Холестерин относится к классу стероидных липидов, представляя собой
тетрациклический спирт с формулой C₂₇H₄₆O. Его молекула состоит из
четырех конденсированных циклов — три циклогексановых и один
циклогексановый (циклопентановый) фрагмент, называемый стерольным
скелетом. К нему присоединена гидроксильная группа на позиции C3 и
боковая цепь на C17, что придает молекуле амфифильные свойства:
гидрофобная стероидная основа сочетается с полярной гидроксильной
группой, обеспечивая растворимость в мембранах клеток и
липопротеинах.
Биосинтез холестерина
Биосинтез холестерина осуществляется через путь мевалоната, начинаясь
с ацетил-КоА. Основные этапы включают:
- Конденсация ацетил-КоА → образование
3-гидрокси-3-метилглутарил-КоА (HMG-CoA).
- Восстановление HMG-CoA до мевалоната ферментом
HMG-CoA редуктазой — ключевой лимитирующий шаг.
- Фосфорилирование и декарбоксилирование мевалоната →
образование изопреноидных единиц (изопентенилпирофосфат, DMAPP).
- Конденсация изопреноидов → формирование сквалена,
который циклизуется в ланостерол.
- Многоступенчатое превращение ланостерола →
холестерин с сохранением стероидного скелета и боковой цепи.
Этот процесс строго регулируется ферментами и гормонами, обеспечивая
поддержание уровня холестерина в организме.
Функции холестерина
- Компонент клеточных мембран: обеспечивает
мембранную упругость, регулирует подвижность липидного бислоя и
функционирование мембранных белков.
- Предшественник стероидных гормонов:
кортикостероиды, минералокортикоиды, андрогены, эстрогены и прогестерон
синтезируются из холестерина через ряд ферментативных окислений и
гидроксилирований.
- Субстрат для синтеза желчных кислот:
конъюгированные с глицином и таурином желчные кислоты участвуют в
эмульгировании жиров и всасывании липидов.
- Прекурсор витамина D₃: под действием
ультрафиолетового излучения 7-дегидрохолестерин превращается в витамин
D₃ (холекальциферол).
Холестериновые производные
Холестерин подвергается широкому спектру химических и ферментативных
модификаций, образуя производные с различными биологическими
функциями:
- Эфиры холестерина: образование сложных эфиров с
жирными кислотами повышает липофильность и позволяет транспортировать
холестерин в липопротеинах.
- Окисленные производные (оксистерины):
гидроксилированные, эпоксидированные или карбонизированные формы
участвуют в регуляции липидного метаболизма и воспалительных
процессов.
- Желчные кислоты: первичные (холевые,
хенодезоксихолевые) и вторичные (деоксихолевые, литохолевые) кислоты
играют ключевую роль в пищеварении и абсорбции липидов.
- Стероидные гормоны: включают глюкокортикоиды
(кортизол), минералокортикоиды (альдостерон), половые гормоны
(тестостерон, эстрадиол, прогестерон), синтезируемые из холестерина
через прегненолон и последующие гидроксилирования и окисления.
Регуляция уровня холестерина
Гомеостаз холестерина поддерживается с помощью:
- Синтеза и деградации: HMG-CoA редуктаза — основной
контрольный фермент; её активность регулируется обратной связью через
уровень холестерина.
- Транспортных систем: липопротеины низкой (LDL) и
высокой плотности (HDL) обеспечивают распределение и удаление
холестерина.
- Экзогенных источников: диетический холестерин
влияет на общий баланс, однако его усвоение ограничено ферментативными
механизмами и желчными кислотами.
Методы исследования
холестерина
- Хроматография: газовая (GC) и жидкостная (HPLC)
используются для разделения холестерина и его производных.
- Спектроскопия: NMR и масс-спектрометрия позволяют
определить структуру и модификации молекулы.
- Биохимические тесты: ферментативные методы на
основе оксидаз для количественного определения холестерина в плазме
крови.
Холестерин и его производные составляют фундаментальный компонент
биохимии липидов, обеспечивая структурные, регуляторные и сигнальные
функции в живых организмах. Их разнообразие и комплексная регуляция
делают этот класс соединений ключевым объектом исследований в области
биохимии, медицины и фармакологии.