Cholesterinbiosynthese

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 16. April 2024

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Die Cholesterinbiosynthese befähigt die Zellen des Körpers dazu, in 18 Schritten aus einfachen Ausgangsstoffen Cholesterin zu synthetisieren. Diese Biosynthese findet vor allem in der Leber und in den Darmwänden statt. Durch erbliche Stoffwechselkrankheiten wie die Tangier-Krankheit kann die Biosynthese von Cholesterin gestört werden.

Was ist die Cholesterinbiosynthese?

Die Cholesterinbiosynthese befähigt die Zellen des Körpers dazu, in 18 Schritten aus einfachen Ausgangsstoffen Cholesterin zu synthetisieren.

Der menschliche Körper stellt in einem biochemischen Prozess mit 18 verschiedenen Schritten körpereigenes Cholesterin her. Dieser Prozess wird auch als Cholesterinbiosynthese bezeichnet. Der Großteil des Gesamtcholesterins wird vom Körper hergestellt. Nur ein minimaler Bruchteil wird durch die Nahrung aufgenommen.

Bei Cholesterin handelt es sich um ein Lipid, das für viele Körperfunktionen essenziell ist. Bei der steroidhormonellen Synthese ist der Körper zum Beispiel auf Cholesterin angewiesen. Dasselbe gilt für verschiedene Speichervorgänge und für den Bau von Zellmembranen.

Der Stoffwechselweg der Cholesterinbiosynthese befähigt alle Lebewesen mit einem Zellkern dazu, das wichtige Lipid aus einfachen Elementen eigens herzustellen. Die Cholesterinproduktion des Körpers wird nach Bedarf geregelt. Im Cytosol und im endoplasmatischen Retikulum der Zellen geht die Umwandlung der Stoffe vor sich. Transkriptionsfaktoren regulieren die Prozesse und beeinflussen die Biosynthese entweder positiv oder negativ.

Bloch und Lynen erhielten 1964 den Nobelpreis für die Erforschung des Cholesterin-Metabolismus. Auch Popják und Cornforth leisteten in der Erforschung der Cholesterinbiosynthese wichtige Beiträge.

Funktion & Aufgabe

Etwa 700 Milligramm Cholesterin stellt der menschliche Körper Tag für Tag in der Biosynthese her und rund 150 Gramm Cholesterin sind im gesamten Körper verbaut. Große Mengen des Lipids finden sich vor allem im Gehirn und in den Nebennieren. Cholesterin erfüllt in Zellmembranen stabilisierende Funktionen und ist damit eine wichtige Bausubstanz.

Die Cholesterinbiosynthese findet beim Menschen vor allem in der Darmschleimhaut und der Leber statt. Zwar sind viele Zellen des Körpers zur Synthese von Cholesterin in der Lage, aber die Leber produziert dennoch das meiste Cholesterin.

Weil das Cholesterin aus dem Körper durch die Blut-Hirn-Schranke nicht ins Gehirn wandern kann, muss das Gehirn das Cholesterin des zentralen Nervensystems selbst herstellen. Das Cholesterin im Gehirn macht rund 24 Prozent des Gesamtcholesterins aus.

Ausgang der Cholesterinsynthese ist DMAPP, das im Mevalonatstoffwechselweg entsteht. 18 Zwischenstufen machen die Cholesterinbiosynthese aus. Vor der Synthese synthetisiert der Körper Acetyl-CoA. Dieser Prozess verläuft auf dem Mevalonatbiosyntheseweg. Über HMG-CoA wird aus dem Ausgangsstoff Acetyl-CoA Mevalonsäure. Die Endprodukte des Mevalonatbiosynthesewegs sind Dimethylallylpyrophosphat und Isopentylpyrophosphat.

Erst jetzt beginnt die tatsächliche Cholesterinbiosynthese. Die beiden Endprodukte des Meyalonatbiosynthesewegs werden zu Geranylpyrophosphat verbunden. Diese Verbindung wird zu Farnesylpyrophosphat umgewandelt. Jeweils zwei Farnesylpyrophosphate sind an einer Kondensationsreaktion beteiligt und verwandeln sich im Rahmen dieser Reaktion zu Squalen. Daraus werden (S)-2,3-Epoxysqualen hergestellt, die wiederum in Lanosterin umgewandelt werden. Das Lanosterin nimmt an einer Demethylierung teil. So wird es zu 4,4-Dimethyl-5α-cholesta-8,14,24-trien-3β-ol.

Zu diesem Zeitpunkt finden mehrere Oxidationsreaktionen statt, die 14-Demethyllanosterin entstehen lassen. Über Zymosterincarboxylat werden die Endprodukte der Oxidation in Zymosteron umgesetzt. Darauf folgt eine Reduktion des Zymosterons, die Zymosterin ergibt. Über 5α-Cholesta-7,24-dien-3β-ol ergibt sich daraus 7-Dehydrocholesterin. Wenn dieses Produkt hydriert wird, entsteht schließlich Cholesterin.

Krankheiten & Beschwerden

Unter der Bezeichnung der familiären Hypercholesterinämien sind verschiedene Erbkrankheiten bekannt, die den Cholesterinstoffwechselweg betreffen. Unabhängig von der Ernährung liegen bei diesen Störungen stark erhöhte Cholesterinwerte im Plasma vor. Als Folgeerkrankungen können sich schon in frühen Jahren Gefäßerkrankungen und Herzinfarkte einstellen. Die Erkrankung wird durch einen Defekt des Gens verursacht, das für den LDL-Rezeptor codiert. Der LDL-Rezeptor wird wegen dieses Defekts nur unvollständig oder überhaupt nicht ausgebildet. Vor allem der LDL-Wert der Betroffenen ist daher deutlich erhöht. Xanthomen prägen das Krankheitsbild. Dabei handelt es sich um Fettablagerungen in der Haut, in den inneren Organen und im zentralen Nervensystem.

Hypercholesterinämien müssen nicht familiär auftreten, sondern können auch erworben sein. Die erworbenen Formen werden vor allem durch eine Fehlernährung ausgelöst. Diabetes kann dabei als Primärerkrankung vorliegen. Auch Adipositas oder eine chronische Niereninsuffizienz gehen oft mit einem erhöhten Cholesterinspiegel einher.

Zur Behandlung von überdurchschnittlich hohem Cholesterin finden neben Diäten vor allem Medikamente wie CSE-Hemmer Einsatz. Statine können die Cholesterinbiosynthese hemmen. Auf diese Hemmung zielt die Behandlung mit CSE-Hemmern ab. Sie verhindern die HMG-CoA-Reduktase und ermöglichen so eine allgemeine Senkung der Cholesterinkonzentration im Serum. Auf diese Weise kann zum Beispiel die Folgeerkrankung Arteriosklerose verlangsamt werden. Auch cholesterinbedingten Herzinfarkten oder anderen Begleiterkrankungen bei zu hohem Cholesterinspiegel lässt sich durch die CSE-Hemmer vorbeugen.

Hypocholesterinämien sind das Gegenteil von Hypercholesterinämien. Erniedrigtes Serumcholesterin wie es im Rahmen von Hypocholesterinämien vorkommt, hängt in einer Mehrzahl der Fälle mit einer bösartigen Krebserkrankung zusammen. Bei einer karzinombedingten Hypocholesterinämie wird der erniedrigte Cholesterinspiegel meist als Risikofaktor für die Gesamtmortalität bewertet.

Mangelernährung, AIDS oder schwere Infektionen sind weitere Ursachen für stark erniedrigte Cholesterinwerte. Hypocholesterinämien können aber auch im Rahmen einer Erbkrankheit vorkommen. Ein Beispiel für eine solche ist die Tangier-Krankheit. Patienten dieser Erkrankung leiden insbesondere an einer HDL-Hypocholesterinämie.

Quellen

Alberts, B., u. a.: Molekularbiologie der Zelle. 4. Auflage. Wiley-VCH., Weinheim 2003
Lodish et al.: Molekulare Zellbiologie. 4. Auflage, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 2001
Pschyrembel: Klinisches Wörterbuch. 266. Auflage. De Gruyter, Berlin 2015

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