Wozu Cholesterin dient

Cholesterin ist ein fettähnliches Molekül, das menschliche Zellen für ihre Membranen benötigen und das der Körper in Steroidhormone, Gallensäuren und Vitamin D umwandelt 12.

Synthese: der Mevalonatweg

Zellen bauen Cholesterin aus Acetyl-CoA, einem Baustein mit zwei Kohlenstoffatomen, in mehr als 30 enzymatischen Reaktionen auf 12.

MevalonatwegZytosol und endoplasmatisches Retikulum
  1. Acetyl-CoA
  2. Acetyl-CoA-Acetyltransferase 2 (ACAT2)Kondensiert zwei Acetyl-CoA und setzt CoA frei
  3. Acetoacetyl-CoA
  4. HMG-CoA-Synthase 1 (HMGCS1)Acetyl-CoA, H2OFügt eine dritte Acetyleinheit an und setzt CoA frei
  5. HMG-CoA
  6. HMG-CoA-Reduktase (HMGCR)2 NADPHStatineGeschwindigkeitsbestimmender Schritt; Enzym der ER-Membran; setzt CoA frei
  7. Mevalonat
  8. Mevalonatkinase (MVK)ATP
  9. Mevalonat-5-phosphat
  10. Phosphomevalonatkinase (PMVK)ATP
  11. Mevalonat-5-diphosphat
  12. Diphosphomevalonat-Decarboxylase (MVD)ATPSetzt CO2 und Phosphat frei; Produkt ist die C5-Isoprenoideinheit
  13. Isopentenyldiphosphat
  14. Isopentenyldiphosphat-Isomerase 1 (IDI1)
  15. Dimethylallyldiphosphat
  16. Farnesyldiphosphat-Synthase (FDPS)IsopentenyldiphosphatFügt eine C5-Einheit an und setzt Diphosphat frei
  17. Geranyldiphosphat
  18. Farnesyldiphosphat-Synthase (FDPS)IsopentenyldiphosphatVerzweigungspunkt zu Ubichinon, Dolichol, Häm A und prenylierten Proteinen
  19. Farnesyldiphosphat
  20. Squalensynthase (FDFT1)NADPHVerknüpft zwei Farnesyldiphosphate über Präsqualendiphosphat
  21. Squalen
  22. Squalen-Monooxygenase (SQLE)O2, NADPH über die Cytochrom-P450-Oxidoreduktase (POR), FADGilt ebenfalls als geschwindigkeitsbestimmend für die Sterolsynthese
  23. (S)-2,3-Epoxysqualen
  24. Lanosterin-Synthase (LSS)Der Ringschluss ergibt das erste Sterol
  25. Lanosterin
  26. mehrere SchritteBloch- oder modifizierter Kandutsch-Russell-Weg; CYP51A1 bis DHCR24 oder DHCR7
  27. Cholesterin

Die HMG-CoA-Reduktase, ein Enzym der Membran des endoplasmatischen Retikulums (ER), katalysiert den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt 34. Statine hemmen diese Reaktion 3.

Erfassung des Sterolgehalts: SREBP-2, SCAP und INSIG

Zellen schalten die Gene für Synthese und Aufnahme von Cholesterin je nach Cholesteringehalt einer Membran im Zellinneren, des ER, ein oder aus 54.

Enthält das ER wenig Cholesterin, transportiert SCAP den Transkriptionsfaktor SREBP-2 zum Golgi-Apparat 4. Dort setzen zwei Proteasen eine Domäne von SREBP-2 frei, welche die Gene für den LDL-Rezeptor und die Enzyme der Biosynthese aktiviert 41. Steigt der Cholesteringehalt des ER, bindet SCAP Cholesterin und INSIG, und der Komplex verbleibt im ER 4. In Ovarialzellen des Chinesischen Hamsters nahm die Prozessierung von SREBP-2 sprunghaft ab, sobald Cholesterin mehr als etwa 5 mol% der ER-Lipide ausmachte 5. Nach einem Modell, das auf Versuchen an Hamstern und Mäusen beruht, senken Statine das Cholesterin im ER von Leberzellen, aktivieren SREBP-2, erhöhen die Zahl der LDL-Rezeptoren und verringern das LDL im Plasma 1.

Aufnahme: der LDL-Rezeptor

Im Blut wird Cholesterin überwiegend in Lipoproteinen niedriger Dichte (Low-Density-Lipoproteine, LDL) transportiert; Zellen nehmen diese Partikel über einen Rezeptor an ihrer Oberfläche auf 13.

Der größte Teil des LDL wird über die Rezeptoren der Leber aus dem Blut entfernt 1. Bei heterozygoter familiärer Hypercholesterinämie ist die Zahl funktionsfähiger Rezeptoren halbiert und die LDL-Konzentration etwa verdoppelt 1.

PCSK9

PCSK9, ein von der Leber abgegebenes Protein, verringert die Zahl der LDL-Rezeptoren auf Leberzellen und erhöht so das LDL im Blut 16.

PCSK9 bindet an den LDL-Rezeptor; dieser wird daraufhin abgebaut, statt wieder an die Zelloberfläche zu gelangen 613. Bei afroamerikanischen Personen, die heterozygot für die Nonsense-Mutation Y142X oder C679X waren, lag das LDL um 28 % niedriger, und Herzinfarkte traten um 88 % seltener auf 1.

Resorption: NPC1L1

Die Zellen der Dünndarmschleimhaut nehmen einen Teil des Cholesterins aus dem Darminhalt über das Membranprotein NPC1L1 auf 43.

Ausscheidung: Gallensäuren und reverser Cholesterintransport

Die meisten Gewebe können Cholesterin nicht abbauen 7. Beim reversen Cholesterintransport gelangt es mit Lipoproteinen hoher Dichte (High-Density-Lipoproteine, HDL) zurück zur Leber 7. Die Leber scheidet es unverändert oder in Form von Gallensäuren in die Galle aus 7.

Auf die Umwandlung in Gallensäuren entfallen etwa 90 % des Cholesterinabbaus 8. Die Cholesterin-7α-Hydroxylase (CYP7A1) katalysiert den ersten und geschwindigkeitsbestimmenden Schritt des klassischen Synthesewegs 83. Gallensäurebindende Harze steigern die Ausscheidung von Gallensäuren mit dem Stuhl und senken das Plasmacholesterin 8; siehe Gallensäurebinder.