Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Калининградский государственный технический университет»
Курсовая работа
По дисциплине: Химия биологически активных веществ
Тема: Холестерин: строение, биологическая роль. Открытие холестерина в биологическому материале.
Выполнила
Овчинникова А.С
Калининград 2019 г
Оглавление
Введение
1. Основная часть
2. Синтез холестерина
3. Роль холестерина в развитии атеросклероза
4. Биологическая роль холестерина
Заключение
Список литературы
Введение
Холестерин - одно из важнейших веществ , присутствующее в организме человека и животных, а также в тканях растений.
Без холестерина организм не будет обеспечен рядом важнейших функций, таких как липидный обмен, синтез витамина D3, стероидных половых гормонов и желчных кислот.
Без холестерина невозможна нормальная работа жизненно важных органов и систем нашего организма. Он входит в состав клеточных мембран, обеспечивая их прочность и регулируя их проницаемость, а также оказывая влияние на активность мембранных ферментов.
Данная работа является актуальной в настоящее время, так как в ней рассмотрены принципы, помогающие контролировать уровень холестерина и его производных в плазме крови, биологическая роль холестерина в развитии распространенного в нынешнее время заболевания - атеросклероза.
В своей работе в качестве целей я ставлю подробное рассмотрение таких тем, как :
1) Строение холестерина с химической точки зрения
2) Биологическая роль холестерина
3) Синтез холестерина
4) Физико-химические свойства
5) Источники холестерина
6) Роль холестерина в развитии атеросклероза
Для достижения этих целей я использую знания, полученные из курса «Химия биологически активных веществ», также пользуюсь публикациями из Научно-технической библиотеки КГТУ и Калининградской Центральной библиотеки.
Также в моей работе описаны методы количественного и качественного анализа холестерина в лабораторных условиях.
1. Основная часть
Строение холестерина
Это особое воскообразное вещество, которое имеет свое строение, свойства и структурную формулу. Оно относится к стероидам, потому что в его составе обнаружены циклические структуры. Структурная формула холестерина записывается так: С27Н46О.
При окислении гидроксильной группы холестерина образуется кетон холестенон, в котором двойная связь находится в сопряжении с карбонильной группой. Так как гидроксил до окисления не носил характера алкильного гидроксила, то двойная связь холестерина не может находиться в положении С..--С5. С другой стороны, она не может находиться дальше, так как иначе она не могла бы мигрировать с образованием сопряженной системы:
Тем самым устанавливается положение двойной связи. Следует указать, что окисление 1-непредельных спиртов в непредельные кетоны является общей реакцией стероидов, играющей существенную роль в биологических процессах.
Физико-химические свойства
Холестерин (5-холестен-З -в-ол), молекулярная масса - 386,66; жемчужные кристаллы, жирные на ощупь; температура плавления = 149 °С, температура кипения = 300-320 °С (с частичным разложением. Хорошо растворимы в триэтиламине, бензоле, пиридине, амиловом спирте, хуже в петролейном эфире, низших спиртах, ацетоне, диэтиловом эфире, уксусной кислоте; не растворим в воде, но образует с ней коллоидные растворы.
Дает цветные реакции: с хлороформом в серной кислоте - красный цвет слоя с хлороформом и флуоресцирующий зеленый цвет кислотного слоя; с подкисленным раствором хлороформа и уксусным ангидридом -розовое окрашивание, быстро меняющееся в красное, затем синее и, окончательно, в зеленое.
Характерное свойство хлороформа - способность к образованию молекулярных комплексов с кислотами, аминами, углеводами (например с глюкозой - глюкохолестерины), белками, витамином D3.
Гидроксильная группа холестерина легко замещается хлором без инверсии. Так, под действием РС15 или SOC12 хлороформ превращается в холестерилхлорид (формула I), восстановление которого в амиловом спирте приводит к -холестену (II); последний при каталитичическом гидрировании превращается в холестан (III):
Хлороформ образует простые и сложные эфиры с кислотами, в том числе с высшими жирными, входящими в состав клеточных мембран. При окислении СrO3 хлороформ превращается в 4-холестен-3-он, при действии активной окиси марганца - в 4,6-холестадиен-3-он. По двойной связи хлороформ присоединяет С12 с образованием 5б, 6в и 5б, 6б-дихлоридов. Гидрирование хлороформа приводит к 5б - холестан- 3в -ол.
При нагревании холестерина с селеном до 360” образуется 3'-метил-1,9-циклопентенофенантрен (углеводород Дильса), а легилрировапием холестерина на палладированном угле при 500° получается углеводород хризен.
Формы существования и уровень холестерина в плазме крови
Xолестерин присутствует практически во всех живых организмах, включая бактерии и синезеленые водоросли. В тканях животных содержится в свободном виде (например, в тканях нервной системы) или в виде эфиров с высшими жирными кислотами и служит их переносчиком.
Холестерин содержится почти во всех клетках и жидкостях организма животных. Особенно много его в клетках центральной и периферической нервной системы, в кожном сале и в почках. Он участвует в регуляции процессов диффузии и осмоса в клетке и служит источником образования других стероидных соединений в организме. Наибольшее количество холестерина - в мозге, печени, почках, надпочечниках.
Холестерин человека делится на эндогенный ,то синтезируемый печенью, и экзогенный, то есть поступающий в организм изве, а конкретно с хиломикронами.
Хиломикроны представляют собой крупные частицы жировой эмульсии с размером частиц 500 - 1000 нм и молекулярной массой 109 - 1010. Их плотность составляет 0,9 - 0,95 г/мл. Хиломикроны содержат 1% белка, 4% фосфолипидов, 6% холестерина и 85 - 90% триглицеридов экзогенного происхождения. Липидный компонент хиломикронов содержит сфингомиелин, лецитин, лизолецитин и фосфотидилэтаноламин.
Хиломикроны образуются на стенке тонкого кишечника в процессе всасывания жиров и участвуют в переносе триглицеридов из кишечника в кровь. Они транспортируют экзогенный жир и почти основную массу экзогенного холестерина, всасываемого в кишечнике.
Нормальное содержание холестерина в крови человека составляет 160-220 мг в 100 мл. Впервые он был выделен из желчных камней, почти целиком состоящих из холестерина. Из пищевых продуктов больше всего в жирах, желтках яиц. На долю холестерина, получаемого с пищей, приходится около 30% от общего его количества в организме.
2. Синтез холестерина
Основное количество холестерина синтезируется самим организмом из сквалена с участием фермента холестеринэстеразы. У ряда животных постоянный уровень холестерина в организме регулируется по принципу обратной связи - при поступлении избытка холестерина его биосинтез в клетках организма ингибируется. У человека этот механизм контроля отсутствует, поэтому содержание холестерина может значительно возрастать, особенно с приемом жирной пищи.
Холестерин выделяют из спинного мозга животных экстрагированием ацетоном или из жира, получаемого при промывке овечьей шерсти (ланолина). Очищают быстрой кристаллизацией из уксусной кислоты.
По одному из способов рекомендуют замораживать исходный материал в ждиком воздухе, тонко раздроблять и затем экстрагировать ацетоном, причем получается раствор холестерина. Для того чтобы очистить полученный сырой холестерин, его переводят в дибромид, плохо растворимый в органических растворителях. Этот дибромид легко перекристаллизовать и затем перевести в холестерин добромированием с цинком в спирте.
Химический синтез:
Эфиры холестерола, поступающие в организм с пищей, гидролизуются холестеролэстеразой панкреатического сока.
Ацилхолестерол + H2O
RCOOH + Холестерол
Продукты гидролиза всасываются эпителием кишечника в составе смешанных мицелл. Экзогенный или синтезированный клетками кишечника холестерол частично превращается в эфиры. Этот процесс включает две стадии:
Активацию жирной кислоты под действием ацил-КоА-синтетазы;
Перенос ацильного остатка ацил-КоА на ОН-группу холестерола, который катализирует ацилхолестеролацилтрансфераза (АХАТ).
Холестерол транспортируется кровью только в составе липопротеидов. Липопротеиды обеспечивают поступление в ткани экзогенного холестерола, определяют потоки холестерола между органами и выведение избытка холестерола из организма.
Синтез в основном идет в печени, тонкой кишке. Исходный субстрат-ацетил-КоА. Реакции идут в цитозоле и в .эндоплазматическом ретикулуме. Синтез идет в 3 этапа:
1) реакция от ацетил-КоА до мевалоновой кислоты, регулируется ГМГ-редуктазой (3-гидрокси-3-метилглютарил-кофермент А редуктаза).
2) образование сквалена их шести молекул мевалоната. Образуются изопентилпирофосфаты, конденсация которых приводит в формированию 30-углеродного соединения-сквалена.
3) сквален превращается в холестерин.
Имеется еще и другой способ выделения холестерина, тоже чрезвычайно важный. Оказывается, что холестерин образует нерастворимое комплексное соединение с дигитонином -- соединением, принадлежащим К классу сапонинов. Этот комплекс легко разлагается либо при нагревании в вакууме при 240” (отгоняется чистый холестерин); либо при взаимодействии с пиридином. Ввиду чрезвычайно малой растворимости комплекса эта реакция употребляется для количественного определения холестерина. Однако в эту реакцию вступает не только холестерин, но и другие стероиды, при этом обязательно те, которые содержат
В-гидроксильную группу в положении 3. Так, аналогичные комплексы образуют также эргостерин, стигмастерин и даже любой искусственно полученный стероид, опять-таки при условии, что гидроксильная труппа занимает это положение.
3. Роль холестерина в развитии атеросклероза
Проблеме атеросклероза уделяется большое внимание в клинической медицине. Это заболевание признано болезнью века, оно лежит в основе ишемической болезни сердца, инфаркта миокарда, тромбозов и т.д. Атеросклероз и связанные с ним сердечно-сосудистые заболевания присущи преимущественно населению экономически развитых стран. Атеросклероз является болезнью только человека и не встречается у других видов млекопитающих в естественных условиях их обитания.
У больных атеросклерозом, на различных стадиях его развития, наблюдаются нарушения в реакциях гомеостаза, как физиологического, так и биохимического порядка, обуславливающие возникновение тромботических осложнений.
Нарушение холестеринового обмена является одной из причин атеросклероза и желчнокаменной болезни. К нарушению обмена может привести неправильное питание, а именно потребление высококалорийной пищи с избыточным содержанием животных жиров и легко усваяемых простых углеводов, являющихся исходным продуктоми для эндогенного синтеза холестерина, также такая пища содержит много экзогенного холестерина.
Поступление холестерола с пищей не должно превышать 300 мг/сут. Атеросклероз возникает при повышении уровеня холестерина в крови (>6 ммоль\л ). Кол-во липопротеидов очень низкой плотности (ЛПОНП) не должно превышать 3,0 ммоль/л и должно составлять не более 75% от общего уровня липопротеидов. А доля липопротеидов высокой плотности должна составлять примерно 25% от общего холестерина и быть > 1,0 -1,2 ммоль/л.
Факторы риска: курение (наиболее опасный фактор), гиперлипопротеинемия (общий холестерин > 5 ммоль/л, ЛПНП > 3 ммоль/л, ЛП(a) > 50 мг/дл), артериальная гипертензия, сахарный диабет, ожирение, малоподвижный образ жизни, эмоциональное перенапряжение, неправильное питание.
Известно, что как эндогенный холестерин, синтезируемый в печени, так и экзогенный ,поступающий в организм извне, вступают с фосфолипидами и триглециридами в комплексную связь с белком, образуя липопротеиды, в частности в-липопротеиды. Благодаря растворимости образующихся комплексов создается возможность их беспрепятственной циркуляции в крови. Однако, в-липопротеиды с относительно малым содержанием белка и гидрофильных фосфолипидов, но с высокой долей гидрофобных холестерина и триглицеридов малоустойчивы в биологических жидкостях и подвержены распаду.
Известно также, что гипер-в-липопротеидемия и гипертриглицеридемия, обнаруживаемые в крови, служат источниками отложения липидов и липопротеидов в сосудистую стенку, что является одной из причин развития атеросклероза.
Установлено, что определение содержания липопротеидов в плазме или сыворотке крови дает более полную информацию о нарушении липидного обмена, ведущем к гиперлипопротеидемии, чем определение одних только липидов. Поэтому внимание исследователей в настоящее время привлечено к изучению в-липопротеидов с целью диагностики и профилактики атеросклероза и его осложнений.