La voie de biosynthèse du cholestérol est longue et elle nécessite des quantités importantes d’énergie réductrice et d’ATP, c’est pourquoi elle est incluse ici. Le cholestérol a des rôles importants dans l’organisme au niveau des membranes. Il est également un précurseur des hormones stéroïdiennes et des acides biliaires et son précurseur métabolique immédiat, le 7-déhydrocholestérol, est un précurseur de la vitamine D. La voie menant au cholestérol est connue sous le nom de voie des isoprénoïdes et des branches de celle-ci mènent à d’autres molécules, y compris d’autres vitamines liposolubles.

À partir de l’HMG-CoA, l’enzyme HMG-CoA réductase catalyse la formation du mévalonate. Cette réaction nécessite du NADPH et entraîne la libération de coenzyme A. Elle semble être l’une des étapes régulatrices les plus importantes de la voie de synthèse. L’enzyme est régulée à la fois par rétro-inhibition (le cholestérol l’inhibe) et par modification covalente (la phosphorylation l’inhibe). La synthèse de l’enzyme est également régulée par la transcription. Lorsque le taux de cholestérol diminue, la transcription du gène augmente.

Le mévalonate est phosphorylé deux fois, puis décarboxylé pour donner l’intermédiaire à cinq carbones connu sous le nom d’isopentényl-pyrophosphate (IPP). L’IPP est facilement converti en diméthylallylpyrophosphate (DMAPP). Ces deux composés à cinq carbones, également appelés isoprènes, sont les éléments constitutifs de la synthèse du cholestérol et des composés apparentés. Cette voie est connue sous le nom de voie des isoprénoïdes. Elle se déroule en direction du cholestérol en commençant par la réunion de l’IPP et du DMAPP pour former le géranyl-pyrophosphate. Le géranyl-pyrophosphate se combine avec un autre IPP pour former le farnésyl-pyrophosphate, un composé à 15 atomes de carbone. Deux farnesyl-pyrophosphates s’unissent pour créer le composé à 30 atomes de carbone connu sous le nom de squalène. Le squalène, dans un réarrangement compliqué impliquant une réduction et de l’oxygène moléculaire, forme un intermédiaire cyclique connu sous le nom de lanostérol qui ressemble au cholestérol. La conversion du lanostérol en cholestérol est un long processus comprenant 19 étapes qui se produisent dans le réticulum endoplasmique.

En partant du cholestérol, on peut former la vitamine D ou les hormones stéroïdes, qui comprennent les progestatifs, les androgènes, les œstrogènes, les minéralocorticoïdes et les glucocorticoïdes. La molécule de base de toutes ces hormones est le métabolite du cholestérol (et progestatif) appelé pregnenalone. Les progestagènes sont les précurseurs de toutes les autres classes.

Les œstrogènes sont dérivés des androgènes dans une réaction intéressante qui a nécessité la formation d’un cycle aromatique. L’enzyme qui catalyse cette réaction est connue sous le nom d’aromatase et revêt une importance médicale. La croissance de certaines tumeurs étant stimulée par les œstrogènes, les inhibiteurs de l’aromatase sont prescrits pour empêcher la formation d’œstrogènes et ralentir la croissance des tumeurs. Il convient de noter que la synthèse d’autres vitamines liposolubles et de la chlorophylle est également dérivée de la voie de synthèse des isoprénoïdes au niveau du géranylpyrophosphate. La jonction de deux géranylgéranylpyrophosphates se produit dans les plantes et les bactéries et conduit à la synthèse du lycopène, qui, à son tour, est un précurseur du bêta-carotène, le précurseur final de la vitamine A. Les vitamines E et K, ainsi que la chlorophylle sont toutes également synthétisées à partir du géranylgéranylpyrophosphate.

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