Biochemie
Cholesterin ist ein unentbehrliches Lipid für alle tierischen und menschlichen Zellen, in der Pflanzenwelt kommt es hingegen nicht vor. Cholesterin ist als Cholesterinester zwischen den Fettsäureketten eingelagert, welche die Lipiddoppelschicht der zellulären Membranen bildet. Das mengenverhältnis von Cholesterinester zu Diglyceriden ist variabel, kann aber bis 50% betragen.
Cholesterinester vermindern die Fluidität der Plasmamembran, so dass es für kleine, wasserlösliche Substanzen schwerer ist, in die Zelle zu gelangen, somit stabilisieren sie die Zelle. Bakterien enthalten kein Cholesterin: die Zellwand dient hier als Stabilisator für die Zellmembran. (1)
Cholesterin ist aber auch Ausgangssubstanz für die Biosynthese sämtlicher Steroidhormone (Glucocorticoide, Mineralocorticoide, Sexualhormone) und der Gallensäuren sowie des Vitamins D.
Der Organismus synthetisiert etwa 80 % des benötigten Cholesterins selbst, während der Rest aus der Nahrung stammt. Fast jede Zelle ist zur Cholesterinsynthese fähig; Hauptsyntheseort ist jedoch die Leber.
Strukturformel:
Die Hydroxylgruppe bei C3 (links unten) ist bei etwa zwei Dritteln der Cholesterinmolekülen im Plasma mit einer Fettsäure verestert: Cholesterinester.
Cholesterin und Cholesterinester sind schlecht wasserlöslich. Für den Transport im Plasma werden sie deshalb zusammen mit Triglyceriden und Apolipoproteinen in kugelförmige Partikel, die Lipoproteine, "verpackt". Nach der Dichte, Grösse und Zusammensetzung teilt man die Lipoproteine im Plasma ein in:
- Chylomikronen: (Dichte < 1.0 g/mL) diese sind die leichtesten und grössten Partikel. Sie sind beim Gesunden nur nach einer Mahlzeit nachweisbar.
- VLDL (very low density lipoproteins, Dichte < 1.006 g/mL): diese Lipoproteine enthalten neben Triglyceriden nur wenig Cholesterin. Sie bestehen zu etwa 10 % aus Protein: Apolipoproteine B,C und E. VLDL werden in der Leber synthetisiert.
- LDL (low density lipoproteins, DIchte 1.02 - 1.063 g/mL)): diese entstehen in der Peripherie, durch Umwandlung der VLDL beim Kontakt mit Körperzellen v.a. Endothelzellen werden Lipide ausgetauscht. Sie enthalten etwa 75 % Cholesterin, ferner Triglyceride und die Apolipoproteine B und E. Das Cholesterin der LDL gilt als "schlechtes Cholesterin", weil seine Funktion darin besteht Cholesterin zu den Zellen zu bringen. Für die Zellen ist Cholesterin lebensnotwendig. Nur in einer Überflussgesellschaft ist das LDL "schlecht", bei Anorexiker/innen ist das LDL das "gute".
- HDL (high density lipoproteins Dichte: 1.063 - 1.125 g/mL): dies sind die kleinsten und dichtesten Partikel. Sie bestehen etwa zur Hälfte aus Cholesterin, ferner enthalten sie Phospholipide und die Apolipoproteine A, C, D und E. Syntheseort ist die Leber.HDL wird als "gutes Cholesterin" bezeichnet, da es vor Atherosklerose schützt, weil es an den Gefässwänden abgelagerte Cholesterin-Plaques abtransportieren kann. Bei Anorexiker/innen ist das HDL tief, weil es keinen Sinn machen würde das kostbare Cholesterin noch über die Leber auszuscheiden.
Was geschieht nun mit den Fetten, welche durch die Nahrung aufgenommen werden?
Nach einer fetthaltigen Mahlzeit werden die Triglyderide im Duodenum durch die Gallensäuren emulgiert, d.h. in kleine "Fetttröpfchen" ähnlich den Liposomen, verteilt. Damit sind für die pankreatische Lipase gute Voraussetzungen geschaffen um die Triglyceride in Fettsäuren und Monoglyceride zu spalten. Die Enterozyten nehmen Fettsäuren, Monoglyceride, Cholesterin und auch lipophile Vitamine auf und synthetisieren Chylomikronen, welche in den Chylus (Lymphbahn) abgegeben werden. Ein Teil der aufgenommenen Lipide, insbesondere die kurzkettigen Fettsäuren gelangt über die Pfortader direkt zur Leber.
Chylomikronen enthalten von den Enterozyten synthetisierte Triglyceride, Cholesterin und Cholesterinester, sowie die Apolipoproteine ApoB48, Apo-CII und Apo-E. Die Triglyceride in den Chylomikronen werden schon im Ductus thoracicus durch Lipasen attackiert: Fettsäuren werden frei und die Chylomikronen werden immer kleiner. Körperzellen nehmen die freien Fettsäuren auf und metabolisieren sie für ihren Eigenbedarf (Energie, Zellmembransynthese, Hormonsynthese) oder speichern sie. (Fettzellen, Muskelzellen) Übrig bleiben Chylomikronen-Remnants (Remnant = Rest oder Überbleibsel), ganz kleine Partikel mir nicht verwendetem lipophilem Material und Proteinen. Diese werden von Hepatozyten, welche "Chylomikronen-Remnant- Rezeptoren" besitzen, aufgenommen und eliminiert.
VLDL Partikel dienen der Versorgung der Körperzellen mit Lipiden und mit Cholesterin.
Die Lipide, welche über den Blutkreislauf in die Leber gelangen, werden von den Hepatozyten zu Triglyceriden zusammengefügt und in VLDL Partikel verpackt, gelangen so wiederum in den Blutkreislauf . Die Fettsäuren werden durch Lipoproteinlipasen nach Bedarf abgespaltet und den peripheren Zellen abgegeben. Jede Zelle kann nun die von ihr benötigten Lipide aus den vorbeifliessenden VLDL-Partikel herausnehmen im Tausch gegen nicht mehr benötigte zelluläre Lipide und Cholesterin.
So entstehen wiederum VLDL-Remnants, welche kleiner sind als ursprünglich und IDL (intermediate density lipoproteins) genannt werden. Die Membranhülle der VLDL-Remnants mit den Proteinen Apo-A. Apo-C und Apo-E werden auf HDL übertragen, die innere Remnants von den Hepatozyten aufgenommen und metabolisiert.
LDL-Partikel dienen der Lipidversorgung der Körperzellen.
LDL-Partikel transportieren 80% des Plasma Cholesterins, sie bestehen in ihrem Kern vorwiegend aus Cholesterinester. LDL trägt nur eine Proteinart auf der Oberfläche, das Apo-B100. Die Körperzellen besitzen Apo-B100-Rezeptoren und können LDL binden und anschliessend durch Endozytose aufnehmen. Cholesterin wird freigesetzt und für die Synthese von Steroidhormonen oder für den Aufbau der Zellmembranen verwendet, der LDL-Rezeptor wird rezykliert und wandert wieder zur Zelloberfläche.
Der LDL-Rezeptor wird aufreguliert bei Cholesterinmangel der Zelle, herunterreguliert, wenn der Cholesteringehalt ausreichend ist.
Hepatozyten besitzen ebenfalls Apo-B100- Rezeptoren und binden LDL, nehmen Cholesterin auf, welches dann unverändert oder als Gallensäuren über die Galle in den Darm ausgeschieden wird.
HDL-Partikel dienen dem Rücktransport von Cholesterin zur Leber und senken somit den Cholesterin-Spiegel.
HDL werden in der Leber und der Darmwand hergestellt. Es sind kleine, discoide Partikel, welche aus Apolipoproteine, insbesondere Apo-A1 und Phospholipiden bestehen. Sie nehmen beim Kontakt mit Zellmembranen Cholesterine auf, welche sich in der Membran und im intrazellulären Pool befinden. Cholesterin wird dabei vom Enzym LCAT (Lecithin-Cholesterin-Acyl-Transferase) verestert. Dabei nehmen die Partikel an Volumen zu und runden sich kugelförmig ab. HDL transportiert das "abgeholte" Cholesterin zur Leber und binden an den Apo-E-Rezeptor, wonach es aufgenommen wird, Cholesterin wird dann wiederum durch die Galle ausgeschieden. HDL kann "unterwegs" Cholesterin gegen Phospholipide in den VLDL und LDL austauschen, was eine Rezyklierung von Cholesterin ermöglicht. Dies ist vor allem bei Cholesterin- mangelzuständen wichtig.
Klinik
Bevor die Diagnose einer primären Fettstoffwechselstörung gestellt wird, müssen sekundäre Dyslipoproteinämien ausgeschlossen werden. Ursachen können sein Medikamente, endokrine Erkrankungen (Cushing, Hypothyreose), Sepsis, Diabetes mellitus Typ 2, Anorexie, life-style Faktoren wie Rauchen, Genussmittel, Adipositas, zu wenig Bewegung, nicht balancierte Ernährung, etc.
Von Bedeutung sind die Erhöhungen des Cholesterinspiegels oder des LDL-Cholesterins oder eine Erniedrigung des HDLs. Die Ursachen sind angeborene Störungen des Cholesterinstoffwechsels. In letzter Zeit sind viele Defekte bekanntgeworden, die beispielsweise das Zusammenspiel des LDL und HDL mit ihren jeweiligen Rezeptoren stören. (Beispiele: Familiärer HDL-Mangel =ABCA1-Mangel, Taq1B-Polymorphismus, Apolipoprotein B-100 Defekt, Apo-E Polymorphismus, etc.)
Einige Beispiele:
- Ein Mangel an LDL-Rezeptoren ist die wichtigste Ursache der familiären Hypercholesterinämie.
- Wenn zu wenig LDL-Partikel über LDL-Rezeptoren entsorgt werden können, nehmen Makrophagen sie über "Multiligandrezeptoren" (CD36, LOX) auf. Die Aufnahme von grösseren Mengen LDL-Cholesterin über diesen nicht-regulierten Weg kann zu einer Akkumulation von Cholesterin in Makrophagen und zur Ausbildung von Schaumzellen führen. Dieser Prozess ist ein entscheidender Schritt in der Atherogenese.
- Statine (Medikamente zur Senkung des Cholesterins) hemmen die zelluläre Neusynthese von Cholesterin, so dass die LDL-Rezeptoren vermehrt produziert werden (Aufregulation). Dadurch wird mehr Cholesterin in die Zellen aufgenommen und der Plasmaspiegel sinkt. |
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