1. Synteza związków izoprenowych do izopentenylu, regulacja

Dwie cząsteczki acetylo-CoA reagują ze sobą w reakcji katalizowanej przez enzym tiolazę cytozolową. W rezultacie powstaje acetoacetylo-CoA i wolny koenzym A.

Acetoacetylo-CoA kondensuje z kolejną cząsteczką acetylo-CoA. Tym razem funkcję katalizatora pełni syntaza HMG-CoA. Kolejny wolny koenzym A ulega odszczepieniu, głównym produktem reakcji jest zaś 3-hydroksy-3-metyloglutarylo-CoA (β-hydroksy-β-metyloglutarylo-CoA, w skrócie HMG-CoA)

3-hydroksy-3-metyloglutarylo-CoA ulega redukcji, dzięki czemu odłącza się ostatnia, trzecia cząsteczka koenzymu A. Równoważników redukcyjnych (atomów wodoru) dostarcza NADPH, czyli zredukowana postać fosforanu dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego. Utlenia się ona do NADP⁺. Proces katalizuje reduktaza HMG-CoA. W jego efekcie powstaje mewalonian. Mewalonian posiada 6 atomów węgla, powstał bowiem z 3 reszt acetylowych. Aby powstał izopentenyl potrzebne jest odszczepienie jednego atomu węgla. Wbrew pozorom jest to bardzo kosztowne energetycznie, a zachodzi dzięki trzem działającym po sobie kinazom. Jako pierwsza bierze w tym udział kinaza mewalonianowa, fosforylując substrat przy piątym atomie węgla – powstaje 5-fosforan mewalonianu, który zostaje ufosforylowany po raz wtóry przez kinazę fosfomewalonianową, która z kolei czyni z niego 5-difosforan mewalonianu. Ten zaś ulega trzeciemu, ostatniemu już przeniesieniu grupy ortofosforanowej, dzięki czemu utworzeniu ulega 3-fosfo-5-difosforan mewalonianu. Dzieje się to dzięki kinazie difosfomewalonianowej. Fosforylacje te zużyły trzy cząsteczki ATP, czyniąc z nich 3ADP

Utworzony tym sposobem 3-fosfo-5-difosforan mewalonianu ulega dekarboksylacji, oprócz dwutlenku węgla odłączając także jedną z grup fosforanowych. W efekcie powstaje więc difosforan izopentenylu zwany także izopentenylodifosforanem. Przejście to przeprowadza dekarboksylaza difosfomewalonianowa.

REGULACJA:

Punktem, w którym następuje regulacja tego procesu, jest redukcja HMG-CoA do mewalonianu przez enzym reduktazę HMG-CoA.  Enzym ten może być hamowany przez mewalonian i przez cholesterol. Stwierdzono, że  podanie insuliny lub hormonu tarczycy powoduje zwiększenie aktywności reduktazy HMG-CoA, natomiast podanie glukagonu i glukokortykosteroidów indukuje zmniejszenie jej aktywności. Ponadto reduktaza HMG-CoA może występować zarówno w formie aktywnej, jak i nieaktywnej. Formy te mogą odwracalnie przechodzić jedna w drugą w mechanizmie fosforylacji – defosforylacji. Niektóre z tych mechanizmów mogą być zależne od poziomu cAMP i przez to wrażliwe na glukagon.

Farmakologicznie można zinhibować szlak za pomocą statyn. Leki te działają przez hamowanie enzymu reduktazy 3-hydroksy-3-metylo-glutarylokoenzymu A (HMG-CoA). Statyny są wybiórczymi, kompetycyjnymi i odwracalnymi inhibitorami reduktazy 3-hydroksy-3-metylo-glutarylo-koenzymu A. Hamują konwersję HMG-CoA do prekursora steroli, mewalonianu, i w efekcie zmniejszają syntezę cholesterolu w hepatocytach.

W lecznictwie stosowane jest 7 leków z grupy statyn. Stosuje się podział statyn na 2 grupy:

• statyny typu I (statyny naturalne), produkowane drogą mikrobiologicznej modyfikacji z różnych szczepów grzybów

  • lowastatyna, simwastatyna, prawastatyna

• statyny typu II (analogi syntetyczne)

  • atorwastyna, fluwastatyna, rosuwastatyna, pitawastatyna

Szczegółowy schemat w Harperze 2006, na stronie 284-5

2. Zwiazki izoprenoidowe (terpeny) - synteza, znaczenie produktów.

a) funkcje w komórkach

b) punkty uchwytu leków, do syntezy, których związków służą, farmakologia

Izoprenoidy i ich pochodne –steroidy, są zespołami strukturalnie różnorodnych, hydrofobowych związków nierozpuszczalnych w wodzie, za to rozpuszczalnych w tłuszczach i rozpuszczalnikach organicznych. Zwykle są ekstrahowane z tkanek wraz z lipidami, ale stanowią tzw frakcję niezmydlających się lipidów. Izoprenoidy stanowią dużą grupę związków szczególnie obficie występujących w roślinach. Należą do nich składniki olejków eterycznych, żywic, pochodne karotenowców, witaminy A, E, K, kauczuk, regulatory wzrostu roślin – cytokininy, gibereliny i kwas abscysynowy.

SYNTEZA: Izoprenoidy pochodzą z aktywnej pięciowęglowej jednostki zwanej pirofosforanem 3,3-dimetyloallilu. Aktywna jednostka pięciowęglowa pochodzi natomiast z kondensacji trzech cząsteczek acetylo-S-CoA z wytworzeniem kolejno, acetylo-S-CoA, 3-hydroksy-3-glutarylo-S-CoA i mewalonianu. Mewalonian, stopniowo fosforylowany (kosztem 3ATP), dekarboksylowany ostatecznie zostaje przekształcony w pirofosforan izopentenylu, który sam nie jest zdolny do wzajemnej kondensacji, dlatego następuje jego izomeryczna przemiana do pirofosforanu 3,3-dimetyloallilu. Kondensacja tych pięciowęglowych jednostek (lub ich wielokrotności) prowadz do powstawania rozgałęzionych, nienasyconych łańcuchów węglowodorowych lub związków cyklicznych, zwanych terpenami, czyli związków zbudowanych z wielokrotnych jednostek izoprenylowych, z ewentualnymi dalszymi ich modyfikacjami.

FUNKCJE W KOMÓRKACH:

- Prenylacja – potranslacyjna modyfikacja białek, polegająca na przyłączeniu do łańcucha polipeptydowego hydrofobowej reszty  geranylowej, farnezylowej lub geranylogeranylowej, co umożliwia zakotwiczenie białka do błon komórkowych. Grupy te łączą się wiązaniami tioeterowymi z grupami –SH reszt cysteinylowych. Grupy prenylowe odgrywają także rolę w interakcjach białko-białko, za pośrednictwem specjalnych domen wiążących grupy prenylowe.

Cholesterol - Jego pochodne występują w błonie każdej komórki zwierzęcej, działając na nią stabilizująco i decydując o wielu jej własnościach. Jest także prekursorem licznych ważnych steroidów takich jak kwasy żółciowe czy hormony steroidowe. Stanowi on także substrat do syntezy witaminy D3.

Skwalen – Jest składnikiem płaszcza lipidowego ludzkiej skóry oraz tłuszczu wątroby rekina; Jest metabolicznym prekursorem cholesterolu i innych steroli.

Opisano szereg właściwości prozdrowotnych skwalenu. Ma on działanie chemoprewencyjne, przeciwbakteryjne, przeciwgrzybiczne. Stwierdzono, iż może mieć istotny wpływ na przeciwdziałanie chorobie niedokrwiennej serca i opóźnienie procesów starzenia. Skwalen ma również zdolność do wiązania wolnych rodników tlenu, przez co m.in. przeciwdziała zaburzeniom pracy mitochondriów w wątrobie.

Dolichol – powstaje przez dołączenie do pirofosforanu farnezylu kolejnych (16) reszt izopentenylodifosforanu. Jest on najdłuższym, oprócz gumy, naturalnie występującym węglowodorem. Uczestniczy on w syntezie glikoprotein, przenosząc reszty oligosacharydowe na reszty asparaginowe łańcucha polipeptydowego.

Ubichinon – powstaje podobnie jak dolichol, jednak dołączanych jest mniej (3-7) reszt izopentenylodifosforanu. Nazwą ubichinon określa się grupę związków różniących się długością bocznego łańcucha izoprenoidowego. W ludzkich mitochondriach najpowszechniej występuje ubichinon Q10, w którym łańcuch boczny zbudowany jest z 10 jednostek izoprenowych.  Jest odpowiedzialny za przenoszenie elektronów w łańcuchu oddechowym.

FARMAKOLOGIA:

Statyny − grupa leków stosowanych w celu obniżenia poziomu cholesterolu we krwi.
Leki te działają przez hamowanie enzymu reduktazy 3-hydroksy-3-metylo-glutarylokoenzymu A (HMG-CoA). Statyny są wybiórczymi, kompetycyjnymi i odwracalnymi inhibitorami reduktazy 3-hydroksy-3-metylo-glutarylo-koenzymu A. Hamują konwersję HMG-CoA do prekursora steroli, mewalonianu, i w efekcie zmniejszają syntezę cholesterolu w hepatocytach.

W lecznictwie stosowane jest 7 leków z grupy statyn. Stosuje się podział statyn na 2 grupy:

• statyny typu I (statyny naturalne), produkowane drogą mikrobiologicznej modyfikacji z różnych szczepów grzybów

  • lowastatyna, simwastatyna, prawastatyna

• statyny typu II (analogi syntetyczne)

  • atorwastyna, fluwastatyna, rosuwastatyna, pitawastatyna