Biosynthese von Cholesterin und Gallensäuren

1. Biosynthese von Cholesterin und Gallensäuren Seminarvortrag von Bettina Riegger

2. 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

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

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

5. 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

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

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

8. 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

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

10. Cholesterin-Biosynthese 4Isopentenyl-PP (C5) isomerisiert zu Dimethylallyl-PP (C5)Bildung von Geranyl-PP (C10)

11. 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

12. 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

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

14. 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.

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

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

17. 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

18. 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

19. 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

20. 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

21. Behandlung mit Statinen

22. 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

23. 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)

24. 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

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

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

27. 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

28. 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

29. Zusammensetzung der Galle

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

31. Gallensteine