Celbiologie partim medische biochemie
Cholesterolsynthese en metabolisme
Cholesterolsynthese
Cholesterol heeft een steroid structuur. Het heeft 3
ringen (ABC) waaraan een cyclopentaan ring (D)
gehecht is.
Indien OH groep → sterol (= alcohol)
Functies in het lichaam:
● Gemetaboliseerd naar galzuren en galzouten → nodig voor vetopname uit voeding
● Gemetaboliseerd naar andere steroïden → steroïdhormonen
● Bij synthese cholesterol zullen er andere belangrijke producten gemaakt worden
● Kunnen slagaders verkalken
Cholesterol metabolisme
Per dag 1 gram cholesterol nodig. Voornaamste aanmaak gebeurt thv de lever. Bij mensen
met hoge cholesterol, zal zelfs bij cholesterolarme voeding, de synthese blijven doorgaan →
verandering van voeding kan soms niet voldoende zijn. Steroid keten kan opgebouwd
worden maar ons lichaam zal het niet kunnen afbreken, enkel uitscheiden.
1
,Cholesterolsynthese
← overzicht in 3 fasen
De synthese start met AcCoA.
Fase 1: synthese geeft aanleiding tot
IPPP (C5 keten)
Fase 2: IPPP → squaleen (C30)
Fase 3: squaleen → cholesterol (C27)
De
synthese gebeurt vooral thv de lever maar het kan ook
binnenkomen via de darm, bijnier en gonaden. Technisch
kan het in bijna alle cellen gebeuren.
Energie voor de aanmaak van 1 cholesterol:
- 18 mol AcCoA
- 36 mol ATP
- 16 mol NADPH
Fase 1 = rate limiting step
Alle tussenstappen leveren niet bij tot 1 eindproduct maar
kunnen ook naar andere pathways gaan om daar functies
uit te oefenen.
Wanneer we de synthese van cholesterol willen afblokken
ga je dit in de eerste stap doen maar dit betekent wel dat
alle andere mechanismen die ook vertrekken uit de eerste
stap een tekort zullen hebben.
De biosynthese gebeurt integraal in het cytoplasma maar
sommige enzymes zijn gebonden aan het ER membraan.
2
, Fase 1
Er zijn 3 moleculen acetyl-CoA nodig, de CoA wordt er telkens
afgehaald zodat enkel acetyl bij de molecule komt.
De eerste 2 stappen gebeuren in het cytoplasma, hierbij wordt
HMG-CoA gemaakt.
HMG-CoA reductase is de rate limiting step. Dit enzym zit ingebed
in het ER
Dezelfde enzymes worden gebruikt bij de ketogenese. Daar zitten
de enzymes in het mitochondriën, bij de cholesterolsynthese zitten
ze in het cytoplasma.
Het eindresultaat van fase 1 is mevalonaat of IPPP. Een molecule
met 5 C’s.
Fase 2 - deel 1
Kop aan staart samenvoegen tot C10 en C15 moleculen:
3
,Fase 2 - deel 2
Tussenstappen tot squaleen (C30):
2 C15's gaan kop aan kop samengevoegd worden tot squaleen.
Tussenstappen tot squaleen zijn belangrijk want squaleen wordt
verder gemetaboliseerd tot:
● Voornamelijk anker elementen: lange vetzuurketens die
gebruikt worden voor de armen die oa op de
membraanfucties zitten. Er zijn er een aantal die
gebonden worden aan eiwitten en ze gaan stimuleren.
Op die manier worden ze betrokken bij celdeling,
celproliferatie en celdifferentiatie. Zij gaan op hun beurt
de RAS oncogenen stimuleren die gebruikt worden bij
tumorbehandelingen.
● Oxidoreductans bv. Co-enzym Q10
● Anderen die afgeleid zijn van vnl. squaleen: terpenen, feromonen en carotenoïden
Fase 3
Vanuit squaleen (dat nog steeds een
open structuur is) zal via squaleenoxide,
lanosterol gemaakt worden → hier zie je
voor het eerst dat de eerste 3 ringen en
de 4e ring gesloten zijn.
Door de verandering van de keten die op
het 17e C-atoom zit en de hydroxylase,
zal er uiteindelijk aanleiding gegeven
worden tot de definitieve vorming van
cholesterol. Bij dit mechanisme plooi je
het squaleen naar lanosterol en
uiteindelijk naar cholesterol.
Het kan in alle dierlijke cellen gebeuren
maar niet in plantaardige cellen.
Regeling van de cholesterolsynthese
De pathway is heel strikt gereguleerd omdat
cholesterol een centrale molecule is.
Belangrijk → cholesterolsynthese wordt vooral
geregeld door de intracellulaire hoeveelheid aan
cholesterol.
4
,Regeling van cholesterol concentratie:
Processen dat de vrije cholesterol Processen dat de vrije cholesterol concentratie
concentratie verhogen verlagen
- De novo synthese - Remming van de novo cholesterolsynthese
- Hydrolyse van intracellulaire - Downregulatie van LDL-receptoren
cholesteryl - Verestering van cholesterol door
- esters door cholesterol ester acyl-coenzyme A: cholesterol acyl transferase
hydrolase - Afgifte van cholesterol uit de cel aan HDL
- Inname van cholesterol via de - Omzetting van cholesterol in galzuren of
voeding steroïde
- Receptorgemedieerde opname van - hormonen
LDL: upregulatie van - Factoren die de activiteit van HMG-CoA
LDL-receptoren reductase remmen
- Daling van de concentratie HMG-CoA
- Hoge membraan concentratie van cholesterol
Regeling van genexpressie:
De regeling van cholesterolsynthese gebeurt voor een deel door allosterische stimulatie /
inhibitie. Het eindproduct (hoge concentratie cholesterol) gaat het HMG-CoA reductase
afremmen. Maar er gaat ook een regulatie zijn van de synthese en expressie van het gen
dat verantwoordelijk is voor het HMG-CoA reductase. Dat is rechtstreeks door sensing van
de hoeveelheid cholesterol die intracellulair aanwezig is thv het SCAP. Centraal daarbij is
ook SREBP zelf waarvan er 2 grote vormen van bestaan:
● SREBP 2 = verantwoordelijk voor de regulatie van cholesterol synthese
● SREBP 1 = vooral betrokken bij de regulatie van de TG-synthese
In aanwezigheid van cholesterol, zal er een condensatie van de verschillende enzymes en
de cofactor insulin induced gene gebeuren waardoor dat de genexpressie wordt
onderbroken omdat de genexpressie gebeurt thv het golgi apparaat. En de compound van
deze 2 enzymen en de cofactor niet thv het membraan vd golgi kan muteren.
Bij lage intracellulaire cholesterolconcentraties, wordt dit gesensed voor SCAP. SCAP en
SREBP komen los van insuline signaling gene en gaan muteren naar de membraan vh
golgi-apparaat en gaan zo het gen om HMG-CoA reductase aan te maken stimuleren.
5
,Maw er is een rechtstreekse stimulatie van de enzym activiteit op zich maar ook via het
genetisch materiaal waarbij in momenten van cholesterol depletie, de expressie van het gen
soms zelfs tot 1000x sterker kan zijn dan in momenten van cholesterol excess.
Hormonale regeling via SREBP en fosforylatie:
Cholesterolafbraak - galzouten
Cholesterol zal gemetaboliseerd
worden tot galzouten want we kunnen
cholesterol niet afbreken. Galzuren =
galzouten.
Eindtak wordt afgesplitst om C24
moleculen te vormen waaronder
cholzuur en chenodeoxycholzuur
rechtstreeks gevormd worden thv de
lever → primaire galzuren. Ze worden
geconjugeerd met glycine of taurine
voor excretie in gal. Ze verschillen
onderling in plaats en aantal OH
groepen.
Secundaire galzouten gevormd mits
bacteriën in darm.
Enterohepatische cyclus
Cholesterol → primaire galzouten en wordt via actieve transporters getransfereerd naar de
dunne darm → thv duodenum komen ze in darmen terecht.
6
,Galzouten zijn amfipatisch (stuk wateroplosbaar en groter stuk
vetoplosbaar deel) hierdoor zullen ze gemengd met de vetten van de
voeding zorgen voor een emulsificatie van de voeding. Ze worden
herleid tot kleine vetdruppeltjes door de kneedfunctie van de maag
en darm. Deze vetdruppeltjes kunnen achteraf opgenomen worden.
Reabsorptie gebeurt op een passieve manier ong. 95% en 5% gaat
verloren via feces.
Kliniek - galstenen
Overdreven vetinname of te veel cholesterol synthese → meer galzouten
uitgescheiden dan nodig zijn → galstenen
Galstenen: cholesterolmoleculen verzepen met calcium moleculen
Cholesterolmetabolieten - steroid hormonen
Cholesterol wordt omgevormd naar testosteron / oestrogeen.
Thv bijnieren gebeurt dit ook maar andersom. Elke man maakt een beperkte
hoeveelheid vrouwelijke hormonen aan en andersom
Vanuit 1 centrale cholesterol molecule
kunnen er veel verschillende dingen
gebeuren
Deze regulatoren worden ook verstoord
wanneer er een blokkade zit op het
systeem.
Transport van lipiden - exogene en endogene pathway
Lipoproteïnen
Cholesterol is heel slecht wateroplosbaar maar het lichaam heeft
ong 1000x hogere conc van cholesterol nodig dan wat mogelijk is
om in oplossing te komen. Er worden mechanismen voor
gevonden en dit is onder de vorm van lipoproteïnen. Zij worden
samengesteld uit enerzijds een kern die vol zit met TG en
cholesterol esters en die anderzijds aan de buitenzijde een enkele
laag van fosfolipiden heeft. Op de buitenste laag zit een klein
beetje vrij cholesterol in en zij worden ook samengesteld met een eiwit, het apoproteïne.
7
,Dit proteïne is kenmerkend voor een bepaalde lipoproteïne. Deze eiwitten hebben een
messenger functie, ze worden herkend door de plaats waar het lipoproteïne zijn actie moet
vertonen.
Onderscheid in lipoproteïnen:
- Grootte
- Densiteit
- Welk eiwit het bevat
Klein = meer cholesterol bv. LDL en HDL
Groot = meet triglyceriden bv. Chylomicronen
Adhv densiteit hebben ze hun naam gekregen: low density, intermediate density …
Lipiden parameters in het bloed
De parameters hebben rechtstreeks belang in de kliniek. Want op deze manier circuleren ze
in het bloed. Maar wanneer we een bloedbepaling doen meten we de totale cholesterol, de
TG en we kunnen het HDL cholesterol meten (= cholesterol dat vanuit de periferie
teruggevoerd wordt naar de lever om daar afgebroken te worden = "goede" cholesterol).
Adhv die 3 parameters moet er bepaald worden hoe de andere VZ eruit zien:
● Bij hoge TG conc → mengeling van TG uit VLDL
en chylomicronen, zeker in postprandiale situatie
● Volledig nuchter → chylomicronen zijn volledig
verwerkt en TG halen we voornamelijk vanuit
VLDL
Bepaling van LDL-cholesterol kan rechtstreeks maar is
complex. Hierdoor berekenen we het LDL-cholesterol
adhv Friedewald formule. We gaan hierbij uit van de vaste
constante x0,2 voor de hoeveelheid TG. VLDL : 5 = 5
hoeveelheid TG
Dus we komen tot de formule voor LDL:
Totaal cholesterol - HDL chol - TG:5 = LDL
LDL-cholesterol is een belangrijke parameter voor bv. slagaderverkalking.
De Friedewald formule kan niet gebruikt worden indien de TG hoger zijn dan 400.
Plasma lipiden en lipoproteïnen
Referentiewaarden voor lipiden worden beïnvloed door leeftijd, geslacht, populatie,
dieetfactoren en lichaamsbeweging.
De meeste labo’s bepalen LDL-cholesterol via een formule, want de rechtstreekse meting is
omslachtiger.
[LDL-chol] = [Totaal chol] - [HDL-chol] - ([TG]/5)
8
,Hoe hoger de triglyceride gehalte, hoe minder correct de uitkomst van de Friedewald
formule, daarvoor zijn de Martin-Hopkins formules. De basis van de bepaling zijn berekende
waarden en geen rechtstreeks gemeten waarden. Martin-Hopkins:
[LDL-chol] = [Totaal chol] - [HDL-chol] - ([TG]/veranderbare factor)
Apoproteïnen
Elke lipoproteïne wordt gekenmerkt door zijn apoproteïne.
Apoproteïne Mol gewicht Synthese Eigenschappen
A-l 29 Lever & GI - Structureel proteïne van HDL
- Cofactor LCAD
- Ligand ABCA1 en SR-B1
B-100 500 Lever - Sturctuurproteïne van VLDL en LDL
- Ligand van LDL-R
B-48 200 GI - Structureel proteïne van CM
Transport van lipiden - ontstaan van atherosclerose
Pathways:
● Exogeen: vetten vanuit voeding die opgenomen worden in de darm gaan naar
lymfevaten en gaan dan naar de lever
○ Darm → lymfevaten → lever = exogene pathway
● Endogeen: vertrekt vanuit lever met aanmaak VLDL → VLDL naar periferie → VLDL
verliest triglyceriden en wordt omgebouwd maar intermediate density lipoproteïnen
en uiteindelijk LDL lipoproteïnen → wordt terug opgenomen thv de lever
○ Lever → periferie → lever
● Reverse pathway: HDL aanmaak en cholesterol wordt vanuit extrahepatische cellen
teruggevoerd naar de lever
9
, Rol van galzuren
Nut van galzouten = vetmoleculen die we opnemen vanuit de voeding in combinatie met
galzouten (hydrofiele en hydrofobe kant) zal zorgen dat de vetten worden afgebroken in
vetdruppels. Deze vetdruppels zullen thv de darm opgenomen kunnen worden.
Lipase gaat grote vetmoleculen afbreken overal waar er aan afbraak wordt gedaan (mond,
maag, darm…).
Opname lipiden uit voeding
10