סטרולים - Sterols

הדפס

מדריך בדיקות מעבדה
סטרולים
Sterols
מבנה בסיסי
יוצר הערך	פרופ' בן-עמי סלע

סטרול היא תרכובת אורגנית עם הנוסחה האמפירית C17H28O שהמולקולה שלה נגזרת משלד ה-gonane על ידי המרה של אטום מימן בעמדה 3 על ידי קבוצת הידרוקסיל. אם כך סטרול הוא אלכוהול של gonane. באופן כללי יותר, כל תרכובת בעלת מבנה gonane בתוספת שייריפ תפקודיים, ו/או מערכות טבעתיות שעברו מודיפיקציה הנגזרות מ-gonane, קרויות סטרואידים. לפיכך, סטרולים הם תת-קבוצה של סטרואידים. סטרולים מצויים באופן טבעי ברוב האאוקריוטים כולל צמחים, בעלי חיים, ושמרים, ויכולים גם להיווצר על ידי מספר חיידקים (Wei וחב' ב- Front Microbiol משנת 2016, ו-Hoshino ו-Gaucher ב-Proc Natl Acad Sciences of the USA משנת 2021). הסטרול המוכר ביותר בבעלי חיים הוא כולסטרול החיוני לממברנת התא, ומשמש כקודמן לוויטמינים מסיסי-שומן והורמונים סטרואידים.

מבנה מולקולת gonane

סטרולים בצמחים ידועים כ-phytosterols, ואלה בבעלי חיים ידועים כ-zoosterols. פיטוסטרולים חשובים כוללים campesterol, sitosterol ו-sigmasterol.

Ergosterol מצוי בממברנות של שמרים, בהן הוא ממלא תפקיד דומה לזה של כולסטרול בממברנות של בעלי חיים.

המבנה של סטרולים

התפקיד הביוכימי של סטרולים

סטרולים ותרכובות קשורות לסטרולים משחקים תפקידים חיוניים בפיזיולוגיה של יצורים אאוקריוטים. לדוגמה, כולסטרול מהווה חלק מהממברנה של תאים, בה הוא משפיע על הפלואידיות של הממברנה ומשמש גם כ-secondary messenger של איתותים חוץ-תאיים ובינתאיים. באדם וביונקים אחרים, סטרולים הם חלק אינטגרלי של השומן בשכבת ה- stratum corneumc בעור (Lampe וחב' ב-J Lipid Res משנת 1983)

Phytosterol

סטרולים של הצמח הידועים כ-phytosterols נמצאו בניסויים קליניים חוסמים את הספיגה של כולסטרול במעי ובכך מסייעים להפחית את ספיגת כולסטרול מהמזון במעיים (Ostlund וחב' ב-Am J Clin Nutr משנת 2017). ה-FDA אישר פיטוסטרולים כתוספי-מזון, אם כי קיים החשש שסטרולים צמחיים יכולים לעכב לא רק ספיגת כולסטרול, אלא גם את זו של חומרים מזינים חיוניים. איגוד הלב האמריקני ממליץ על צריכת פיטוסטרולים רק לאלה עם רמות כולסטרול גבוהות משמעותית, אך לא לנשים הרות או מניקות (Bradford ו-Awad ב-Mol Nutr Food משנת 2007). מחקר פרלימינרי הראה שיש ל-phytosterols לכאורה פעילות אנטי-סרטנית (Fahy וחב' ב-J Lipid Res משנת 2005).

המבנה הכימי של סטרולים

סטרולים הם תת-קבוצה של סטרואידים עם קבוצת הידרוקסיל בעמדה 3 של טבעת A (Dufourc ב- Sign behaveplant משנת 2008). הם מבנים אמפיפטים המסונתזים מ-acetyl-coenzyme A. על פי National cholesterol Education Program, אדם זקוק מדי יום ל-2 גרם סטרולים צמחיים להפחית את רמת הכולסטרול, זאת על ידי אכילת פירות, ירקות, דגנים מלאים, קטניות, זרעים, אגוזים, ושמן צמחי. יש יצרניות מזון המעשירות את מוצריהן עם סטרולים וסטנולים במרגרינה, גבינות, מיץ תפוזים חלב ולחמים.

מפגעים גנטיים ומצבים דיסמורפיים

מספר מפגעים כרוכים בביוסינתזה של כולסטרול. הפגמים תוארו בתחילה כתסמונות דיסמורפיות לפני זיהוי הפגם הביוכימי הגורם לתסמונת Smith-Lemli-Opitz (להלן SLO). תינוקות עם תסמונת SLO לוקים בסינתזה לקויה של כולסטרול הנגרמת בגלל חסר האנזים –deoxydroocholesterol reductase-‏7 המביא להצטברות בדם וברקמות גוף שונות של 7-dehydrocholesterol ולהפרעות אינטלקטואליות והתנהגותיות בלבד (ב-15% מהחולים) ובקצהו השני עיוותים קשים כגון ריבוי אצבעות, בצקת עורפית, עיכוב בגדילה, היקף ראש נמוך, פיגור שכלי קשה מאוד ומוות (ב-85% מהחולים).

85% מהחולים יסבלו ממגוון רחב מאוד של תסמינים נוספים שניתן יהיה להבחין בהם עוד בהיותם ברחם. תסמינים אלו, מומים בלב או בכליה, חך שסוע או שפה שסועה, פגיעה בפוריות הגבר בגלל הנובעת ממחסור בהומונים סטרואידים ועוד. ישנן התנהגויות אופייניות לחולים אלו שכוללות בין היתר רגישות גבוהה מאוד לגירויים סנסוריים שקשורים במערכת השמיעה או הראייה, תוקפנות, נטייה לפציעה עצמית, היפראקטיביות, התנהגות אוטיסטית, בעיות אכילה ועוד. באופן עקרוני מדובר על תסמונת שמתרחשת אחת לעשרת אלפים עד שישים אלף לידות ובדרך כלל החולים לא מגיעים לבגרות והולכים לעולמם בילדות המוקדמת ולפעמים אפילו בינקות.

ישנם מספר מפגעים נוספים המתרחשים בשלבים אחרים של ביסינתזה של כולסטרול: תסמונת דומיננטית הקשורה לכרומוזום X ידועה כ-chondrodysplasia punctata, תסמונת Conardi-Hunermann-Happle קטלנית בזכרים והיא כרוכה במוטציות באנזים sterol isonmerase בנקבות. ממצאים אלה מביאים ל-dehydrocholesterol‏-8 ול-cholesterol‏-9 מוגברים. הממצאים כוללים chondrodysplasia punctata, לקיצור א-סימטרי של רגליים, סקוליוזיס, ופריחה קשקשית אריתרומטוזית בילדות מוקדמת שיכולה להפוך ל-ichthyosis להתקרחות מצולקת, ולאי-סדירות פיגמנטרית.

אלפא כולסטרול

איזומר זה של כולסטרול, עם קבוצת OH במצג צִירִי אינו מופיע באופן טבעי בממברנות. הוא נוצר במהלך הסינתזה הכימית וסימון ה-deuterium של כולסטרול. החדרה של כמויות ברות השוואה של epichlesterol בסינתזה של ממברנות המייצר פעילות order-disorder כפי שמקובל לגבי כולסטרול אם כי בשיעור נמוך יותר. מערכת הטבעת המותכת מוטה ב-10–20 מעלות, ביחס למצב הנורמלי של ה-lipid bilayer, סטייה שיש לה נטייה להיות נמוכה יותר בחימום. אכן, בטמפרטורות גבוהות, האמפליטודה של התנועות בממברנה גדלה בהובילה להפחתה של הלחץ של ה-bilayer הלטרלי, ולכן האינטראקציות ההידרופילית וההידרופובית פחות תובעניות, וה-alfa isomer ינטה ליישר את צירו אֲנָכִית לשכבת ה-bilayer.

אסטרים של כולסטרול

ההשפעה של cholesteryl palmitate על הדינמיקה של dipamitoylphosphatidylcholine (להלן DPPC), נחקרה. שרשרת החומצה השומנית C16 מתקפלת לאחור לתוך החלק הפנימי של ה-bilayer ההידרופובי (Valic וחב' ב-Biochmistry משנת 1979) עם אסטר המאמץ לעצמו את הקונפורמציה של "horseshoe". האוריינטציה של השלד הסטרואידי של כולסטריל פלמיטאט נקבעה על ידי שימוש במולקולות מסומנות ב-deuterium. זה משקף את הנוכחות של שרשרת פלמיטואיל הקשורה לחמצן בעמדה הפחמן 3.

המצאות של סטרולים בטבע

סטרולים מופיעים כמעט בכל סוגי האורגניזמים. הם מופיעים בבעלי חוליות, בצמחים ירוקים, בפטריות ובשמרים, ובכמויות קטנות מאוד בחיידקים. הם מצויים גם ברוב סוגי האצות הכחולות-ירוקות ובחלק מהנגיפים (Blough and Tiffany. ב- Advan. Lipid Res משנת 1973). סטרולים יכולים להיות חופשיים, או כחומצות השומן שלהם, או כסולפאט אסטרים או כגליקוזידים. בנוסף לסטרולים עצמם, מספר סטרואידים וטרפנואידים קשורים באופן מטבולי לסטרולים, מופיעים בבעלי חיים, בצמחים ובשמרים. חלק מהאחרונים הם קודמנים של סטרולים, או שהם נובעים מהמטבוליזם של סטרולים.

זיהוי של סטרולים

לסטרולים יש בליעה של UV ששיאה באורך גל 254 ננומטר בתנאי שפלטת בכרומטוגרפיה ברובד דק (TLC) מכילה אינדיקטור פלואורסצנטי. פרוצדורות ויזואליזציה לזיהוי ואפיון של סטרולים, נעשות תוך שימוש בריאגנטים המתחלקים ל-4 קבוצות: חומצות, מלחי מתכות, אלדהידים וקטונים. בטבלה למטה מפורטות פרוצדורות זיהוי באנליזת הפרדה על TLC של סטרולים:

חומצות כריאגנטים: חומצה פרכלורית (70%) על ידי ריסוס הפלטה לגילוי ויטמין D₂ ; חומצה פוספו-מוליבדית (15% באתנול) על ידי ריסוס הפלטה וחימומה למשך 10 דקות בטמפרטורה של 110 מעלות צלזיוס לגילוי סטרולים שונים; חומצה גופריתנית בריכוז של 50% על ידי ריסוס וחימום למשך 15 דקות בטמפרטורה של 110°C לזיהוי של C27 sterols, cholestane lanostane וסדרות של ergosterol.

מלחי מתכות כריאגנטים: Antimony pentachloride (תמיסת 30% בכלורופורם על ידי ריסוס וחימום 5 דקות ב-100°C) לזיהוי סטרולים שונים. Antimony trichloride (תמיסת 50% בחומצה אצטית מרוכזת על ידי ריסוס וחימום למשך 10 דקות לגילוי של סטרולים שעברו ברומינציה; Cadmium chloride (תמיסת 50% ב-50% אתנול על ידי ריסוס וחימום למשך 15 דקות ב-90°C וחשיפת הפלטה לתאורת UV) לגילוי של כולסטריל אסטרים וסטרולים שעברו ברומינציה; Copper sulfate לזיהוי של סטרולים רוויים; Cupric acetate (3% בתמיסת 8% חומצה גופריתנית) על ידי ריסוס וחימום למשך 30 דקות ב-150°C לזיהוי של סטרולים לא רוויים.

אלדהידים כריאגנטים: p-Ansialdehyde‏ (1% בתמיסת חומצה אצטית-חומצה גופריתנית ביחס 98:2, על ידי ריסוס וחימום למשך 10 דקות ב-90°C) לזיהוי סטרולים וסטרול אצטאט; Salicylaldehyde על ידי ריסוס וחימום ב-80°C למשך 5 דקות, ולאחר מכן ריסוס עם 0.5 מול/ליטר של חומצה גופריתנית וחימום למשך 10 דקות ב-90°C לזיהוי סטרול וסטרול אצטאט; Vanillin‏ (0.5% בתמיסת חומצה גופריתנית/אתנול ביחס 4:1, על ידי ריסוס וחימום למשך 5 דקות ב-100°C) לזיהוי של cholestanols ושל cholestanones.

קטונים כריאגנטים: Dinitrophenylhydrazine‏-2,4 (5% במתנול) על ידי ריסוס וריסוס חוזר עם חומצה גופריתנית מרוכזת לזיהוי של סטרולים קטוניים.

TLC משולב עם זיהוי ב-flame ionization‏ (TLC-FID) היא שיטה נוספת לזיהוי סטרולים. ההפרדה מתבצעת על מוטות quartz דקים המצופים עם שכבת ג'ל סיליקה כאשר מערכת הסולבנטים דומה באופן בסיסי לזו המשמשת ב-TLC קלאסי. שיטת TLC-FID שימושית להפריד בין כולסטרול והאסטרים שלו מליפידים אחרים. סטרולים עם מספר שונה של קבוצות מתיל בעמדה 4 כמו demethylsterols‏-4,‏ methylsterols‏-4 ו-dimethylsterols‏-4.

לאחר הפרדת סטרולים על פלטת TLC והאלוציה שלהם מהפלטה, ניתן לזהות אותם בשיטות ספקטרומטריה, פלואורמטריה, GC, GC-MS או HPLC. זו הסיבה שלפעמים יש צורך לנקוט בשיטות לא-הרסניות לצורך הזיהוי שלהם על הפלטה כגון על ידי אדי יוד, ריסוס עם מים, או שימוש בריאגנטים פלואורסצנטיים כגון fluorescein או rhodamine B.

הוראות לביצוע הבדיקה

מדידת סטרולים בפלזמה יכולה להתבצע גם אם הדגימה מאוד המוליטית, מאוד ליפמית או מאוד איטרית. הדגימות יציבות למשך 14 ימים בטמפרטורת החדר, למשך 28 ימים בקירור או למשך 92 ימים בהקפאה (שהיא צורת האחסון המועדפת).