Эргостерол

Эргостерол — это природное органическое соединение из группы стеринов, представляющее собой кристаллическое вещество, относящееся к классу стероидов. Является предшественником витамина D2 (эргокальциферола) и важнейшим структурным компонентом клеточных мембран грибов, а также некоторых простейших и водорослей. Для человека и животных эргостерол не синтезируется и поступает в организм исключительно с пищей, однако в метаболизме человека он не играет значительной роли, так как не усваивается в неизменном виде. Основное биологическое значение эргостерола связано с его способностью под действием ультрафиолетового излучения превращаться в витамин D2, а также с его ролью в поддержании целостности мембран грибковых клеток, что делает его мишенью для ряда противогрибковых препаратов.

Химическая структура и свойства

Эргостерол (C₂₈H₄₄O) относится к 4-десметилстеринам, то есть стеринам, не имеющим метильной группы при четвертом атоме углерода. Его молекула содержит тетрациклическое ядро циклопентанпергидрофенантрена, характерное для всех стеринов, а также боковую цепь из восьми атомов углерода. Отличительной особенностью эргостерола является наличие двойных связей в положениях C5-C6, C7-C8 и C22-C23, а также метильной группы при C24. Молекулярная масса соединения составляет 396,65 г/моль.

В чистом виде эргостерол представляет собой белые или слегка желтоватые кристаллы, нерастворимые в воде, но хорошо растворимые в органических растворителях, таких как этанол, хлороформ, диэтиловый эфир и ацетон. Температура плавления кристаллического эргостерола составляет около 168 °C. Соединение чувствительно к свету, кислороду воздуха и нагреванию, особенно в присутствии кислот, что может приводить к его изомеризации и деградации. При длительном хранении на свету эргостерол постепенно превращается в витамин D2 и другие продукты фотолиза.

Фотохимическое превращение

Под действием ультрафиолетового излучения (диапазон 280–315 нм) в молекуле эргостерола происходит разрыв кольца B стероидного ядра между атомами C9 и C10. Этот процесс называется фотолизом и приводит к образованию превитамина D2, который затем при нагревании (термоизомеризации) превращается в эргокальциферол (витамин D2). В отсутствие света или при недостаточном УФ-облучении это превращение не происходит. Помимо витамина D2, в ходе фотолиза образуются побочные продукты, такие как люмистерин и тахистерин, которые обладают иной биологической активностью.

Биологическая роль

В грибах

Для грибов эргостерол выполняет те же функции, что холестерин для клеток животных. Он встраивается в клеточную мембрану, регулируя её текучесть, проницаемость и стабильность. Эргостерол обеспечивает механическую прочность мембраны, препятствует её разрушению под действием осмотического давления и участвует в работе мембранных белков, включая ферменты и рецепторы. Содержание эргостерола в мембранах грибов может варьироваться в зависимости от вида, стадии роста и условий окружающей среды. У некоторых грибов, например у дрожжей Saccharomyces cerevisiae, эргостерол составляет до 10% от сухой массы клетки.

В других организмах

Эргостерол также обнаружен в мембранах некоторых простейших (например, Leishmania и Trypanosoma), а также в клетках ряда водорослей и микроскопических грибов. У растений и животных он не синтезируется; у животных его аналогом является холестерин. У человека эргостерол, поступающий с пищей (например, с грибами), всасывается в кишечнике, но не используется для построения собственных мембран и не накапливается в тканях. Он быстро метаболизируется в печени и выводится из организма.

Применение

В медицине и фармацевтике

Эргостерол является промышленным сырьём для получения витамина D2. Для этого дрожжи или другие грибы, богатые эргостеролом, облучают ультрафиолетом, после чего из биомассы экстрагируют образовавшийся эргокальциферол. Витамин D2 используется в качестве пищевой добавки для профилактики и лечения дефицита витамина D, а также для лечения некоторых форм остеопороза и рахита. Однако в последние десятилетия витамин D3 (холекальциферол), получаемый из животных источников, чаще применяется в медицине, так как он более эффективно усваивается организмом человека.

В микробиологии и биотехнологии

Эргостерол используется как маркер для идентификации грибковой биомассы в почве, воде и пищевых продуктах. Содержание эргостерола коррелирует с количеством живых грибов, что позволяет оценивать степень микробного загрязнения. В биотехнологии эргостерол применяется в качестве субстрата для получения стероидных гормонов и других биологически активных соединений путём микробиологической трансформации.

В пищевой промышленности

Грибы, богатые эргостеролом, такие как шампиньоны, вешенки и шиитаке, после облучения ультрафиолетом становятся источником витамина D2. Эта технология используется для обогащения грибов и продуктов их переработки. В ряде стран на упаковках таких продуктов указывается содержание витамина D, полученного из эргостерола.

Классификация

Эргостерол относится к группе стеринов, которые подразделяются на:

• Зоостерины — стерины животных (например, холестерин).
• Фитостерины — стерины растений (например, ситостерин, стигмастерин).
• Микостерины — стерины грибов, к которым и принадлежит эргостерол.

По химическому строению эргостерол является 4-десметилстерином, то есть не имеет метильной группы при C4. Среди микостеринов эргостерол является наиболее распространённым, однако у некоторых грибов встречаются и другие стерины, например, фукостерин или 24-метилхолестерин.

Интересные факты

• Эргостерол был впервые выделен из спорыньи (гриба Claviceps purpurea) в 1889 году французским химиком Шарлем Танре. Название происходит от латинского названия спорыньи — Secale cornutum (эрготизм).
• В 1927 году немецкий химик Адольф Виндаус установил структуру эргостерола и показал его связь с витамином D, за что в 1928 году был удостоен Нобелевской премии по химии.
• Содержание эргостерола в грибах может увеличиваться при их выращивании в условиях УФ-облучения, что используется для повышения питательной ценности продукции.
• Некоторые виды грибов, например, дрожжи Candida spp., способны накапливать эргостерол в больших количествах, что делает их перспективными для промышленного получения витамина D2.
• Эргостерол является мишенью для ряда противогрибковых препаратов, таких как амфотерицин B и азолы (флуконазол, итраконазол), которые нарушают синтез эргостерола или связываются с ним, разрушая мембрану гриба.

Источники

• Танре, Ш. (1889). Sur la composition de l'ergot de seigle. Comptes rendus de l'Académie des sciences.
• Виндаус, А. (1927). Über die Konstitution des Ergosterins. Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft.
• Гудвин, Т. В. (1980). The Biochemistry of Steroids. Academic Press.
• Нес, У. Р., Макки, М. Л. (1977). Biochemistry of Steroids and Other Isopentenoids. University Park Press.
• Коваль, И. А., Смирнов, В. В. (2005). Микробиологический синтез стеринов. Москва: Наука.
• Дженкинс, Д. (2010). Ergosterol: A Key Component of Fungal Membranes. Journal of Applied Microbiology.