Biosynthese von Cholesterin und Gallens

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Biosynthese von Cholesterin und Gallensäuren

• Seminarvortrag von Bettina Riegger

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Bedeutung des Cholesterins

• Wichtige Bausubstanz
• Hauptrisikofaktor für die Entstehung von
  Arteriosklerose
• Verursacher enormer Kosten im Gesundheitssystem
• hohes Gewinnpotential für Pharmakonzerne

Cholesterin
Lebensnotwendiger Baustein
Krankmachende Substanz
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Lipobay (Cerviastatin)

• HMG-CoA-Reduktase-Hemmer (Statin) der Firma Bayer
• Einführung 1997
• August 2001 vom Markt genommen
• 52 Todesfälle durch Rhabdomyolyse mit folgendem
  Nierenversagen

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Cholesterin-Steckbrief

• Eine C27-Verbindung
• Acetyl-CoA-Derivat
• essentieller Membranbaustein verringert
  Fluidität von Membranen
• Vorstufe von Gallensäuren
• Vorstufe von Vitamin D
• Vorstufe von Steroidhormonen

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Konrad Bloch Feodor Lynen

• Geboren 21.01.1912
• gestorben Oktober 2002
• Chemiker
• 1964 Nobelpreis für die Aufklärung der
  Cholesterin-Biosynthese

• Geboren 06.04.1911
• gestorben 1979
• Chemiker
• 1964 Nobelpreis für die Aufklärung der
  Cholesterin-Biosynthese

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Das Prinzip der Cholesterin-Biosynthese

• Findet hauptsächlich in den Hepatozyten, den
  Zellen der Darmmukosa und in der Haut statt
• Lokalisation Cytoplasma, endoplasmatisches
  Retikulum

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Cholesterin-Biosynthese 1Bildung von ß-HMG-CoA
aus Acetyl-CoA

• Cytosolische Reaktionssequenz
• Ziel Herstellung aktivierter Isoprenreste,
  Synthese eines verzweigten C5-Körpers aus
  Acetyl-CoA

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Cholesterin-Biosynthese 2Reduktion von ß-HMG-CoA
durch die ß-HMG-CoA-Reduktase

• Geschwindigkeitsbestimmender Schritt der
  Cholesterin-Synthese
• Bildung von Mevalonsäure (C6), Verbrauch von 2
  mol NADPH
• Reduktion an der Thioester-tragenden
  Carboxylgruppe
• Nach der HMG-CoA-Reduktase-Reaktion verzweigt
  sich der Stoffwechselweg
• Möglichkeit, die Synthese aller Produkte zu
  kontrollieren

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Cholesterin-Biosynthese 3Bildung von
Isopentenylpyrophosphat (C5) aus Mevalonat (C6)

• Phosphorylierung
• Decarboxylierung
• aktives Isopren

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Cholesterin-Biosynthese 4Isopentenyl-PP (C5)
isomerisiert zu Dimethylallyl-PP (C5)Bildung von
Geranyl-PP (C10)
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Cholesterin-Biosynthese 5Bildung von Farnesyl-PP
(C15)Kondensation von 2 mol Farnesyl-PP (C15) zu
Squalen (C30)

• Polymerisierung von 6 Isoprenresten unter
  NADPH-Verbrauch C30-Körper (Squalen)
• zur Erinnerung Cholesterin ist ein C27-Körper

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Cholesterin-Biosynthese 6Squalen-Monooxygenase

• Alle folgenden Schritte der Synthese laufen im ER
  ab!
• Monooxygenase ein Enzym des ER
• nur ein O-Atom des Sauerstoffs wird auf das
  Substrat übertragen, das andere wird in Wasser
  eingebaut
• Monooxygenasen sind auch beteiligt an der
• - Synthese von Steroidhormonen und Vitamin D
• - Inaktivierung von Steroiden
• - Bildung von Gallensäuren aus Cholesterin

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Cholesterin-Biosynthese 7Zyklierung des
Squalenepoxids zum Lanosterin (C30)

• Ringschluß durch Umklappen der Doppelbindungen
• Umlagerung von Methylgruppen
• Hydroxylierung am C3-Atom

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Cholesterin-Biosynthese 8Umwandlung von
Lanosterin (C30) in Cholesterin (C27)

• 19 Reaktionen, die durch Enzyme an der Membran
  des ER katalysiert werden
• Sättigung der Seitenkette
• Umlagerung der Doppelbindung
• Abspaltung von drei Methyl-Gruppen
• Einige dieser Reaktionen benötigen O2 und NADPH.

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Seitenwege der Cholesterin-Biosynthese

• Zwischenprodukte
• Dolichol (Synthese von Oligosacchariden bei der
  Synthese von Glycoproteinen)
• Ubichinon (Atmungskette)
• Membrananker (Farnesyl- und Geranlygruppen)

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Regulation der Cholesterin-Biosynthese

• Short-term Regulation (Kurzzeitregulation)
• Long-term Regulation (Langzeitregulation)
• kompetitive Inhibition

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HMG-CoA-Reduktase

• cytosolisches Enzym, das durch 7
  Transmembranhelices an die Membran des ER
  gebunden ist
• Schrittmacher-Enzym der Cholesterin-Synthese
• interkonvertierbares Enzym dephosphorylisierte
  Form ist aktiver

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Short-term Regulation Regulation über
Interkonversion

• Dephosphorylisierte Form der HMG-CoA-Reduktase
  ist aktiver
• Phosphorylisierung über cAMP-abhängige
  Kinase-Kaskade damit Inaktivierung
• hormonelle Kontrolle des cAMP-Spiegels
• Glucagon ? Erhöhung des cAMP-Spiegels ? Hemmung
  der Cholesterin-Synthese
• Insulin ? Erniedrigung des cAMP-Spiegels ?
  Stimulation der Cholesterin-Biosynthese

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Long-term RegulationRegulation auf Ebene der
Transkription

• Promoter mit Sequenz eines steral regulated
  element (SRE)
• Gene für HMG-CoA-Reduktase, HMG-CoA-Synthase,
  Prenyltransferase und LDL-Rezeptor betroffen
  Regulation der Eigensynthese und der Aufnahme
  über LDL-Rezeptoren

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Kompetitive Inhibition

• Statine sind kompetitive Inhibitoren der
  HMG-CoA-Reduktase mit Srukturähnlichkeiten zum
  Mevalonat
• Vermehrte Aufnahme von Cholesterin über
  LDL-Rezeptoren durch SREBP-2
• Angriffspunkt vor der Verzweigung des
  Stoffwechselwegs, so auch Kontrolle der
  Seitenwege möglich

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Behandlung mit Statinen
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Alternative Hemmung der HMG-CoA-Reduktase ohne
Statine

• Hemmung durch wäßriger Knoblauch-Extrakt
• Hemmung durch Mevalolacton intramolkularer
  Mevalonsäureester, der die HMG-CoA-Reduktase
  inhibiert, indem es deren Phosphorylisierung
  stimuliert
• Hemmung durch SRE-Liganden täuschen
  Cholesterin-Armut vor, Aufnahme von Cholesterin
  unabhängig von der intrazellulären Konzentration

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Abbau von Cholesterin

• Säugetiere sind nicht in der Lage das
  Steran-Gerüst abzubauen
• Aussscheidung von Cholesterin vor allem als
  Cholesterin oder nach Umwandlung in Gallensäuren
  über die Galle! (etwa 1g pro Tag)

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Biosynthese der Gallensäuren

• Synthese in der Leber aus Cholesterin
• Einführung von OH-Gruppen am Steranring
  geschwindigkeitsbestimmender Schritt an C7
• Oxidation von C24 zur Carboxylgruppe
• Sättigung der 5,6-Doppelbindung
• Regulation über das Schrittmacherenzym, die
  Cholesterin 7-alpha- Hydroxylase potentieller
  Angriffspunkt für die therapeutische
  Beeinflussung der Gallensäurensynthese

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Konjugation der Gallensäuren

• Aktivierung der primären Gallensäuren durch ATP
  und CoA
• Konjugation der aktivierten Carboxylseitenkette
  mit Glycin oder Taurin

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Funktion der Gallensäuren

• Emulgatoren Micellenbildung
• Resorption von Fetten und fettlöslichen Vitaminen
• Endprodukt des Cholesterin-Soffwechsels
• Ausscheidungsmöglichkeit für Cholesterin

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Enterohepatischer Kreislauf der Gallensäuren

• Primäre Gallensäuren Cholsäure,
  Chenodesoxycholsäure
• sekundäre Gallensäuren Entstehung unter
  Einwirkung der Darmflora
• konjugierte Gallensäuren nach Konjugation mit
  Taurin bzw. Glycin
• Gallensäuren durchlaufen den Kreislauf 6-10 mal
  pro Tag

Leber
Vena porta
Darm
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Einfluß der Gallensäuren auf die
Cholesterin-Biosynthese

• Gallensäuren hemmen die Cholesterin-Biosynthese
• Hemmung der Cholesterinbiosynthese durch orale
  Zufuhr von freien und konjugierten Gallensäuren
  in hohen Konzentrationen
• Verminderte Rückresportion der Gallensäuren
  steigert Cholesterin-Biosynthese in der Leber
• Umwandlung in Gallensäuren stark beschleunigt ?
  Cholesterinspiegel im Blut sinkt

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Zusammensetzung der Galle
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Löslichkeitsdiagramm für Galle

• Erhöhte Cholesterinsekretion
• erhöhte Synthese
• Hemmung der Veresterung

Verminderte Phosphatidylcholin-Synthese
Gallensäuren

• Verminderte Gallensalzsekretion
• Erhöhter Gallensalzverlust

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Gallensteine