Холестерин в химии

Холестерин или холестерол – это стероид, характерный только для животных организмов. Относится к классу стеринов (стерилов). Для стеринов характерно наличие гидроксильной группы в положении 3, а также боковой цепи в положении 17. У холестерина – все кольца находятся в транс-положении; кроме того, он имеет двойную связь между 5-м и 6-м углеродными атомами. Следовательно, холестерин является ненасыщенным спиртом:

Холестерин не растворим в воде, поэтому в организме его нельзя встретить в одиночестве, он передвигается с помощью различных белков. Комплексы, получающиеся в результате такого соединения, называются липопротеинами. Они имеют сферическую форму – внутри находится холестериновый эфир и триглицериды, а оболочка состоит из белка[3].

инсульт мозга

Холестерин: история, строение и свойства

Холестери́н (др.-греч. χολή — желчь и στερεός — твёрдый) — органическое соединение, природный жирный (липофильный) спирт, содержащийся в клеточных мембранах всех живых организмов, за исключением грибов и безъядерных (прокариоты).

В 1991 году американский медицинский журнал «The New England Journal of Medicine» опубликовал статью профессора Фреда Керна, авторитетного в США специалиста по гастроэнтерологии. Называлась она «Нормальный уровень холестерина в плазме крови у 88-летнего мужчины, который съедает 25 яиц в день». Главный герой этой статьи съедал ежедневно по 25 яиц на протяжение 15 лет. То есть ежедневно он потреблял холестерина в 20 раз больше рекомендуемых количеств и при этом был совершенно здоров. Содержание холестерина в его крови было в пределах нормы.

Формула и строение холестерина

Холестерин относится к группе стероидов. Является одним из главных стероидов в макроорганизме человека, определяет активность обмена липидов. По своей структуре это твердое кристаллическое бесцветное вещество, не растворяющееся в воде. Лабораторной единицей измерения в периферической крови является ммоль/л.

Он нужен каждому организму – биологическая роль холестерина – для нормального осуществления многочисленных обменных процессов, например, синтеза половых гормонов. А, кроме того, большая часть его продуцирует наша собственная печень, и лишь небольшое количество поступает вместе с пищей, в том числе и с яичными желтками. Тот ХС, который обнаруживается в сыворотке крови, представляет собой сложные эфиры с высшими жирными кислотами и выполняет транспортные функции. Почти все животные и организмы других классов, кроме акул, моллюсков, кольчатый червей и бактерий, синтезирую холестерол самостоятельно из вещества под названием сквален. Его незаменимая биохимическая функция – это преобразование в гормон прогестерон в надпочечниках, плаценте, семенниках и желтом теле, который стимулирует биосинтез кортикостероидов и стероидных половых гормонов.

Существует несколько видов аполипопротеидов, различающихся молекулярной массой, степенью сродства к холестерину и степенью растворимости комплексного соединения с холестерином (склонностью к выпадению кристаллов холестерина в осадок и к формированию атеросклеротических бляшек). Различают следующие группы: высокомолекулярные (HDL, ЛПВП, липопротеиды высокой плотности) и низкомолекулярные (LDL, ЛПНП, липопротеиды низкой плотности), а также очень низкомолекулярные (VLDL, ЛПОНП, липопротеиды очень низкой плотности) и хиломикрон.

Жирные сорта рыбы и морепродукты, а так же льняное, конопляное и соевое масла, грецкие орехи -- источник полиненасыщенных жирных кислот Омега-3. Организм не может их синтезировать самостоятельно, они должны поступать с пищей. При недостатке этих кислот в питании атеросклеротические бляшки. На стенках сосудов образуются с удвоенной скоростью.

В группу риска по гиперхолестеринемии входят лица мужского пола, мужчины старше 45 лет; люди, страдающие ожирением[5].

К факторам, снижающим уровень «плохого» холестерина, относятся физкультура, спорт и вообще регулярная физическая активность, отказ от курения и употребления алкоголя, еда, содержащая мало насыщенных животных жиров и легкоусваиваемых углеводов, но богатая клетчаткой, полиненасыщенными жирными кислотами, липотропными факторами (метионином, холином, лецитином), витаминами и микроэлементами.

Биохимия назначается в том случае, когда имеется подозрение на наличие патологий в организме, вызванных увеличением уровня холестерина.

В настоящее время установлена следующая цепь биосинтеза холестерина (основа биосинтеза и других стероидов), включающая в себя несколько ступеней.

канд. хим. наук, доцент, Терах Е.И.

Список литературы……………………………………………………………14

Бабаха Вероника Александровна

Холестерин образует комплексы с некоторыми белками, особенно с теми, молекулы которых содержат большое количество остатков аргинина (см.) и лизина (см.). В присутствии фосфолипидов способность холестерина образовывать комплексы с белками возрастает. С некоторыми фосфолипидами, например, с лецитином (см.), холестерин непосредственно образует комплексы, которые в водной среде дают мицеллярные растворы; при обработке таких растворов ультразвуком получаются липосомы. Характерно, что в животном организме всюду, где встречается холестерин, ему сопутствуют фосфолипиды. Эфиры холестерина находятся внутри клетки и могут рассматриваться как его запасная форма. Их гидролиз по мере надобности осуществляется при участии лизосомной холестеринэстеразы (см.).

Холестерол, с точки зрения биохимии, — это органический липофильный спирт, который не растворяется в воде. Рассмотрим, чем характерна химическая формула холестерина и какие особенности и стадии выделяют в процессе его биосинтеза.

Биохимия холестерина

где X — концентрация холестерина, Х*ЛПВП — концентрация холестерина липопротеидов высокой плотности. Это отношение является идеальным у новорожденных (не более 1), у лиц 20—30 лет его величина колеблется от 2 до 2,8, у лиц старше 30 лет без клинических признаков атеросклероза она находится в пределах 3—3,5, а у лиц с ишемической болезнью сердца превышает 4, достигая нередко 5—6 и выше. Этот коэффициент как показатель развития атеросклероза является более чувствительным, чем холестерин-лецитиновый показатель (отношение концентрации холестерина к концентрации лецитина в плазме крови), который одно время широко применялся в клинике.

В среднем, до 80% холестерина синтезируется в организме здорового человека, ещё примерно 20% попадают с пищей. Холестерина в теле человека должно быть столько, сколько задумано природой: недостаток этого вещества не менее вреден, чем избыток. Холестерин нужен для нормальной работы всей нервной системы, он участвует в синтезе гормонов – эстрогена и тестостерона, а также кортизола, и витамина D.

В теле взрослого человека, по данным химического анализа, находится около 140 г холестерина (примерно 0,2% веса тела); по данным радио-изотопных исследований, содержание холестерина значительно выше (200—350 г). В отдельных органах и тканях человека содержатся следующие количества холестерина (в мг на 1 г сырой ткани): кора надпочечников — 100; мозг и нервная ткань — 20; сосудистая стенка — 5; печень, почки, селезенка, костный мозг, кожа — 3; соединительная ткань — 2; скелетная мышца — 1. Неэтерифицированный холестерин преимущественно входит в состав клеточных мембран и в миелиновые оболочки. Ткани мозга, желчь и эритроциты содержат только неэтерифицированный холестерин; в скелетных мышцах содержится 93% неэтерифицированного и 7% этерифицированного холестерина, а надпочечники, напротив, содержат 83% этерифицированного и 17% неэтерифицированного холестерина. В плазме крови человека примерно две трети холестерина этерифицировано.

Строение холестерина…………………………………………………………4

Свободный холестерин – компонент всех клеточных мембран и та основная форма, в которой холестерин присутствует в большинстве тканей. Исключение представляют кора надпочечников, плазма и атероматозные бляшки, где преобладают эфиры холестерина.

– процесс, лежащий в основе большинства заболеваний системы кровообращения (

Однако холестерин в крови – по крайней мере, когда он находится в норме, — ничем не заслужил такую репутацию.

Особое же внимание к холестерину было привлечено, когда обнаружилось, что большая часть населения в той или иной степени больна атеросклерозом (поражением сосудов в результате отложения в них холестерина).

Холестерин используется для синтеза холевой кислоты в печени даже в большем количестве, чем для образования клеточных мембран. Более 80% холестерина превращается в холевую кислоту. Ее синтез наряду с использованием некоторых других веществ, приводит к образованию солей желчных кислот, которые обеспечивают переваривание и всасывание жиров.

также некоторые эндокринные нарушения — сахарный диабет, гиперсекреция инсулина, гиперсекреция гормонов коры надпочечников, недостаточность гормонов щитовидной железы, половых гормонов.

Влияющие факторы

Завышение результатов при колориметрических методах исследования происходит при высоком содержании в пробе билирубина, гемоглобина, витамина A; при ферментативном методе — оксикортикостероидов и применении антикоагулянтов (фторидов, оксалатов).

Существенное повышение содержания холестерина отмечается при гиперлипопротеинемии IIa типа (семейная гиперхолестеринемия), IIb и III типа (полигенная гиперхолестеринемия, семейная комбинированная гиперлипидемия), умеренное повышение наблюдается при гиперлипопротеинемии I, IV, V типа, а также заболеваниях печени (внутри‑ и внепеченочный холестаз), заболеваниях почек, злокачественных опухолях поджелудочной железы, гипотиреозе, заболеваниях сердечно‑сосудистой системы, беременности, сахарном диабете.

Гиперхолестеринемия

Связь повышенного уровня холестерина и атеросклероза неоднозначна: с одной стороны увеличение содержания холестерина в плазме крови считается бесспорным фактором риска атеросклероза, с другой стороны атеросклероз часто развивается у людей с нормальным уровнем холестерина. В действительности высокий уровень холестерина является лишь одним из многочисленных факторов риска атеросклероза (ожирение, курение, диабет, гипертония). Наличие этих факторов у людей с нормальным уровнем холестерина делает возможным вредное воздействие свободного холестерина на стенки сосудов, и тем самым приводит к образованию атеросклероза при более низких концентрациях холестерина в крови.

При исследовании уровня холестерина, оценивают количественный состав молекул, имеющих низкую плотность (вредный холестерин) и молекул с высокой плотностью (полезный холестерин). В первом случае показатель должен быть меньше, так как вредоносный холестерин и есть основной причиной развития заболеваний сосудистой системы, так как молекулы с низкой плотностью не способны выводится из организма, частично оседая на внутренние стенки сосудов. Холестерин с высокой плотностью достаточно легко образует осадок, который выводится вместе с желчью из организма.

Хороший и плохой

Как мы уже отметили выше, существует два типа холестерина: «твёрдый» (хороший) и «мягкий» (плохой). Они отличаются строением молекулы, но главное отличие в том, что плохой холестерин более крупный, он может откладываться в виде осадка на внутренних стенках сосудов, закупоривая их. Очевидно, что последствия полного перекрытия артерии могут быть смертельными.

История открытия. В 1769 году Пулетье де ла Сальполучил изжелчных камнейплотное белое вещество («жировоск»), обладавшее свойствамижиров. В чистом виде холестерин был выделен химиком, членом национального Конвента и министром просвещенияАнтуаном Фуркруав 1789 году. В 1815 годуМишель Шеврёль, тоже выделивший это соединение, назвал его холестерином («холе» — желчь, «стерин» — жирный). В 1859 годуМарселен Бертлодоказал, что холестерин принадлежит к классу спиртов, после чего французы переименовали холестерин в «холестерол». В ряде языков (русском, немецком, венгерском и др.) сохранилось старое название — холестерин.

2. Образование изопентенилдифосфата. Мевалонат за счет декарбоксилирования с потреблением АТФ превращается в изопентенилдифосфат, который и является тем структурным элементом, из которого строятся все изопреноиды.

В данных превращениях важную роль играет лецитин – он присоединяется к молекуле холестерина и под действием фермента лецитин-холестерол-ацил-трансферазы образует эфиры лизолейцин и холестерид. Таким образом, реакция эстерификации – это процесс, направленный на снижение количество свободного холестерола в кровотоке. Полученные эфиры тропны к «хорошим» липопротеидов высокой плотности и легко к ним присоединяются. Образование эфиров холестерина – часть защитного антиатеросклеротического механизма.

Биологическая роль……………………………………………………………5

  1. Титрометрические.
  2. Гравиметрические.
  3. Нефелометрические.
  4. Тонкослойная и газожидкостная хроматография.
  5. Полярографические методы, позволяют определять общий и свободный холестерин в присутствии ферментов холестеролоксидаз и холестеролэстераз.
  6. Флюориметрия по реакции с о‑фталевым альдегидом и другими реактивами.
  7. Ферментативные методы — определение протекает в одной пробирке, но в несколько этапов: ферментативный гидролиз эфиров холестерина, окисление холестерина кислородом воздуха с образованием холест‑4‑ен‑3‑ола и перекиси водорода. В качестве ферментов применяются холестеролоксидаза, холестеролэстераза, пероксидаза, каталаза. Ход реакции можно регистрировать:

Все эти методы весьма специфичны и хорошо воспроизводимы.

Стоит помнить, что высокий уровень плохого холестерина может привести к атеросклерозу – заболеванию, начальные стадии которого протекают незаметно и безболезненно. При этом хороший холестерин препятствует образованию атеросклеротических бляшек в сосудах.

тромбоз

В 1859 году Марселен Бертло доказал, что холестерин принадлежит к классу спиртов и, следовательно, в соответствии с химической номенклатурой, его следует называть холестеролом. На Западе его так и называют.

Французский парадокс! У жителей Франции, традиционно потребляющих жирную, богатую холестерином пищу, значительно реже, чем у других европейцев, наблюдаются сердечно-сосудистые заболевания. Причиной этого считается умеренное потребление красных сухих вин.

Химическая активность холестерина обусловлена лёгкостью отщепления от его молекулы гидроксильной группы и замещением её другой молекулой или атомом, или аналогичными процессами, происходящими с углеводородным радикалом. Замещаться они могут как атомами минералов, так и молекулами неорганических и органических веществ самого разнообразного состава и сложности. При определённых реакциях из холестерина образуется, например, эстрон – один из важных эстрогенов. Но об этом – чуть ниже.

Человеческий организм вырабатывает холестерин самостоятельно и получает его с пищей – мясом, рыбой, яйцами и молоком. Синтез холестерина происходит главным образом в печени, хотя значительные его количества образуются в надпочечниках, коже, стенках кишечника и других органах.

В кукурузном масле, семечках тыквы и подсолнечника содержатся полиненасыщенные жиры. Они не засоряют артерии вредными отложениями. От них тоже можно не отказываться, но и не усердствовать с их избытком.

Холестерин в составе клеточной плазматической мембраны играет роль модификатора бислоя, придавая ему определённую жёсткость за счёт увеличения плотности «упаковки» молекул фосфолипидов. Таким образом, холестерин -- стабилизатор текучести плазматической мембраны.

Гиперхолестеринемия чаще выявляется случайно, при лабораторных методах обследования, таких как биохимический анализ крови. В норме показатель холестерина в крови у женщин 1,92-4,51 ммоль/л; у мужчин 2,25-4,82 ммоль/л. Согласно официальным рекомендация Всемирной Организации Здравоохранения «нормальные» значения жировых фракций в крови должный быть таковы:

Другой причиной повышения уровня холестерина являются вредные привычки в их сочетании: малоподвижный образ жизни, пристрастие к алкоголю и курение. При этом в крови становится слишком много холестерина, который вырабатывает сам организм. Стрессы, негативные эмоции и другие факторы становятся причиной повышения в крови «гормона стресса» – кортизола. Вслед за этим поведение человека в попытке повысить настроение чаще всего приводит снова к вредным привычкам и перееданию нездоровой пищи – уровень холестерина снова повышается.

Синтез холестерина начинается с ацетил-КоА. Биосинтез холестерина можно разделить на четыре этапа. На первом этапе (1) из трех молекул ацетил-КоА образуется мевалонат (С6). На втором этапе (2) мевалонат превращается в «активный изопрен», изопентенилдифосфат. На третьем этапе (3) шесть молекул изопрена полимеризуются с образованием сквалена (С30). Наконец, сквален циклизуется с отщеплением трех атомов углерода и превращается в холестерин (4). На схеме представлены только наиболее важные промежуточные продукты биосинтеза.

Химическая формула холестерин в крови

Холестерин (для удобства далее Х) – является органическим соединением, которое относится к группе стеринов. Для человека это один из самых важных стероидов, впервые он был выделен в твердом виде из желчных камней. Х представляет собой кристаллы без цвета, температура плавления которых составляет 149 градусов по Цельсию, они не растворяются в воде, но растворяются в органических растворителях неполярного типа. Более того, считалось что холестерин в организме человека – вещество вредное, от которого непременно нужно избавляться.

Вредное воздействие холестерина

В 1999 году в США было зафиксировано около 530 000 смертей по причине сердечно-сосудистых заболеваний, из которых в половине случаев – как не исключают медики, — виновен был именно высокий холестерол. К патологиям сердца, ведущим к летальному исходу, приводило именно повышение ЛПНП и понижение ЛПВП.

Введение................................................................................................................3

И напоследок три простых совета:

Одна из основных особенностей молекулы холестерола – способность связываться с другими соединениями, образовывая комплексы молекул. Такими соединениями могут быть кислоты, амины, протеины, холекальциферол (предшественник витамина Д3), соли и прочие. Данное свойство обусловлено характерным строением молекулы холестерола и его высокой активностью в процессах биохимии.

Образование молекулы холестерола

Гиперхолестеринемия– повышение уровня холестерина в крови. Является основным фактором риска развития атеросклероза. Так же может стать причиной таких заболеваний как ишемическая болезнь сердца, диабет, желчнокаменная болезнь, ожирение.

Из организма животных холестерин выводится главным образом с экскрементами (в виде копростерина). В фармацевтической промышленности Х. служит исходным сырьём для получения многих стероидных препаратов. Основной источник Х. — спинной мозгСпинной мозг — отдел центральной нервной системы, расположенный в позвоночном канале, участвует в осуществлении большинства рефлексов. У человека состоит из 31—33 сегментов, каждый из которых имеет 2 пары нервных корешков: передние — так называемые двигательные, по которым импульсы из клеток спинного мозга передаются на периферию (к скелетным мышцам, мышцам сосудов, внутренним органам) и задние — так называемые чувствительные, по которым импульсы от рецепторов кожи, мышц, внутренних органов передаются в спинной мозг. Передний и задний корешки, соединяясь между собой, образуют смешанные спинномозговые нервы. Наиболее сложные рефлектйрпые реакции спинного мозга управляются головным мозгом. убойного рогатого скота. (Э. П. Серебряков)