Colesterolo

Question 1

Descrivi la sintesi del colesterolo fino al mevalonato

Answer 1

Avviene nel citoplasma. Due molecole di acetil-CoA vengono condensate, con la catalisi di una tiolasi citosolica, in acetoacetil-CoA. Questo viene condensato con acetil-CoA per dare 3-idrossi-3-metilglutaril-CoA (catalisi di una HMG-CoA sintasi citosolica). HMG-CoA viene ridotto in mevalonato dall’enzima HMG-CoA reduttasi (due NADPH vengono ossidati; reazione fortemente riduttiva). Questo è l’enzima master della sintesi: subisce la regolazione e da cui dipende il procedere di tutta la reazione. Infatti, una volta che si forma il mevalonato, la sintesi del colesterolo procede direttamente fino alla fine, senza possibilità di interromperla o di regolarla.

Question 2

Durante la sintesi del colesterolo, in che modo si mantiene la solubilità delle molecole?

Answer 2

Gli intermedi di questa via metabolica sono poco solubili in ambiente acquoso e, procedendo man mano con la reazione, diventano sempre più insolubili. Per ovviare a questo problema, mantenendo tutto in soluzione ed evitando la precipitazione, si aggiungono gruppi fosfato. Questi aggiungono delle cariche elettriche che aumentano la solubilità e gli atomi di ossigeno dei gruppi fosfato permettono alle molecole fosforilate di creare dei legami a idrogeno con l’acqua e di rimanere quindi in soluzione.

Question 3

Descrivi il passaggio da mevalonato a isopentenil pirofosfato che avviene nella sintesi del colesterolo

Answer 3

Il Mevalonato viene fosforilato a Mevalonato-5-fosfato, che viene nuovamente fosforilato a Mevalonato-5-pirofosfato. Questo viene poi decarbossilato e defosforilato a Isopentenil pirofosfato (IPP). Ciascuno di questi tre passaggi richiede consumo di un ATP. A seconda dell’autore, potrebbe anche essere fosforilato per tre volte, poi decarbossilato e infine defosforilato.

Question 4

Descrivi il passaggio da isopentenil pirofosfato a farnesil pirofosfato che avviene nella sintesi del colesterolo

Answer 4

L’isopentenil pirofosfato (IPP) viene isomerizzato (si sposta un doppio legame) in 3,3-dimetilallil pirofosfato (DPP). Il DPP fa una reazione di condensazione con una molecola di IPP, con la liberazione di un pirofosfato, da cui si ottiene una molecola di geranil-pirofosfato (GPP). Questo si addiziona a un’altra molecola di IPP, dando una molecola di farnesil-pirofosfato (FPP). Questa molecola, completamente idrofobica, viene mantenuta in soluzione grazie alla presenza del un gruppo pirofosfato. Il farnesil è una molecola fondamentale, in quanto ha una coda idrofobica che attacca alcune proteine (Rho e Ras, ad esempio) coinvolte nelle vie di trasduzione del segnale.

Question 5

Descrivi il passaggio da farnesil pirofosfato a colesterolo che avviene nella sintesi del colesterolo

Answer 5

Due molecole di farnesil-pirofosfato (FPP) vengono condensate, con l’eliminazione dei pirofosfati di entrambe le molecole. Inoltre, si tratta di una reazione di riduzione (ossidazione di NADPH a NADP+). Dà come prodotto una molecola di squalene. Questo viene ciclizzato e ridotto (con l’ossidazione di NADPH in NADP+): si ottiene il lanosterolo. Il lanosterolo, con qualche modifica alle strutture ad anello (reshaping delle strutture aromatiche) e alla coda, diventa finalmente colesterolo. Il colesterolo neosintetizzato viene immediatamente esterificato, grazie all’enzima ACAT (Cholesterol Acyl-Transferase), che attacca un acil-CoA, formando esteri di colesterolo.

Question 6

Qual è il bilancio energetico della sintesi di una molecola di colesterolo?

Answer 6

Vengono spese 18 molecole di acetil-CoA, 18 molecole di ATP e 16 di NADPH. Normalmente, nel nostro corpo, il fegato ne sintetizza circa 1 grammo al giorno, se non meno; questo valore dipende dalla quantità di il colesterolo esogeno immesso con la dieta (che quindi regola la biosintesi di colesterolo endogeno).

Question 7

Quali sono i principali organi che sintetizzano colesterolo?

Answer 7

• Gli epatociti si occupano sia di sintetizzare il colesterolo (endogeno), sia di assorbire il colesterolo alimentare (esogeno). Successivamente lo impacchettano assieme ad altri lipidi (triacilgliceroli, glicerofosfolipidi, etc…), formando le VLDL (Very Low Density Lipoprotein), per raggiungere tutti gli altri tessuti;
• Gli enterociti possiedono attività biosintetica del colesterolo in scarse condizioni di energia, rappresentando una quota minima della sintesi giornaliera;
• Corteccia surrenale e gonadi: in base alle necessità metaboliche e alla quantità di colesterolo proveniente dal fegato, può avvenire la biosintesi di colesterolo per produrre ormoni steroidei (aldosterone, cortisolo, testosterone, progesterone, etc…);
• Cellule nervose o astrociti.

Question 8

Descrivi la regolazione per modificazione covalente dell’enzima HMG-CoA reduttasi (HMG-CoAR)

Answer 8

In regime insulinico HMG-CoAR verrà defosforilata e conseguentemente attivata. In regime glucagonico both verrà fosforilata/inattivata.

Question 9

Descrivi la regolazione per feedback negativo dell’enzima HMG-CoA Reduttasi

Answer 9

Colesterolo (esogeno ed endogeno) e alcuni intermedi di reazione (lanosterolo e ossisteroli) possono legare le SREBP (Sterol Responsive Element Binding Protein). Queste sono dei recettori nucleari che, se c’è una concentrazione bassa di colesterolo, attivano alcuni fattori di trascrizione delle HMG-CoAR, mentre, se c’è una concentrazione alta
di colesterolo, inattivano la trascrizione.

Question 10

Descrivi la regolazione legata all’emivita dell’enzima HMG-CoA Reduttasi

Answer 10

L’enzima non può perdurare in citosol per più di due ore, garantendone un uso limitato a quando vi è continua trascrizione del suo gene.

Question 11

Cosa sono le statine?

Answer 11

Una categoria di molecole capaci di inibire la HMG-CoAR. Infatti, competono con il substrato per il sito catalitico dell’enzima (operando un’inibizione competitiva, che aumenta la Km). Sono usate in farmaci che permettono di ridurre la quantità di colesterolo prodotta.

Question 12

Per cosa possono essere usati farnesil pirofosfato e geranil pirofosfato?

Answer 12

Questi intermedi della sintesi del colesterolo possono essere usati nella prenilazione delle code idrofobiche delle proteine Ras e Rho, che sono coinvolte nei meccanismi di replicazione e proliferazione cellulare. La prenilazione è una modificazione post-traduzionale che consiste nell’aggiunta di un gruppo lipidico alla proteina neosintetizzata.

Question 13

Cos’è il pregnenolone?

Answer 13

Una molecola che si ricava dal colesterolo e dalla quale si ricava il progesterone. Questo è il precursore dei glucocorticoidi, dell’aldosterone, del cortisolo, degli androgeni e degli estrogeni.

Question 14

Cosa sono acido taurocolico e acido glicocolico?

Answer 14

Sono gli acidi biliari primari, ricavati dall’acido colico, che a sua volta si ottiene dal 7-alpha-idrossicolesterol (questo si ottiene dal colesterolo nella reazione catalizzata dalla 7-alpha-idrossilasi). Gli acidi biliari primari vengono sintetizzati nel fegato, per poi essere accumulati nella cistifellea e rilasciati nell’intestino. In parte vengono smaltiti tramite le feci. In parte vengono riassorbiti e modificati dal microbiota nell’intestino crasso, diventando acidi biliari secondari.