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.
Возможно вы искали - Контрольная работа: Сходство фазового поведения смесей ПАВ с полимерами и смешанными растворами полимеров
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.
Похожий материал - Учебное пособие: Сырье в химическом производстве
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.
Очень интересно - Реферат: Сырьевая база химического комплекса России
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
Вам будет интересно - Реферат: Твердоконтактные потенциометрические сенсоры, селективные к поверхностно-активным веществам
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
Похожий материал - Реферат: Твердофазная полимеризация 1,4-бис-(л-ацетиламинофенил)бутадиина, оптические и фотоэлектрические свойства образующегося полимера
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