© JN 2009 Kapitola 8 – Metabolismus cholesterolu; ikosanoidy 1
8 Metabolismus cholesterolu, ikosanoidy
Cholesterol i ikosanoidy mají mnoho společného s lipidy (cholesterol stejně jako ony vzniká
z Ac-CoA; ikosanoidy vznikají z PUFA apod.), přesto se jim budeme věnovat v samostatné
kapitole.
8.1 Cholesterol
Cholesterol je 27 uhlíkatá sloučenina, systematickým názvem 5-cholesten-3β-ol.
10
5
1
4
2
3
8
7
9
6
13
14
12
11
17
16
15
23
24
2220
25
OH
26
27
21
18
19
Je nezbytnou komponentou všech membrán a výchozí látkou pro syntézu žlučových kyselin,
steroidů a vitaminu D2.
Hlavními zdroji cholesterolu jsou žloutek, živočišné tuky, tučné maso, tučné mléčné výrobky,
majonéza a další. Denně bychom měli přijmout cca 300–500 mg cholesterolu, poměrně velké
množství (asi 1000 mg) si sami syntetizujeme.
8.1.1 Biosyntéza cholesterolu
Probíhá ve všech buňkách s normální organelovou výbavou (tedy např. ne v erytrocytech,
kterým chybí mitochondrie), hlavně v buňkách jater a dále kůry nadledvin, enterocytech a
gonádách (tedy v místech produkce steroidních hormonů).
Buněčná lokalizace: cytoplazma + membrána ER (některé enzymy)
Výchozí látkou pro syntézu cholesterolu je acetyl-CoA a na syntézu jedné molekuly cholesterolu
potřebujeme těchto molekul celkem osmnáct, k tomu pak 36 ATP a 16 NADPH+H+
. Vidíme tedy,
že syntéza cholesterolu je vysoce energeticky náročný děj (skoro 1,5 ATP na jeden uhlík).
Jednotlivé reakce vedoucí ke vzniku cholesterolu:
1) V prvním kroku syntézy cholesterolu vzniká 3-HMG-CoA. Reakce probíhá na membráně
endoplazmatického retikula.
Poznámka: Při syntéze ketolátek rovněž vzniká 3-HMG-CoA, ale k jeho syntéze dochází v mitochondrii! Účastní se
jí tedy zcela jiné enzymy.
© JN 2009 Kapitola 8 – Metabolismus cholesterolu; ikosanoidy 2
2) Z 3-HGM-CoA dvojitou redukcí karboxylové skupiny na primární alkoholovou skupinu a
odštěpením Co-A vzniká kyselina mevalonová. Pro redukci (hydrogenaci) je potřeba
kofaktoru NADPH+H+
.
Syntéza kyseliny mevalonové (mevalonátu) určuje rychlost syntézy cholesterolu (jedná se o
její nejpomalejší krok). Enzym 3-HMG-CoA-reduktasa je vázán na membráně ER, je
ovlivňován čtyřmi různými způsoby a jelikož cholesterol činí v poslední době mnoho
problémů, je právě tento enzym cílem mnoha farmak.
Mechanismy regulace 3-HGM-CoA-reduktasy jsou:
a) Regulace syntézy enzymu hladinou sterolů
Chceme-li ovlivnit syntézu enzymu (obecně), je potřeba dostat se do jádra na DNA a zablokovat/aktivovat
transkripci genu. Transkripci lze ovlivnit na dvou místech – v oblasti promotoru (nacházející se hned vedle
genu) nebo v regulační oblasti (tzv. HRE-oblast – „hormone regulatory element“; která se nenachází přímo
u genu).
Syntézu enzymu 3-HMG-CoA-reduktasy ovlivňuje transkripční faktor jménem SREBP
(Sterol Regulatory Element Binding Protein). Jedná se o protein, který se váže do
regulační oblasti genu (konkrétně SRE-oblasti; „Sterol Regulatory Element – oblasti“)
pro 3-HMG-CoA-reduktasu.
V membráně ER se nachází celá řada integrálních proteinů. Jeden z těchto integrálních
proteinů je prekurzorem SREBP (SREBP tvoří jeho N-terminální konec zasahující do
cytoplazmy).
Je-li v buňce nízká hladina cholesterolu, nic nebrání proteasám v odštěpení SREBP od
integrálního proteinu. Uvolněný SREBP pak putuje do jádra, napojí se do regulační
oblasti a zvýší transkripci genu pro 3-HMG-CoA-reduktasu, čímž urychlí syntézu
cholesterolu.
© JN 2009 Kapitola 8 – Metabolismus cholesterolu; ikosanoidy 3
Je-li však v buňce velké množství cholesterolu (sterolů), stojí tento cholesterol v cestě
proteasám, které tak nemohou odštěpit SREBP, který tudíž zůstává na membráně a
nemůže ovlivnit transkripci genu.
b) Regulace proteolýzy enzymu hladinou sterolů
Steroly ovlivňovaly uvolnění SREBP a ten ovlivňoval syntézu enzymu. Kromě toho
ovlivňují steroly i degradaci enzymu.
Enzym obsahuje „transmembránovou sterol-senzitivní oblast, která hraje roli při
aktivaci jeho proteolýzy cestou proteazomu“. Tato moudrá věta více méně znamená: na
enzymu se nachází místo, do kterého se váže mevalonát, cholesterol nebo farnesol
(pouze při jejich vysoké koncentraci). Po té, co se napojí, odehraje se v enzymu
konformační změna, kvůli které se na enzym snáze napojí ubikvitin. A snazší napojení
ubikvitinu znamená dřívější odbourání v proteasomu (tedy rychlejší degradaci enzymu).
Vysoká hladina sterolů tímto způsobem urychluje degradaci enzymu.
c) Regulace aktivity enzymu kovalentní modifikací (fosforylace)
Jak jsme se s tím již setkali u syntézy glykogenu, je možné ovlivňovat aktivitu enzymu
kovalentní modifikací, nejčastěji se jedná o fosforylaci.
HGM-CoA-reduktasa je aktivní v případě, že je defosforylovaná; neaktivní je v případě,
že je fosforylovaná.
Aktivitu HMG-CoA-reduktasy tak zvyšují insulin a thyroidí hormony, které aktivují
enzym fosfatasu, která od HMG-CoA-reduktasy odštěpí fosfát a tím ji defosforyluje
(=aktivuje)
Aktivitu HMG-CoA-reduktasy snižují glukagon, intracelulární steroly (cholesterol,
žlučové kyseliny) a glukortikoidy, které aktivují cAMP dependentní kinasu, která na
HMG-CoA-reduktasu připojí fosfát a tím ji fosforyluje (=deaktivuje)
d) Kompetitivní inhibice enzymu léky (statiny; např. lovastatin, pravastatin, cerivastatin)
Různé léky působí jako kompetitivní inhibitory HMG-CoA-reduktasy. Působí především
v játrech, vážou se na něj a snižují tak buněčnou koncentraci cholesterolu (zastaví jeho
tvorbu), což se projeví i snížením hladiny cholesterolu v krvi.
Léky se obecně nazývají statiny, přičemž princip jejich působení tkví v tom, že části jejich
molekul jsou analogicky podobné mevalonátu.
Prvními statiny byly přírodní látky a po té, co byla zjištěna jejich struktura, se začaly
vytvářet i syntetické (nebo semi-syntetické) přípravky.
Např. Simvastatin (Zocor); Lovastatin (Mevacor), Pravastatin (Mevalotin), Pravastatin
(Pravachol), Simvastatin (Lipovas), Fluvastatin (Lescol)…
© JN 2009 Kapitola 8 – Metabolismus cholesterolu; ikosanoidy 4
3) Syntéza pětiuhlíkatých jednotek
Mevalonát je potřeba pro další syntézu cholesterolu aktivovat za pomoci dvou ATP na
mevalonyldifosfát. Z mevalonyldisfofátu (6C) je pak za účasti dalšího ATP (ATP dodává
energii) odštěpena voda a oxid uhličitý (dehydratace a dekarboxylace) za vzniku
isopentenyldifosfátu (5C), který může izomerovat na dimethylallyldifosfát (5C).
Isopentenyldifosfát a dimethylallyldifosfát tvoří základní pětiuhlíkaté jednotky, ze kterých
se syntetizují jednotky složitější. Tyto dvě struktury jsou základem struktury isoprenoidů!1
4) Syntéza desetiuhlíkaté jednotky
Pětiuhlíkaté jednotky se nyní spojují principem „hlava + ocas“ (na dimethylallydifosfátu i na
isopentenyldifosfátu lze rozlišit rozvětvení (hlavu) a nevětvený konec (ocas)).
Při spojování jednotek dochází k:
 odštěpení difosfátu PPi z molekuly dimethylallydifosfátu
 přesunu dvojné vazby „z hlavy na ocas“ u isopentenyldifosfátu
Vzniká geranyldifosfát (10C)2
. Reakce se účastní enzym prenyltransferasa.
5) Syntéza patnáctiuhlíkatých jednotek
Spojením geranyldifosfátu (10C) s isopentenyldifosfátem (5C) vzniká farnesyldifosfát (15C).
Farnesyldisfofát se může účastnit prenylace proteinů a kromě toho se účastní i syntézy
ubichinonu.
1
I dále vznikající desetiuhlíkaté, patnáctiuhlíkaté a třicetiuhlíkaté jednotky patří do skupiny isoprenoidů.
2
Geranyl (10C) a farnesyl (15C) se mohou účastnit prenylace proteinů (viz dále).
© JN 2009 Kapitola 8 – Metabolismus cholesterolu; ikosanoidy 5
6) Syntéza třicetiuhlíkaté jednotky
Spojením dvou molekul farnesyldifosfátu vzniká skvalen (ke spojení tentokrát nedochází
stylem „hlava + ocas“ ale „ocas + ocas“ což způsobí, že se odštěpí všechny fosfáty). Skvalen
má 30 uhlíků.
farnesyl
farnesyl
SKVALEN
30C
7) Cyklizace skvalenu a další reakce vedoucí ke vzniku cholesterolu
Skvalen jako takový je lineární molekula, která je schopná sbalit se do cyklické formace.
skvalen skvalen
Poznámka k obrázku: Červeně jsou znázorněny dvojné vazby, které se podílí na cyklizaci a které zaniknou.
Cyklizace je ale pouze prvním z asi 19 kroků vedoucích k cholesterolu. Další kroky zahrnují
zkrácení uhlíkatého řetězce z 30 na 27 uhlíků, přesuny dvojných vazeb, redukci dvojné
vazby a další různé reakce. Všechny jsou lokalizovány v endoplazmatickém retikulu.
Jmenujme si alespoň některé meziprodukty těchto 19 reakcí:
skvalen (30C) → lanosterol (30C) →→→ cholestandienol (27C) → cholesterol (27C)
8.1.2 Další využití 10C a 15C meziproduktů syntézy cholesterolu
A) Prenalyce proteinů
Geranyldifosfát (10C) a farnesyldifosfát (15C) mohou sloužit k prenylaci proteinů.
Prenylace proteinů je jednou z jejich možných kovalentních modifikací (jako např. karbamylace,
glykosylace apod.). Farnesyl nebo geranyl jsou při ní navázány na SH-skupinu cysteinu, což
umožňuje interakci proteinů s membránou (zakotvení).
Zvláštní význam má prenylace u proteinů zprostředkujících mezibuněčnou proliferaci – jedná se
např. o proteiny RAS, RAC, RHO apod. Některá farmaka cíleně omezují prenylaci, čímž zpomalují
buněčnou proliferaci. Lze tak předcházet osteoporose, rakovině a některým kardiovaskulárním
chorobám.
B) Syntéza dolicholu a ubichinonu
Farnesylu je součást dolicholu, který se uplatňuje při glykosylaci proteinů a dále je součástí
ubichinonu, který hraje významnou roli v dýchacím řetězci.
© JN 2009 Kapitola 8 – Metabolismus cholesterolu; ikosanoidy 6
8.1.3 Další přeměny cholesterolu v těle
A) Esterifikace cholesterolu
Po té, co je cholesterol syntetizován (nebo přijat potravou) dochází v těle k jeho rychlé
esterifikaci, při které se na volnou –OH skupinu napojí kyselina linolová nebo linoleová
(nejčastěji). Reakce probíhá v endoplazmatickém retikulu a katalyzuje ji enzym ACAT
(acyl-CoA-cholesterolacyltransferasa).
CHOLESTEROL + ACYL-CoA
ACAT
O
C
O
ESTERIFIKOVANÝ
CHOLESTEROL
Před esterifikací měl cholesterol volnou –OH skupinu, byl tedy alespoň trochu polární. Po
esterifikaci –OH skupina „zanikla“ – esterifikovaný cholesterol je proto hydrofobnější
(nepolárnější) než cholesterol.
Tento fakt se projevuje v tom, že neesterifikovaný cholesterol můžeme najít v obalu
lipoproteinů, esterifikovaná cholesterol jen v jejich jádře.
B) Transport cholesterolu krví
Jak již víme z kapitoly 7, jsou lipidy (a stejně tak i cholesterol) transportovány krví pomocí
lipoproteinů. Cholesterol je transportován hned v několika typech, z 20-40% ve formě
esterifikovaného cholesterolu:
 z jater do tkání je transportován ve formě VLDL, který se po odbourání většiny
triacylglycerolů mění na LDL, v podobě LDL se pak cholesterol dostává do tkání
 z tkání do jater je transportován ve formě HDL (mluvíme o zpětném neboli reverzním
transportu)
Transport cholesterolu je pro tělo důležitý – většina cholesterolu vzniká v játrech (mají na to
dostatek energie), odkud je transportován do tkání; zde je využit a následně se vrací do jater,
protože jen játra jej umí eliminovat.
CH3H3CO
H3CO CH2
O
O
CH C CH2
CH3
H
n
ubichinon
© JN 2009 Kapitola 8 – Metabolismus cholesterolu; ikosanoidy 7
C) Hladina cholesterolu v krvi
Doporučená koncentrace cholesterolu v krvi je pod 5 mmol/l. Při nálezu hladiny vyšší jak
5 mmol/l je potřeba provést vyšetření metabolismu lipidů.
Jak bylo řečeno v části B, vyskytuje se cholesterol v krvi v podobě LDL a HDL. O LDL mluvíme jako
o „zlém cholesterolu“ a HDL jako o „hodném cholesterolu“. Při zjištění zvýšené hladiny
cholesterolu, je mj. potřeba provést vyšetření, zda se jedná o HDL nebo LDL, neboť je-li zvýšena
hladina HDL, jedná se o prognosticky příznivý faktor.
Poznámka:
LDL je „zlý“ proto, že se v krvi vyskytuje po dobu 2-3 dní. Tím, že je tak dlouho v krvi, je dlouhodobě v ohrožení např.
ataku volných radikálů, které jej mohou poškodit. Poškozený LDL je následně vychytáván makrofágy (které pro něj mají
specializované receptory). Ty se po nějaké době mění na „bublinové buňky“ s vysokým obsahem cholesterolu.
Receptory na povrchu makrofágů mohou být poškozeny nebo se nevytvářejí vůbec – mluvíme o familiární
hypercholesterolemii (dědičná choroba). V krvi proto koluje velké množství LDL cholesterolu, který není možné
vychytat. Tím, že jej není možné vychytat, není možné jej znovu použít a buňka je tak nucena vytvářet stále více a více
nového cholesterolu. To vede k dalšímu hromadění v krvi a následně i ve šlachách (vznikají xantomata). Vysoká
hladina LDL navíc zvyšuje riziko srdečního infarktu.
8.1.4 „Odbourávání cholesterolu“
Tělo neumí cholesterol (ani jinou steroidní strukturu) odbourat na vodu a oxid uhličitý!
Díky játrům je možné cholesterol z těla eliminovat dvěma hlavními způsoby (přičemž oba
způsoby v sobě zahrnují vyloučení cholesterolu žlučí):
a) přeměnou na žlučové kyseliny, které jsou následně exkretovány do trávicího traktu a
vyloučeny z těla
b) vylučováním cholesterolu (nezměněného) přímo do žluče (a tím do střeva)
Vedlejšími způsoby eliminace cholesterolu je jeho přeměna na steroidní hormony (ty konjugují
s kyselinou glukuronovou a je možné je vyloučit močí) nebo vylučování kožním a ušním mazem,
či odloučeným střevním epitelem.
Cholesterolová bilance za 24 hodin by měla vypadat následovně:
O žlučových kyselinách se budeme dále bavit v kapitole 8.1.5, nyní se zaměříme na případ, že
tělo vyloučilo do trávícího systému volný cholesterol.
Takto vyloučený cholesterol mohou potkat jen 2 různé osudy (ve střevě):
a) je zpětně vstřebán („tělu je jedno, jestli přijme nový cholesterol z potravy nebo zpětně
přijme ten, který již vyloučilo)
b) je střevními bakteriemi přeměněn na koprostanol (redukce dvojné vazby) a vyloučen
stolicí
© JN 2009 Kapitola 8 – Metabolismus cholesterolu; ikosanoidy 8
ADa)
Zpětné vstřebávání (a vstřebávání cholesterolu z potravy vůbec) zajišťují NPC1L1 transportéry
(Niemann-Pick C1 Like 1 protein). Cholesterol je přes ně transportován v podobě směsných
micel.
Vstřebávání cholesterolu je jedním z cílů různých léčiv. Např. ezetimibu, případně i rostlinných
sterolů.
F
N
OH
O
OH
F
ezetimib
OH
-sitoferol
Ezetimib blokuje NPC1L1 receptory a brání tak resorpci cholesterolu. Používá se i v ČR (Ezetrol) a
je vysoce specifický. Spolu s ním jsou podávány i statiny, které inhibují syntézu cholesterolu
(protože v okamžiku, kdy snížíme jeho resorpci, začne si jej tělo více vytvářet).
Fytosteroly rovněž snižují resorpci cholesterolu. Jedná se o látky velmi blízké chemické
struktury. Vmezeřují se proto do směsných micel a jsou transportovány do enterocytů místo
cholesterolu. Zdrojem fytosterolů v potravě jsou především klíčkové oleje (pšeničný a
kukuřičný), dále olej řepkový, sojový a olivový a potraviny obohacené o fytosteroly (roztíratelné
tuky – u nás Flora, mléko, majonézy a mléčné výrobky).3
Steroliny
Jelikož naše tělo neumí fytosteroly zpracovávat (a nejen proto), mají buňky střevní sliznice na svém povrchu ještě
jednu skupinu transportérů zvanou steroliny. Jedná se transportéry ze skupiny ABC-transportérů (ATP-Binding
Cassete proteiny), které využívají energii z ATP a „pumpují“ z buňky nepoužitelné steroly (tedy fytosteroly, ale i
nadbytečný cholesterol) zpět do lumen střeva. Příkladem sterolinů jsou např. ABCG5 a ABCG8 transportéry.
Vyskytne-li se porucha v tvorbě sterolinů (jsou nefunkční, nebo se netvoří) dochází k sitosterolemii – vzácnému
autozomálně recesivnímu onemocnění, které se projevuje akumulací fytosterolů ve tkáních.
ADb)
Přeměna na koprostanol:
OH
cholesterol
STŘEVNÍ BAKTERIE
OH
koprostanol
Na koprostanol může být přeměněn jen vyloučený cholesterol, nikoliv vyloučení žlučové
kyseliny.
3
Osobám se zvýšenou hladinou cholesterolu se doporučuje konzumace 2g fytosterolů denně.
© JN 2009 Kapitola 8 – Metabolismus cholesterolu; ikosanoidy 9
8.1.5 Žlučové kyseliny
Druhým hlavním způsobem, jak dostat cholesterol ven z těla, je přeměnit jej na žlučové
kyseliny. Obecně se jedná o pochody zahrnující hydroxylace (v polohách 7, 3 a 12), redukci
dvojné vazby a zkrácení postranního řetězce (primární žlučové kyseliny mají 24C, původní
cholesterol 27C).
Rozlišujeme:
a) primární žlučové kyseliny (vznikly přímo z cholesterolu)
b) konjugované žlučové kyseliny (primární žlučové kyseliny konjugované s dalšími látkami)
c) sekundární žlučové kyseliny (vznikly z primárních či konjugovaných žlučových kyselin
ztrátou –OH skupiny na sedmém uhlíku)
Syntéza primárních žlučových kyselin:
Probíhá na endoplazmatickém retikulu jaterních buněk.
Nejprve dochází k hydroxylaci na sedmém uhlíku. Této hydroxylace se účastní NADH+H+
a
cytochrom P450 (tyto dvě struktury společně vytvářejí tzv. monooxygenasový systém),
enzymem je 7-α-hydroxylasa4
.
Po této hydroxylaci dochází ke zkrácení postranního řetězce (a oxidaci uhlíku v pozici 24) a
redukci dvojné vazby, čímž vzniká chenodeoxycholát. Další hydroxylací v pozici 12 vzniká cholát.
OH
cholesterol
7--hydroxylasa
NADH+H+
cytP450
OH OH
ZKRÁCENÍ A
OXIDACE
POSTRANNÍHO
ŘETĚZCE
REDUKCE
DVOJNÉ
VAZBY
COO
OH
OH
kyselina
chenodeoxycholová
HYDROXYLACE
(POZICE 12)
COO
OH
OH
OH
kyselina cholová
Chenodeoxycholát a cholát jsou zástupci primárních žlučových kyselin. Kyseliny se jim říká mj.
pro jejich hodnoty pKA ≈ 6. Tuto hodnotu je možné ještě snížit konjugací (viz dále).
Konjugace žlučových kyselin
Ještě před vyloučením do střeva, se v játrech odehrává proces tzv. konjugace žlučových kyselin.
Cholová kyselina (její karboxylová skupina na 24 uhlíku) se spojuje pomocí amidové vazby
s glycinem a taurinem (nejčastěji), vzniká tak taurocholát a glykocholát.
Význam konjugace spočívá v tom, že konjugované žlučové kyseliny mají nižší pKA (taurocholová
cca 2; glykocholová cca 4), což zvyšuje jejich detergenční vlastnosti.
4
Řecké písmeno α v názvu enzymu značí, že –OH skupina bude umístěna pod rovinu kruhu
© JN 2009 Kapitola 8 – Metabolismus cholesterolu; ikosanoidy 10
Nejběžnější konjugované žlučové kyseliny:
C
OH OH
OH
O
NH CH2 SO3
kyselina
taurocholová
C
OH OH
OH
O
NH CH2 COO
kyselina
glykocholová
Vznik sekudnárních žlučových kyselin
Kojugované a primární žlučové kyseliny byly po svém vzniku vyloučeny žlučí do tenkého střeva.
Ve střevě však žijí různé bakterie, které mohou primární žlučové kyseliny částečně redukovat
(odstranit -OH skupinu na C7) a konjugované žlučové kyseliny mohou dekonjugovat a rovněž
částečně redukovat.
Jejich působením vznikají především dvě žlučové kyseliny a to lithocholát (chenodeoxycholát bez
–OH skupiny na C7) a deoxycholát (cholát bez –OH skupiny na C7).
COO
-
OH
kyselina lithocholová
COO
-
OH
OH
kyselina deoxycholová
Lithocholát má jen jednu –OH skupinu, je tedy méně rozpustný než zbytek žlučových kyselin a je
proto nejvíce vylučován stolicí. Ostatní žlučové kyseliny (primární a sekundární) se mohou
zpětně vrátit do jater v tzv. enterohepatálním oběhu žlučových kyselin:
K obrázku:
Během dne cirkuluje v enterohepatálním oběhu asi 30 gramů žlučových kyselin. Z těchto 30 g je pouze 0,2 – 0,6 g
denně nově syntetizováno a stejné množství je přitom denně vyloučeno. Zpětné vstřebávání ve střevě tedy probíhá
z více jak 95% (30 g je vyloučeno do střeva z jater, zhruba 29 g se vrátí do jater ze střeva).
© JN 2009 Kapitola 8 – Metabolismus cholesterolu; ikosanoidy 11
I žlučové kyseliny a jejich oběh jsou cílem léčiv, která mají za úkol snížit hladinu cholesterolu.
Jelikož zpětná resorpce žlučových kyselin je velká (více jak 95%) a jejich syntéza malá (asi 0,2 g),
tak léčiva, která dokážou snížit jejich resorpci, způsobí zvýšení jejich syntézy (tělo chce zachovat
enterohepatální oběh). Tím, že se zvýší syntéza žlučových kyselin, na kterou je potřeba
cholesterol, čímž poklesne hladina cholesterolu v krvi.
Užívaná léčiva jsou většinou iontoměniče (např. Cholestyramin a Colestipol).
Princip účinku: po požití nejsou vstřebávány ze střeva, zůstávají v jeho lumen a uvolňují ze
svého povrchu chloridové ionty, přičemž „na oplátku“ na sebe vážou žlučové kyseliny. Na 1 g
léčiva se může navázat až 100 mg žlučových kyselin!!!
8.1.6 Vitaminy D
Vitaminy D tvoří zvláštní skupina sterolů zvaná kalcioly. V jejich steroidním skeletu došlo vlivem
ultrafialového záření (λ = 290 nm) k narušení B kruhu (konkrétně k rozštěpení vazby mezi
uhlíkem 9 a 10).
K výše popsanému rozštěpení dochází nejčastěji v případě, že se v B kruhu nachází dvě dvojné
vazby v polohách 5 a 7. V lidském těle tuto podmínku splňuje látka zvaná 7-dehydrocholesterol
(prekurzor vitaminu D3), u rostlin látka ergosterol (prekurzor vitaminu D2). Tímto způsobem
vzniklé vitaminy jsou pak v organismu dále upravovány, nejvíce do podoby kalcitriolu.
To, jakým způsobem se do našeho těla dostávají vitaminy D, znázorňuje následující schéma:
Ke schématu:
Vitamin D3 (levá část schématu):
 syntéza v těle začíná u cholesterolu, který je přeměněn na 7-dehydrocholesterol; ten je vlivem slunečního
záření přeměněn na kalciol (tato přeměna se odehrává v kůži)
 zdroje v potravě: rybí oleje; vejce
Vitamin D2 (pravá část schématu)
 v těle si jej sami vyrobit neumíme, musíme jej přijímat jako složku potravy
 v rostlinách vzniká působením slunečního záření na ergosterol (otevře se kruh a vznikne erkalciol, neboli
vitamin D2); denně bychom měli přijímat 5 – 20 µg
Poznámka: malé červené šipky naznačují, kde ve struktuře došlo ke změně
© JN 2009 Kapitola 8 – Metabolismus cholesterolu; ikosanoidy 12
Vznik a význam kalcitriolu
Kalcitriol je významnou látkou, která se (jak název napovídá) podílí na hospodaření
s vápníkovými ionty. Vzniká z vitaminu D3:
OH
KALCIOL
(cholekalciferol; vitamin D3)
25-HYDROXYLASA
(JÁTRA)
OH
OH
KALCIDIOL
1-HYDROXYLASA
(LEDVINY)
OH
OH
OH
KALCITRIOL
(1,25-dihydroxycholekalciferol)
V průběhu přeměny dochází k dvěma hydroxylačním reakcím v polohách 25 a 1. První přeměna
probíhá v játrech (hydroxylace na C25), po té je vzniklý meziprodukt (kalcidiol) transportován do
ledvin, kde je provedena finální hydroxylace na C1 (vzniká kalcitriol).
Kalcitriol ovlivňuje hospodaření s vápníkem především v tenkém střevě, ledvinách a kostech.
Tenké střevo:
 indukuje změnu konformace cytosolového kalmodulinu, čímž usnadňuje průchod Ca2+
iontů cytoplazmatickou membránou
 indukuje syntézu kalbindinu, který usnadňuje transport Ca2+
iontů v enterocytu
 indukuje syntézu Ca2+
-ATPasy, která čerpá Ca2+
ionty z enterocytu do extracelulárního
prostoru
Ledviny:
 reguluje resorpci Ca2+
Kost
 reguluje resorpci Ca2+
a novotvorbu kostní tkáně
 v nadměrném množství (při předávkování) inhibuje mineralizaci kosti (patrně narušuje
diferenciaci osteoblastů)
© JN 2009 Kapitola 8 – Metabolismus cholesterolu; ikosanoidy 13
8.2 Ikosanoidy
Ikosanoidy jsou látky, které působí jako lokální hormony prostřednictvím G-proteinů.
Ikosanoidy bychom mohli rozdělit následovně:
Všechny ikosanoidy jsou syntetizovány z PUFA (k. eikosatrienová, k. arachidovoá, EPA). Rozdíl je
v následné úpravě PUFA:
a) prostanoidy vznikají vlivem enzymu cyklooxygenasy
b) leukotrieny (a mnohé další skupiny sloučenin) vznikají vlivem enzymu lipoxygenasy
c) epoxykyseliny a dihydroxykyseliny vznikají vlivem enzymu epoxygenasy
Na syntézu prostanoidů a leukotrienů se nyní podíváme podrobněji. Ostatní skupiny jsou
uvedeny pro úplnost.
8.2.1 Syntéza ikosanoidů
Začátek syntézy obou skupin ikosanoidů je shodný – je potřeba odštěpit PUFA (s 20 uhlíky)
z membránového fosfolipidu. Jak již víme, jsou nenasycené zbytky mastných kyselin navázány
většinou na druhém uhlíku glycerolového základu fosfolipidu, z čehož vyplývá, že k jejich
odštěpení potřebujeme enzym FOSFOLIPASU A2 (viz kap. 7.18; Štěpení fosfolipidů)
Fosfolipasa A2 se vyskytuje na buněčné membráně a je spojena s receptorem, na který se váže
např. adrenalin, trombin, bradykinin a angiotensin II. Tyto látky svým navázáním na receptor
způsobí aktivaci fosfolipasy A2, která tak může z membránového fosfolipidu odštěpit PUFA.
© JN 2009 Kapitola 8 – Metabolismus cholesterolu; ikosanoidy 14
K obrázku: Stav před navázáním mediátoru.
K obrázku:
Mediátor se napojil na receptor, čímž došlo k aktivaci fosfolipasy. Ta odštěpila dvacetiuhlíkatou PUFA
(k. eikosatrienovou, k. arachidonovou, k. eikosapentaenovou) z fosfolipidu.
Fosfolipasa A2 je významným enzymem (stojí na počátku metabolických drah všech ikosanoidů),
je tedy potřeba vědět, jak její funkci inhibovat a aktivovat.
Inhibici zajišťuje bílkovina lipokortin. Syntézu lipokortinu vyvolávají kortikoidy a právě steroidní
protizánětlivé látky5
(jako hydrokortisol a prednison) jsou látky ze skupiny kortikoidů. Při podání
jako léčiva, způsobí vznik lipokoritnu, který inhibuje fosfolipasu A2 a ta zabrání vzniku ikosanoidů.
Aktivaci fosfolipasy A2 umožňují vápenaté ionty.
8.2.1.1 Účinky a syntéza prostanoidů
Syntéza prostanoidů probíhá na cisternách ER téměř všech buněk. Jejich účinky jsou ale značně
odlišné (někdy až protichůdné), neboť buňky pro ně mají mnoho typů receptorů. Abychom se
mohli na jejich účinky odkazovat, uvedeme si je ještě před vlastní syntézou.
Tabulka 1 - Přehled biologických účinků některých prostanoidů
Prostanoid Účinek
TXA2 agregace trombocytů; kontrakce hladkého svalstva
PGI2/PGI3 antiagregační účinek; vyvolání relaxace hladkého svalstva; zvýšení intenzity a
trvání bolesti
PGE2 inhibice kontrakce hladkého svalstva, vasodilatace, inhibice sekrece HCl a
stimulace sekrece mucinu (=ochrana žaludeční sliznice), zvýšení teploty, zvýšení
intenzity a trvání bolesti, zvýšení permeability cév (=červenání při zánětu)
PGD2 navození spánku, kontrakce bronchiálního svalstva
PGF2 kontrakce hladkého svalstva, zvýšení tělesné teploty
5
Steroidní protizánětlivé látky byvají nazývány steroidní antiflogistika.
© JN 2009 Kapitola 8 – Metabolismus cholesterolu; ikosanoidy 15
Účinky některých prostanoidů (podrobněji):
TXA2 a PGI2
TXA2 je produkován trombocyty, vyvolává vasokonstrikci a aktivaci destiček, jeho biologický
poločas6
je asi 30-60 sekund. PGI2 je produkován cévním endotelem a má opačné účinky, než
TXA2, jeho poločas je delší (asi 3 minuty).
Tyto dva prostanoidy působí jako antagonisté (proti sobě) a jejich vyvážený účinek se podílí na
krevním srážení. Ovlivňování tohoto „vyvážení“ je principem účinky kyseliny acetylsalicylové (viz
dále).
PGE2
PGE2 je prostanoidem, který snižuje riziko vzniku žaludečního vředu:
 sníží sekreci HCl (méně HCl, menší šance natrávení žaludeční sliznice)
 zvýší sekreci mucinu (více mucinu, menší šance natrávení žaludeční sliznice)
PGE2 a PGF2α
Tyto dva prostanoidy jsou tvořeny mj. v endometriu, kde indukují kontrakce dělohy. V plodové
vodě se normálně vyskytuje jen jejich nízká koncentrace, která ale před porodem masívně
stoupá – což znamená, že spolu s oxytocinem se podílejí na indukci porodu (oproti oxytocinu
vždy kontrahují dělohu).
Této znalosti je využíváno v případech, kdy je potřeba vyvolat potrat (jsou podány buď
intravenósně nebo intravaginálně).
Syntéza prostanoidů (cyklooxygenasová dráha):
K biosyntéze potřebujeme 20C PUFA (kterou jsme si odštěpili z fosfolipidu v předchozím kroku).
Na odštěpenou PUFA následně začne působit enzym COX (cyklooxygenasa).
COX je enzym, který má dvě různé enzymové aktivity:
a) cyklooxygenasovou (způsobí vznik cyklu a oxygenaci)
b) peroxidasovou (způsobí zánik peroxidu R-OOH)
Poznámka: Všechny prostanoidy se „formálně“ odvozují od prostanové kyseliny.
6
Biologický poločas prostanoidů je obecně velmi krátký („musí zapůsobit a zmizet“); enzymově
katalyzovaný rozklad trvá asi 0,1 – 10 minut; neenzymová hydrolýza od pár sekund po několik minut
COO
PROSTANOVÁ
KYSELINA
(neexistující sloučenina,
formálně od ní odvozujeme všechny prostanoidy)
© JN 2009 Kapitola 8 – Metabolismus cholesterolu; ikosanoidy 16
Je vhodné si uvědomit, že vlivem COX zaniknou v molekule dvě dvojné vazby. To se projeví
v názvu vzniklého prostanoidu, z něhož pak můžeme zpětně odvodit, ze které PUFA vznikl.
Např. PGA2 = prostaglandin, v jehož molekule se nacházejí 2 dvojné vazby, vznikl tedy z kyseliny
arachidonové (původně 4 dvojné vazby). Obdobně pak PGA1 vznikl z eikosatrienové a PGA3 vznikl
z EPA.
Jak bylo řečeno v odstavci výše a jak vyplývá z příkladu kyseliny arachidonové:
 kyselina eikosatrienová je prekurzorem prostanoidů skupiny 1
k. eikosatrienová → PGG1 → PGH1
 kyselina arachidonová je prekurzorem prostanoidů skupiny 2
k. arachidonová → PGG2 → PGH2
 kyselina eikosapentaenová je prekurzorem prostanoidů skupiny 3
k. eikosapentaenová → PGG3 → PGH3
PGH1-3 jsou pak prekurzory dalších typů prostanoidů, jejichž syntéza je již složitější (proto se jí
nebudeme dopodrobna zabývat). Příklad vznikajících látek si uvedeme na PGH2:
Ne všechny typy prostanoidů vznikají ve všech tkáních! Např. v krevních destičkách se nachází
pouze tromboxansynthasa (vznik TXA), v cévním endotelu prostacyklinsynthasa (vznik PGI).
Pouze plíce a slezina mají téměř všechny enzymy potřebné pro syntézu všech prostanoidů.
Několik slov o cyklooxygenase
Cyklooxygenasa se vyskytuje ve dvou formách:
a) COX-1
COX-1 je konstitutivní forma (je stále přítomna v organismu), jejímž úkolem je
zajišťovat syntézu prostanoidů pro normální fyziologické funkce (jako je srážení krve,
ochrana žaludeční sliznice apod.)
b) COX-2
COX-2 je indukovatelná forma, jejíž tvorba je indukována při zánětu (aktivátory
vyvolávající její syntézu jsou např. cytokininy a růstové faktory).
To, že existuje COX, se ví již delší dobu – za tuto dobu bylo vytvořeno velké množství léků, které
působí jako její inhibitory (obou forem!).
Inhibice těmito léky může být ireverzibilní nebo reverzibilní:
© JN 2009 Kapitola 8 – Metabolismus cholesterolu; ikosanoidy 17
a) Ireverzibilním inhibitorem COX je acetylsalicylová kyselina (ASA).
Principem působení ASA je ovlivnění vzájemného účinku tromboxanu TXA2 a prostacyklinu
PGI2 při vytváření trombů v krevním řečišti – zeslabuje se účinek tromboxanu tím, že je
snížena jeho produkce v trombocytech.
Po té, co se ASA dostane do těla:
 dostane se do trombocytů a endotelu cévního řečiště (pouze ale do portální krve,
většina ASA je totiž rozložena v játrech a periferie je tak jen minimálně zasažena)
 v trombocytech inhibuje COX7
, čímž jim zabrání v syntéze tromboxanu
 v endotelu inhibuje COX, čímž mu zabrání v syntéze PGI2, ale endotelové buňky (oproti
trombocytům) mají jádro a jsou schopny nesyntetizovat si novou COX de novo; po
nějaké době je tedy nefunkční COX nahrazena novou a syntéza PGI2 se obnoví
 tím je zajištěno, že je asi 10x více syntetizováno PGI2 než TXA2, což vede ke snížení tvorby
trombů (a dalším efektům), které se projeví jako úleva
Pozn. Bylo prokázáno, že acetylsalicylová kyselina (Acylpyrin a podobné léky) má příznivý vliv při prevenci
kardiovaskulárních chorob, je-li podávána v malých dávkách (81-325 mg denně).
b) Reverzibilními inhibitory COX jsou:
 Ibuprofen
 Diklofenak
 Indometacin
Tím, že inhibujeme COX výše uvedenými léky, zabráníme tvorbě prostanoidů. To děláme cíleně
v případě, že chceme snížit teplotu, potlačit projevy zánětu, zmenšit bolest atd. Avšak vedlejším
efektem užívání těchto léků je snížená ochrana epitelu střevní sliznice, snížení agregability
(srážecí schopnosti) trombocytů apod.
Je to dáno tím, že výše uvedené léky inhibují COX-1 i COX-2. To, že existují dvě formy COX, se
zjistilo poměrně nedávno – od té doby se vytvářejí léky, které cíleně inhibují pouze COX-2 (to by
mělo vést k tomu, že COX-1 zajistí normální fyziologické funkce, čímž se odstraní možné vedlejší
efekty, které se objevovaly u původních léků).
Prvními takovými léky (zaměřenými čistě na COX-2; tedy COX-2 specifické) byly Coxiby
(Rifecoxib, Celecoxib), které se však přestaly užívat vzhledem k prokázanému
kardiovaskulárnímu riziku (byly tedy účinné, ale škodlivé).
Nové léky jako jsou Nimesulid a Meloxikam, které jsou COX-2 preferenční (inhibují především
COX-2, ale mohou inhibovat i COX-1) a jsou zatím používány, i když se ukazuje, že mají
(pravděpodobně) negativní vliv na jaterní buňku.
8.2.1.2 Účinky a syntéza leukotrienů
Leukotrieny vznikají z 20C PUFA v leukocytech nebo žírných buňkách vlivem enzymu
lipoxygenasy (lipoxygenasová dráha).
Lipoxygenasa způsobí, že v molekule PUFA dojde k izomeraci tří dvojných vazeb a z izolované
polohy se stane poloha konjugovaná (odtud leukotrieny), navíc se na molekulu „napojí“ 1-2 –OH
skupiny v polohách 5 a 12.
7
Inhibnice COX se nazývá ireverzibilní acetylce: ASA + COX-OH → COX-Ac + zbytek ASA
© JN 2009 Kapitola 8 – Metabolismus cholesterolu; ikosanoidy 18
My se budeme zabývat pouze leukotrieny vzniklými z kyseliny arachidonové (která má 4 dvojné
vazby), protože všechny názvy vzniklých leukotrienů ponesou index 4 (např. LTA4). Bude-li ve
vzniklé molekula jedna –OH skupina (poloha 5), užijeme písmenko A, budou-li dvě (polohy 5 a
12), užijeme písmenko B.
Syntéza leukotrienů:
Syntéza leukotrienů začíná od polynenasycené PUFA (uvolněné z fosfolipidu výše popsaným
způsobem). Na PUFA následně působí enzym lipoxygenasa, která nejprve vytvoří peroxid, který
se následně zacyklí v endoperoxid, přičemž spolu s cyklizací dochází k přesunu dvojných vazeb a
vzniku konjugovaného systému. Tak vznikne endoperoxid LTA4, který je prekurzorem všech
ostatních leukotrienů odvozených od kyseliny arachidonové8
.
Z LTA4 následně vznikají další leukotrieny:
Jelikož jsou leukotrieny spojeny se vznikem zánětu, existuje skupina léků zvaná antileukotrieny,
které obsazují leukotrienové receptory a tím inhibují jejich funkci.
8
Písmenko A v názvu tentokrát naznačuje přítomnost jednoho atomu kyslíku (který by poskytl jednu –OH
skupinu hydrogenací)
© JN 2009 Kapitola 8 – Metabolismus cholesterolu; ikosanoidy 19
Na závěr kapitoly malé shrnutí metabolismu ikosanoidů: