Холестерин

Холестерин относится к стероидным липидам и представляет собой тетрациклическое соединение с 27 атомами углерода. Его молекула состоит из четырех конденсированных циклов (три шестиуглеродных и один пятиуглеродный), к которым присоединены гидроксильная группа на C3 и боковая цепь на C17. Конфигурация циклов строго стереоспецифична: транс-расположение атомов водорода в кольцах A/B и B/C обеспечивает устойчивую пространственную структуру, необходимую для биологических функций.

Ключевые элементы структуры:

Гидроксильная группа (-OH) на C3 придает молекуле амфипатические свойства.
Насыщенные и ненасыщенные связи в боковой цепи и циклах определяют физико-химические характеристики.
Тетрациклический стероидный скелет обеспечивает жесткость молекулы и влияет на взаимодействие с мембранными липидами.

Физико-химические свойства

Холестерин — амфипатическая молекула: гидрофобный стероидный скелет и гидрофильная гидроксильная группа. Он практически нерастворим в воде, но хорошо растворим в органических растворителях: хлороформе, бензоле, этаноле. Температура плавления составляет около 148–150 °C. Молекула склонна к кристаллизации, образуя моноклинные или триклинные кристаллы.

Особенности поведения в липидных средах:

В биологических мембранах холестерин стабилизирует фосфолипидные бислои, уменьшая подвижность жирнокислотных хвостов.
Регулирует проницаемость мембран для ионов и молекул.
Снижает риск перехода мембраны в гелеобразное состояние при низких температурах, обеспечивая флюидность.

Биосинтез холестерина

Холестерин синтезируется в клетках животных через сложный путь мевалоната. Основные этапы включают:

Синтез из ацетил-КоА: конденсация двух молекул ацетил-КоА с образованием ацетоацетил-КоА, последующее присоединение третьей молекулы ацетил-КоА с формированием ГМГ-КоА.
Восстановление ГМГ-КоА до мевалоната катализируется ферментом HMG-CoA редуктазой — ключевым регуляторным шагом.
Формирование изопреновых единиц: мевалонат превращается в изопентенилпирофосфат, который далее конденсируется в сквален.
Циклизация сквалена: под действием оксидиоредуктаз сквален превращается в ланостерол.
Преобразование ланостерола в холестерин: последовательные дегидрирование, метилирование и изомеризации приводят к образованию конечного продукта.

Синтез холестерина тесно регулируется на уровне экспрессии HMG-CoA редуктазы, а также через обратную связь со свободным и эфирифицированным холестерином.

Биологические функции

Структурная роль: холестерин является ключевым компонентом мембран, определяя их стабильность, флюидность и восприимчивость к липидным rafts.

Предшественник биологически активных молекул:

Стероидные гормоны (кортизол, тестостерон, эстрогены)
Желчные кислоты и желчные соли
Витамин D₃

Метаболическая регуляция: холестерин участвует в регуляции липидного обмена, влияя на активность рецепторов ЛПНП и ферментов синтеза липидов.

Метаболизм и транспорт

Холестерин транспортируется в крови в составе липопротеинов:

ЛПНП (низкой плотности): основной переносчик холестерина к тканям.
ЛПВП (высокой плотности): обеспечивает обратный транспорт холестерина в печень.
ЛПОНП и хиломикроны: транспорт триацилглицеролов с некоторой долей холестерина.

В тканях холестерин может быть:

Встроен в мембрану
Эфирифицирован ферментом ацилтрансферазой (ACAT) и депонирован в липидных каплях
Превращен в желчные кислоты в печени для экскреции

Патологические аспекты

Нарушения метаболизма холестерина приводят к развитию атеросклероза, жировой дистрофии печени, холестазу. Высокий уровень ЛПНП-холестерина способствует отложению липидов в стенках сосудов, формированию атеросклеротических бляшек и повышает риск сердечно-сосудистых заболеваний. Недостаток холестерина нарушает синтез стероидных гормонов и может приводить к дисбалансу метаболических процессов.

Регуляция уровня холестерина

Основные механизмы регуляции включают:

Синтез: ингибирование HMG-CoA редуктазы при высоком уровне холестерина.
Транспорт: регулирование рецепторов ЛПНП на мембране гепатоцитов.
Выведение: конверсия в желчные кислоты и последующее выделение с желчью.
Диетические факторы: потребление насыщенных жиров и трансжиров повышает уровень холестерина, тогда как полиненасыщенные жирные кислоты способствуют его снижению.

Эти механизмы обеспечивают гомеостаз холестерина и поддерживают баланс между его синтезом, поступлением с пищей и выведением.