Referat_Biosynthese_von_Cholesterin_und_Gallensaeuren

Biosynthese von Cholesterin und Gallensäuren Seminarvortrag von Bettina Riegger

Bedeutung des Cholesterins Cholesterin

Lebensnotwendiger Baustein

Krankmachende Substanz

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

Lipobay (Cerviastatin) • HMG-CoA-ReduktaseHemmer (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

• • • •

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

Feodor Lynen

• • • •

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 Thioestertragenden Carboxylgruppe • Nach der HMG-CoAReduktase-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)

Cholesterin-Biosynthese 5 Bildung von Farnesyl-PP (C15) Kondensation von 2 mol Farnesyl-PP (C15) zu Squalen (C30)

• Polymerisierung von 6 Isoprenresten unter NADPHVerbrauch: C30Körper (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 (Farnesylund 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 CholesterinSynthese • interkonvertierbares Enzym: dephosphorylisierte Form ist aktiver

Short-term Regulation Regulation über Interkonversion

• Dephosphorylisierte Form der HMG-CoAReduktase ist aktiver • Phosphorylisierung über cAMP-abhängige KinaseKaskade: 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 SRE-BP N

Cholesterin N

C

Gen mit SRE

ER Lumen Vorläufer SRE-BP mRNA

• 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-CoAReduktase 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 HMGCoA-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 SteranGerüst 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 Leber

Vena porta

Darm

• 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

Einfluß der Gallensäuren auf die Cholesterin-Biosynthese • Gallensäuren hemmen die CholesterinBiosynthese • 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