Biosynthese von Cholesterin und Gallensäuren Seminarvortrag von Bettina Riegger

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

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

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

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

Das Prinzip der Cholesterin-Biosynthese Findet hauptsächlich in den Hepatozyten, den Zellen der Darmmukosa und in der Haut statt Lokalisation: Cytoplasma, endoplasmatisches Retikulum

Cholesterin-Biosynthese 1 Bildung von ß-HMG-CoA aus Acetyl-CoA Cytosolische Reaktionssequenz Ziel: Herstellung aktivierter Isoprenreste, Synthese eines verzweigten C5-Körpers aus Acetyl-CoA

Cholesterin-Biosynthese 2 Reduktion 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

Cholesterin-Biosynthese 3 Bildung von Isopentenylpyrophosphat (C5) aus Mevalonat (C6) Phosphorylierung Decarboxylierung aktives Isopren

Cholesterin-Biosynthese 4 Isopentenyl-PP (C5) isomerisiert zu Dimethylallyl-PP (C5) Bildung von Geranyl-PP (C10) Bild Geranylpyrophosphat als Alternative

Cholesterin-Biosynthese 5 Bildung 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

Cholesterin-Biosynthese 6 Squalen-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

Cholesterin-Biosynthese 7 Zyklierung des Squalenepoxids zum Lanosterin (C30) Ringschluß durch Umklappen der Doppelbindungen Umlagerung von Methylgruppen Hydroxylierung am C3-Atom

Cholesterin-Biosynthese 8 Umwandlung 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.

Seitenwege der Cholesterin-Biosynthese Zwischenprodukte: Dolichol (Synthese von Oligosacchariden bei der Synthese von Glycoproteinen) Ubichinon (Atmungskette) Membrananker (Farnesyl- und Geranlygruppen)

Regulation der Cholesterin-Biosynthese Short-term Regulation (Kurzzeitregulation) Long-term Regulation (Langzeitregulation) kompetitive Inhibition

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

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

Long-term Regulation Regulation 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

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

Behandlung mit Statinen

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

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)

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

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

Funktion der Gallensäuren Emulgatoren: Micellenbildung Resorption von Fetten und fettlöslichen Vitaminen Endprodukt des Cholesterin-Soffwechsels Ausscheidungsmöglichkeit für Cholesterin

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

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

Zusammensetzung der Galle

Löslichkeitsdiagramm für Galle Erhöhte Cholesterinsekretion erhöhte Synthese Hemmung der Veresterung Verminderte Phosphatidylcholin-Synthese Gallensäuren Verminderte Gallensalzsekretion Erhöhter Gallensalzverlust

Gallensteine