немного обо всем, или все о немногом

Почему холестерин?

Стероидами называют группу биологически важных природных соединений, содержащих систему из четырех колец:

Кольца обозначают буквами А, В, С, D и атомы углерода нумеруют от 1 до 17.
Холестерин – основной стерин высших животных, однако присутствует практически во всех живых организмах, а стерины представляют собой алициклические спирты, относящиеся к классу стероидов.
Холестерин – белое, нерастворимое в воде, воскоподобное вещество, содержащееся в плазме крови и во всех живых тканях. Можно выделить два направления его использования человеческим организмом:
1) Холестерин является важной составной частью биологических мембран. В теле здорового взрослого человека содержится примерно 140 г холестерина, около 120 г которого приходится на клеточные мембраны. Так, мембраны центральной и периферической нервных систем содержат 10% холестерина по массе.
2) Холестерин является исходным веществом (первичным стероидом), из которого синтезируются половые гормоны, адренокортикоидные гормоны, желчные кислоты и витамин D. Например, адренокортикоидные гормоны регулируют усвоение организмом углеводов, уменьшают воспалительные процессы, вовлекаются в процессы, вызванные стрессом. Другая их разновидность – минералокортикоидные гормоны. Они регулируют объем и давление крови, стимулируют адсорбцию почками ионов Na⁺, Сl^– и .
Холестерин нерастворим в плазме крови, он транспортируется в виде комплекса с липопротеинами. Эти белки перемещают холестерин от места его синтеза в печени к различным тканям и клеткам организма, где он необходим и используется.
Биосинтез стероидов начинается с построения изопентильной цепи (изопреновой единицы) путем конденсации трех молекул ацетилкоэнзима и последующего декарбоксилирования. Дальнейшее удлинение углеродного скелета протекает через образование геранильного звена (монотерпен С₁₀), фарнезола (полуторатерпен С₁₅) и сквалена (тритерпен С₃₀). Напомним, что терпены – это углеводороды, углеродный скелет которых можно рассматривать как состоящий из двух или более единиц, идентичных углеродному скелету изопрена.
Сквален – углеводород класса полиенов с 24 атомами углерода в главной цепи. У него шесть двойных связей в положениях 2, 6, 10, 14, 18, 22 и шесть метильных заместителей в положениях 2, 6, 10, 15, 19, 23. Для превращения сквалена в ланостерин – предшественник холестерина – требуется четыре согласованных процесса циклизации с образованием тетрациклической стероидной системы.
Превращение ланостерина в холестерин удивительно по сложности. Отщепление метильных групп от углеводородных колец – недостижимая пока реакция для химиков-органиков. Даже живому организму требуется большое число стадий в присутствии специфических энзимов для этого превращения.
Зачем природе такие хлопоты? Для осмысления этого вопроса естественно предположить, что организму выгодно содержать в своем составе холестерин, а не ланостерин или другие стероидные спирты. Какие функции организма улучшаются при замене ланостерина холестерином?

Американский биохимик Конрад Блох (Нобелевская премия по медицине и физиологии, 1964 г.) нашел, что свойства искусственных мембран (приготовленных в качестве заменителей клеточных мембран), такие, как гибкость и проницаемость, сильно зависят от добавок различных стеринов. Мембраны с ланостерином в наименьшей мере жесткие. Небольшие молекулы, например глюкоза, легко проходят через ланостеринсодержащие мембраны.
Порядок биологического деметилирования ланостерина следующий: сначала отщепляется метильная группа при С-14, затем -метил при С-4 и, наконец, -метил при С-4. Блох установил, что в результате удаления каждой метильной группы из ланостерина образующаяся мембрана становится все более жесткой и менее проницаемой. Если удалить метильные группы при С-10 и С-13 холестерина, образующийся стерин снова становится менее жестким и проницаемость мембран увеличивается.
На основании результатов этих исследований Блох считает, что холестерин является молекулой, отобранной в ходе эволюционного развития для обеспечения эффективности мембранной функции.
По-видимому, для понимания функции биомолекулы недостаточно просто определить ее строение. Необходимо также изучить межмолекулярные взаимодействия с ее клеточным окружением.

ЛИТЕРАТУРА

Brown W.H. Organic Chemistry. Fort Worth.: Saunders College Publishing, 1995, p. 1006–1020.

Сокр. пер. с англ.
А.Д.МИКИТЮКА