Biosyntéza ikosanoidů
Mediátor (adrenalin, trombin, bradykinin, angiotensin II)
fosfolipasa A2
receptor
První společný krok: uvolnění mastné kyseliny (20 C) z membránově vázaného PL
arachidonová
EPA
eikosatrienová
cytoplazma

8
Inhibitory fosfolipasy A2
Membránové fosfolipidy
PUFA
fosfolipasa A2
kortikoidy
bílkovina lipokortin
-
Steroidní protizánětlivé léky (hydrokortisol, prednison, dexamethason) stimulují syntézu bílkoviny
lipokortinu a jejím prostřednictví inhibují fosfolipasu A2 a omezují tak tvorbu ikosanoidů

9
Prostanoidy:
prostaglandiny a prostacykliny
• jsou produkovány téměř ve všech buňkách
• endoplasmatické retikulum
• mají různorodé účinky (mají mnoho typů receptorů)

10
Účast prostanoidů ve fyziologických procesech - příklady
TXA2
je produkován trombocyty, vyvolává vasokonstrikci a aktivaci destiček
účinek cca 30-60 s
PGI2
je antagonistou TXA2, produkován cévním endotelem, poločas 3 min.
Jejich vyvážený účinek se podílí na krevním srážení

11
PGE2 je produkován žaludeční sliznicí a potlačuje sekreci kyseliny chlorovodíkové
PGE2 a PGF2a tvořené v endometriu indukují kontrakci dělohy. Jejich koncentrace v plodové vodě je
během těhotenství nízká, masívně se zvyšuje při porodu. Společně s oxytocinem se podílí na indukci
porodu.
Na rozdíl od oxytocinu kontrahují dělohu vždy.
Snižuje tak riziko vzniku žaludečního vředu
Mohou být použity k vyvolání potratu intravenosním nebo intravaginálním podáním

12
Příklady biologických účinků některých prostanoidů
Prostanoid
Účinek
TXA2
agregace trombocytů
kontrakce hladkého svalstva cév
PGI2/PGI3
antiagregační účinek
stimulace relaxace hl. svalstva
zvýšení intenzity a trvání bolesti
PGE2
inhibice kontrakce hladkého svalstva, vasodilatace cév, inhibice sekrece HCl, stimulace sekrece
mucinu, zvýšení teploty, zvýšení intenzity a trvání bolesti, zvýšení permeability cév
PGD2
navození spánku, kontrakce bronchiálního svalstva
PGF2a
kontrakce hladkého svalstva, zvýšení tělesné teploty

13
Syntéza prostanoidů (cykloxygenasová dráha)
Enzym cyklooxygenasa (COX) má dvě enzymové aktivity:
cyklooxygenasovou
peroxidasovou

14
Syntéza prostanoidů (cykloxygenasová dráha)
Kyselina arachidonová
PGG2 (dvě dvojné vazby)
PGH2 - základní prekursor všech prostanoidů serie -2
cyklooxygenasa (cyklooxygenasová aktivita)
cyklooxygenasa (peroxidasová aktivita)
2O2
8
12
15

15
PGH2
PGA2
PGD2
PGE2
PGF2
PGI2
TXA2
ikosa -8,11,14- trienová je prekursorem prostanoidů skupiny 1 (po účinku cyklooxygenasy zůstává
zachována 1 dvojná vazba)
ikosa-5,8,11,14,17 pentaenová je prekursorem prostanoidů skupiny 3
Série prostanoidů vznikajících z kyseliny arachidonové – prostanoidy skupiny 2

16
Enzymatická výbava v jednotlivých tkáních je různorodá
Např. plíce a slezina mají enzymy pro syntézu téměř všech prostanoidů
V trombocytech přítomna pouze tromboxansynthasa
V cévním endotelu jen prostacyklinsynthasa
Katabolismus prostanoidů je velmi rychlý
- enzymově katalyzovaný ( t1/2 ~0,1-10 min)
- neenzymová hydrolýza (t1/2  sekundy-minuty)

17
COX-1:  konstitutivní (stále přítomná) – zapojena do syntézy prostanoidů pro normální fyziologické
funkce
• COX-2: převážně indukovatelná – její tvorba je indukována při zánětu (stimulace cytokiny,
růstovými faktory)
Dvě formy cyklooxygenasy:

18
Inhibitory cyklooxygenasy
Nesteroidní protizánětlivé látky (NSZPL, též nesteroidní antiflogistika):
• acetylsalicylová kyselina →irreversibilní inhibice
• ibuprofen
• diklofenak
• indometacin a další
Inhibují obě formy COX
reversibilní inhibice

19
Inhibice cyklooxygenasy potlačuje tvorbu prostanoidů
… to má pozitivní účinky (snížení teploty, potlačení projevů zánětu, snížení bolesti…)
ale
 i negativní účinky ( snížená ochrana epitelu žaludeční sliznice, snížení agregability trombocytů,
snížená ochrana endotelu…..)
Až do doby, kdy bylo objeveno, že jsou dvě formy COX, se předpokládalo, že nežádoucí účinky nelze
oddělit od terapeutického působení. Po objevení COX-2 jsou hledány specifické inhibitory tohoto
enzymu.

20
Inhibitory COX-2 představují menší riziko nežádoucího poškození sliznice a zvýšené krvácivosti,
mají však řadu vedlejších účinků
Nimesulid (AULIN, COXTRAL), meloxikam (ANTREND,LORMED,MELOBAX) – inhibují více COX-2 (COX-2
preferenční), používány
Coxiby (Rifecoxib, Celecoxib) – specifické inhibitory COX-2 – jejich užívání bylo pozastaveno,
vzhledem k prokázanému kardiovaskulárnímu riziku

21
Podávání malých dávek acetylsalicylové kyseliny (ASA, 81-325 mg denně) je prokazatelně účinné při
prevenci kardiovaskulárních chorob
Principem působení je ovlivnění vzájemného účinku tromboxanu A2 a prostacyklinu PGI2 při vytváření
trombů v krevním řečišti.
Účinek tromboxanu je zeslaben (je snížena jeho produkce v trombocytech).
Kyselina acetylsalicylová

22
Trombocyty
Endotel.b.
Schopnost syntézy COX de novo
-bezjaderné buňky (chybí mRNA)
Poločas 7-10 dní
-blokovaný enzym nemůže být nahrazen
- blokovaný enzym může být nahrazen syntézou de novo
Inhibice COX po orálním podání 30-160 mg ASA
V portální krvi-prakticky úplná inhibice COX ve všech trombocytech, postupně během resorpce ASA
Pouze v portální cirkulaci, periportálně nepatrná (deacetylace ASA v játrech)
Syntéza TXA2v trombocytech ovlivněna ~10x více než PGI2 v endotelu
Účinek acetylsalicylátu na trombocyty a endotel

23
Syntéza a metabolismus cholesterolu
Cholesterol 5-cholesten-3b-ol
Význam
• nezbytná komponenta membrán
• zdroj pro syntézu žlučových kyselin, steroidů, vitaminu D3
Zdroje
• příjem potravou (žloutek, živočišné tuky, tučné maso, tučné mléčné výrobky, majonéza)  ~ 300-500
mg
• biosyntéza (~ 1000 mg)
HO

24
Biosyntéza cholesterolu
• kde probíhá: obecně většina buněk, hlavně játra, kůra nadledvin, enterocyty, gonády….
• kde v buňce: cytoplazma, některé enzymy na povrchu ER
• výchozí látkou pro syntézu je acetylCoA
• bilance syntézy:18  acetylCoA, 36 ATP, 16  NADPH

25
3-hydroxy-3-methylglutarylCoA (HMG-CoA)
acetylCoA
acetoacetylCoA
ER
1. Fáze syntézy cholesterolu - syntéza 3-HMG-CoA
Srovnejte syntézu ketolátek-matrix m.

26
3-HMG-CoA
Kyselina mevalonová
2. Fáze  - vznik mevalonátu
3-HMG-CoA reduktasa
+
Dvojitá redukce karboxylové skupiny na primární alkoholovou

27
Syntéza mevalonátu určuje rychlost syntézy cholesterolu
Enzym 3-HMG-CoA reduktasa
• je vázán na membráně ER
• je vysoce regulován
• je cílem působení farmak

28
3-HMG-CoA reduktasa
Mechanismy regulace
• regulace syntézy enzymu hladinou sterolů
• regulace proteolýzy enzymu steroly
• regulace aktivity enzymu kovalentní modifikací (fosforylace)
• kompetitivní inhibice léky – statiny (např.lovastatin, pravastatin, cerivastatin)

29
Regulace proteolýzy HMG-CoA reduktasy steroly
• Degradace enzymu je stimulována cholesterolem, mevalonátem a farnesolem.
• Enzym obsahuje transmembránovou sterol-senzitivní oblast, která hraje roli při aktivaci
proteolýzy enzymu cestou proteasomu.

30
Regulace HMG-CoA reduktasy kovalentní modifikací
Forma enzymu
fosforylovaná
defosforylovaná
inaktivní
aktivní
Glukagon, intracelulární steroly (cholesterol, žlučové kyseliny), glukokortikoidy
Insulin, thyroidní hormony
Aktivace:
kinasa
AMP dependentní
cAMP-dependentní
fosfatasa

31
Inhibice HMG-CoA-reduktasy léky
Kompetitivní inhibicí enzymu v játrech je snižována buněčná koncentrace cholesterolu.
Jako důsledek klesá koncentrace cholesterolu v krvi.
Simvastatin (Zocor), Lovastatin (Mevacor), Pravastatin (Mevalotin), Pravastatin (Pravachol),
Simvastatin (Lipovas), Fluvastatin (Lescol),…

32
Zocor®, Denan…..
Pravachol® Selektine®)
Lescol®, Canef®
(syntetický)
(bakteriální produkt)
(bakteriální produkt)

33
mevalonyldifosfát
mevalonát
isopentenyldifosfát
dimethylallyldifosfát
5C
5C
CO2
H2O
3. Další fáze syntézy cholesterolu: vznik pětiuhlíkatých jednotek
O
H
-
O
O
C
-
C
H
2
-
C
-
C
H
2
-
C
H
2
O
H
C
H
3
-
O
O
C
-
C
H
2
-
C
-
C
H
2
-
C
H
2
O
P
P
O
H
C
H
3
2ATP
2ADP
C
H
2
=C
-
C
H
2
C
H
2
O
P
P
C
H
3
ATP
ADP + P
i
C
H
3
C
H
3
-
C
=C
H
C
H
2
O
P
P

34
Dimethylallyldifosfát  +  isopentenyldifosfát       ®       geranyldifosfát
5 C
5 C
10 C
10 C
5 C
15 C
farnesyldifosfát
15 C
15 C
15 C
15 C
+
+
30 C
skvalen
Syntéza dolicholu a ubichinonu
+
Prenylace proteinů
Prenylace proteinů

35
Prenylace proteinů
•Kovalentní modifikace proteinů
•Navázání farnesylu nebo geranyl-geranylu na SH- skupinu cysteinu
•Umožňuje interakci proteinů s membránou (zakotvení).
•Uplatňuje se např. u některých proteinů zprostředkujících buněčnou proliferaci  (GTP-vážící
proteiny, např. Ras, Rac, Rho)
• inhibice prenylace inhibuje buněčnou proliferaci
• inhibitory prenylace – léky při osteoporose, rakovině, kardiovask. chorobách
•
•
farnprot

36
Skvalen je lineární molekula schopná se sbalit do cyklické formace
cholesterol
skvalen

37
Skvalen (30 C) ® lanosterol (30 C) ® ® ®
® cholestadienol (27 C)   ®          cholesterol (27 C)
4. Přeměna skvalenu na cholesterol je několikastupňový proces zahrnující:
• cyklizaci
• zkrácení uhlíkatého řetězce z 30 na 27 C
• přesuny dvojných vazeb
• redukci dvojné vazby
Reakce probíhají v ER – uvádí se až 19 reakcí

38
Esterifikace cholesterolu
Vyšší hydrofobicita
Cholesterol + acylCoA
ACAT
Nejčastěji kys. linolová a linolenová
acyl-CoA-cholesterolacyltransferasa
Probíhá v ER

39
„Odbourávání cholesterolu“
• cholesterol nemůže být v organismu odbourán na CO2 a H2O
• pouze játra jsou schopna eliminovat cholesterol přijatý potravou nebo syntetizovaný
• jsou dvě cesty, jak organismus eliminuje cholesterol:
přeměna na žlučové kyseliny a jejich exkrece
vylučování cholesterolu žlučí
• nepatrný podíl cholesterolu je přeměňován na steroidní hormony
• malé množství cholesterolu se vylučuje kožním a ušním mazem, odloučeným střevním epitelem

40
Bilance cholesterolu za 24 h
POTRAVA BIOSYNTÉZA
80-500 mg 800 – 1000 mg
Steroidní hormony, maz, střevní epitel
200 mg
Žlučové kyseliny (primární)
500 mg
Cholesterol
(žluč)
800 mg
Pool cholesterolu
1000-1500 mg/den je vylučováno

41
Přeměny cholesterolu ve střevě
• bakteriální přeměna na koprostanol a vyloučení stolicí
• část cholesterolu se zpětně resorbuje společně s cholesterolem přijatým potravou
HO
koprostanol

42
Resorpce cholesterolu z tenkého střeva
Transmembránový transportér NPC1L1  (Niemann-Pick C1 Like 1 protein)
(inhibice ezetimibem)
Ezetimib  - vysoce selektivní inhibitor absorpce cholesterolu. V ČR registrován pod názvem Ezetrol.
ezetimib

43
Rostlinné steroly - fytosteroly
Velmi podobná chemická struktura
b-sitosterol
Snižují resorpci cholesterolu
Zdroj: klíčkové oleje (pšeničný, kukuřičný), řepkový, sojový, olivový olej
Obohacování potravin – roztíratelné rostlinné tuky, mléko, majonézy, mléčné výrobky (u nás Flora)
Doporučení: osoby se zvýšenou hladinou cholesterolu by měly konsumovat 2g rostlinných sterolů denně

44
Jak snižují rostlinné steroly resorpci cholesterolu?
Vmezeřují se do směsných micel, které jsou v kontaktu se střevní sliznicí, jsou resorbovány do
enterocytů částečně místo cholesterolu (pomocí NPC1L1)
A:\micela.bmp

45
Steroliny
Buňka střevní sliznice má mechanismus, jak se zbavit  přebytečných sterolů
ABC-transportéry (ATP-binding cassete proteiny)
Využívají ATP jako zdroj energie a „pumpují“ nežádoucí steroly z enterocytu zpět do lumen ( ABCG5,
ABCG8)
Mohou pumpovat i cholesterol.
Sitosterolemie- vzácná autosomálně recesívní choroba spojená s akumulací rostlinných sterolů ve
tkáních –příčinou je defekt funkce sterolinů

46
Přeměna cholesterolu na žlučové kyseliny
7-α-hydroxylasa
NADH
cytP450
probíhá v ER (monooxygenasová reakce)
JÁTRA
7

47
Další hydroxylace (pozice a), redukce, štěpení postr. řetězce
Primární ŽK
chenodeoxycholát
cholát
JÁTRA
24 C
pKA» 6
pKA» 6
12

48
Konjugace s glycinem a taurinem
JÁTRA
ŽLUČ
TENKÉ STŘEVO
dekonjugace a částečná redukce
chenodeoxycholát
cholát
lithocholát
deoxycholát
stolice
enterohepatální oběh
bakterie

49
Konjugované žlučové kyseliny
taurocholová
glykocholová
Konjugace snižuje hodnoty pKA, zvyšuje detergenční účinnost
pKA» 2
pKA» 4
H
O
O
H
C
O
N
H
S
O
3
-
O
H
O
H

50
lithocholát
deoxycholát
Sekundární žlučové kyseliny – nemají OH na C-7
Méně rozpustná, více vylučována stolicí

51
Enterohepatální oběh žlučových kyselin
Syntéza 0,2-0,6 g/den a recyklace >95%
Stolice
0,2-0,6 g/den
Trávení lipidů
Reabsorpce 12-32 g/den
>95% účinnost
i sekundární žlučové kyseliny

52
Látky snižující resorpci žlučových kyselin
Iontoměniče  (Cholestyramin, Colestipol)
1g je schopen vázat 100 mg žlučových kyselin
Způsob účinku: po požití se neresorbují, zůstavají ve střevě a vyměňují chloridové ionty za žlučové
kyseliny
Tím se zamezí resorpci žlučových kyselin.
Výsledkem je zvýšená konverze cholesterolu na žlučové kyseliny a snížení plazmatické hladiny
cholesterolu