Реферат: Сущность и химическая структура стероидов

Стероиды имеют исключительно широкий диапазон биологического действия, включающий в себя деление клеток, восстановление органов и тканей, обмен веществ углеводный, жировой, защитные реакции организма – иммунная функция, рост мышечных тканей, химические процессы в мембранах нервных клеток.

Стероиды можно разделить, по тому где они синтезируются, на три основные группы: гонадотропные, глюкокортикостероиды и минералкортикоиды. Если с гонадотропными понятно по их названию, то, глюкокортикостероиды (например кортизол) и минералкортикоиды (например альдостерон) синтезируются в коре надпочечников.

Стероиды также можно разделить на группы по их функциям.: андрогены, эстрогены, прогестогены, анаболические стероиды и катаболики. Основные, которые мы здесь рассмотрим – это андрогены и анаболические стероиды. Андрогены семенников синтезируются клетками Лейдига в интерстициальной ткани: в этих клетках содержится практически вся 3бетагидроксистероид-дегидрогеназа семенников - фермент, катализирующий ключевой этап биосинтеза тестостерона, который имеет как анаболические, так и андрогенные свойства.

Стероиды являются жирорастворимыми гормонами, имеющие тетрациклическую основу строения. Основа структуры состоит из четырех соединенных вместе колец: три циклогесановые и одно циклопентановое. См. ниже.

Как видно из рисунка, кольца А и D способны к видоизменениям, благодаря их краевому расположению. На следующем рисунке показана расстановка углерода в стероидах, позиции 10 и 13 наиболее подвержены различным изменениям.

Процесс синтеза стероидов начинается со сквалена - сложной линейной ароматической молекулы, структура показана ниже

Сквален (от лат. squalus - акула), ациклический полиненасыщенный жидкий углеводород состава C30H50 с t кипения 242С, растворимый во многих органических растворителях. Важный промежуточный продукт в метаболизме тритерпеноидов и стероидов; широко распространён в тканях животных и растений, а также у микроорганизмов; впервые выделен из печени акулы. Биосинтезируется из мевалоновой кислоты, превращающейся в фарнезилпирофосфат; последний под действием скваленсинтетазы (в присутствии тиамина) "димеризуется" в сквален. Ферментативное превращение сквалена в ланостерин и из него в холестерин и др. стерины начинается с аэробного окисления концевой двойной связи сквалена.

Этот процесс циклизации сквалена, как полагают, является одним из большинства удивительных и сложных реакций в органической химии.

Холестерол

Холестерол служит напосредственным предшественником половых стероидов, подобно тому, как он служит предшественником кортикостероидов надпочечников. Скорость-лимитирующим этапом, как и в надпочечниках, является отщепление боковой цепи холестерола. Превращение холестерола в прегненолон (гормон, выделяемый в матке, контролирующей имплантацию яйца, и - предшественник для андрогенов, эстрогенов, и глюкокортикоидов) в надпочечниках, яичниках и семенниках происходит идентично. Однако в двух последних тканях реакция стимулируется не АКТГ, а ЛГ.

Прегненолон

Все функции стероидов схожи на клеточном и молекулярном уровне. Поскольку стероиды жирорастворимы, они легко могут проникать (диффундировать) через мембану клетки в цитоплазму, где путем присоединения к рецептору (белковаой структуре) формируют всем известный комплекс рецептор-стерод. Далее в процессе димеризации (образование димера - удвоенной молекулы в результате реакции присоединения) два комплекса формируют димер, который в свою очередь присоединяется к ДНК клетки, способствуя тем самым транскрипции гена и белковому синтезу.

Этот процесс представлен в диаграмме ниже. Влияние стероидов на ген и синтез белка весьма сложное и труднообъяснимое. Часто белок, синтезируемый в результате присоединения димера к ДНК является регулирующим и отвечающим за активирование или подавление других генов. Это вызывает своего рода цепную реакцию. Помимо этого, влияние стероида на ген зависит от типа клетки, в которой идет присоединение. Поэтому фактические примеры этих процессов не будут представлены в статье.

Структура и превращение некоторых стероидов

Первый стероид, который мы рассмотрим – это тестостерон, имеет наиболее простую структуру строения.

Тестостерон

Метаболические превращения тестостерона осуществляются двумя путями. Один путь включает в себя окисление в 17-м положении, другой - восстановление двойной связи кольца А и 3-кетогруппы.

В результате первого пути, функционирующего во многих тканях, в том числе и в печени, образуются 17-кетостероиды, как правило, лишенные активности или обладающие более слабой активностью, чем исходное соединение.

Второй путь, менее эффективный, протекает главным образом в тканях-мишенях и ведет к образованию активного метаболита - дигидротестостерона ( ДГТ )а также эстрадиола и андростандиола. Этиохоланолон и андростерон - это 5 бета-восстановленные продукты андрогенов.

Таким образом, тестостерон можно рассматривать как прогормон по двум причинам: во-первых, он превращается в более активное соединение дигидротестостерон и, во-вторых, превращение это происходит главным образом в тканях, расположенных вне семенников. Небольшая часть тестостерона ароматизируется, образуя эстрадиол.

Свободный тестостерон и тестостерон, связанный с сывороточным альбумином, легко проникают в клетки-мишени. Внутри клеток тестостерон может превращаться в дигидротестостерон и эстрадиол. Основное количество дигидротестостерона (около 300 мкг/сут) образуется в предстательной железе. Физиологическая активность тестостерона и дигидротестостерона различна. Эстрадиол синтезируется из тестостерона с участием ароматазы. У взрослого мужчины за сутки образуется около 40 мкг эстрадиола, из них 10 мкг - в яичках и 30 мкг - вне яичек.

Андростандиол, еще один высоко активный андроген, также образуется из тестостерона.

Главные 17-кетостероидные метаболиты тестостерона - андростерон и этихоланолон - коньюгируют в печени с глюкуронидом и сульфатом с образованием водорастворимых экскретируемых соединений. Количественное определение 17-кетостероидов в моче использовалось ранее в качестве теста на андрогенную активность. Теперь, однако, установлено, что этот показатель слабо отражает гормональный статус in vivo.

Сложные эфиры тестостерона

Сложные эфиры тестостерона образуются путем присоединения боковых цепей атомов, состоящих из углерода (С), водорода (Н) и кислорода (О) к самой молекуле тестостерона, формируя таким образом, тестостерон ципионат, тестостерон энантат, тестостерон пропионат. Сложные эфиры гораздо медленнее высвобождаются в русло крови, т.к. они снижают возможность стероида растворяться в воде, и наоборот увеличивают его жирорастворимость. Присоединяясь к стероду, сложный эфир делает его неактивным, и таким образом, препятствует его связыванию с рецептором. Чтобы произошла его активация, фермент эстераза (фермент класса гидролаз; катализирует реакции расщепления эфирной связи) отщепляет сложный эфир и восстанавливает водород для формирования гидроксильной группы, присоединенной к С17. Как только молекула вновь конвертирована в тестостерон, она способна соединиться с рецептором. Обычно сложные эфиры присоединяются к С17, хотя могут быть связаны и с С3 в молекуле тестостерона.

Тестостерон ципионат

В молекуле тестостерона ципионата, вместо водорода в гидроксильной группе С17, к молекуле тестостерона присоеденена боковая цепь, состоящая из 8 атомов углерода, кольца циклопентана и одной карбоновой группы (=О). Тестостерон ципионат входит в группу наиболее сложных эфиров. Если сравнивать сложные эфиры по их молекулярной массе, то можно поставить их в таком порядке, начиная с наименьшей: ацетат, пропионат, фенилпропионат, изокапроат, капроат, энантат, ципионат, деканоат, ундесиленат, ундеканоат, лаурат. Наибольшей молекулярной массой обладает лаурат, который состоит из 12 атомов углерода, 24 атомов водорода и 2 атомов кислорода. Сложные эфиры могут присоединяться и к другим стероидам, не ограничиваясь только тестостероном.

Превращение тестостерона в дигидротестостерон происходит как в яичках, так и вне яичек с участием 5альфа-редуктазы. В течение этого процесса двойная связь между С5 и С4 уменьшается до одинарной(простой) связи, при этом к С4 и С5 присоединяются по одному атому водорода

ДГТ

Не все стероиды конвертируются в ДГТ с помощью 5альфа-редуктазы. Благодаря специцифичности ферментов, которую можно описать по аналогии ключ-замок, каждый фермент подходит только определенному субстрату.

Следующий стероид, который мы рассмотрим - Нандролон Деканоат

Как вы видите нандролон отличается от тестостерона только в одном: на месте метиловой группы (СН3) в позиции С10 стоит водород (не показан на рисунке). Благодаря своей схожести с тестостероном, нандролон также конвертируется с помощью 5альфа-редуктазы, конечный продукт этой реакции – дигидронандролон, молекула которого в свою очередь схожа с ДГТ.

Некоторые стероиды способны также к ароматизации, это процесс преобразования андрогена в эстроген с помощью фермета ароматазы. Тестостерон конвертируется в эстрадиол, который показан ниже.Если сравнить молекулу эстрадиола с молекулой тестостерона, то можно увидеть, что метиловая группа в позиции С10 отсутствует, а кислород в позиции С3 превратился в гидроксильную группу. Ароматизация привела к потере числа углерода и к образованию двойных связей в цепи, чтобы процесс ароматизации произошел, молекуле стероида необходимо иметь метиловую группу в позиции С10, еще один принцип ключ-замок. По этой причине Нандролон не конвертируется в эстроген, т.к не имеет метиловой группы.

Еще одна причина, по которой стерод не может ароматизироваться в эстроген – это само строение молекулы, когда строение видоизменено, ароматаза не может функционировать.

Пример такого измененного кольца молекулы это Оксандролон, где в позиции С2 стоит кислород вместо углерода. Обратите внимание, что метиловая группа в позиции С10 присутствует, но ароматизация все равно не возможна.

Оксандролон

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--