STEROIDIHORMONIT: RAKENNE, SYNTEESI, VAIKUTUSTAPA - BIOLOGIA - 2026

Steroidihormonien ovat aineita, joita umpirauhasten ja poistetaan suoraan verenkiertoon virta, joka johtaa kudosten jossa aikaansaavat fysiologisia vaikutuksia. Sen yleinen nimi johtuu siitä, että sen perusrakenteessa on steroidinen ydin.

Kolesteroli on edeltäjäaine, josta syntetisoidaan kaikki steroidihormonit, jotka on ryhmitelty progestageeneiksi (esimerkiksi progesteroni), estrogeeneiksi (estroni), androgeeneiksi (testosteroni), glukokortikoideiksi (kortisoli), mineralokortikoidit (aldosteroni) ja D-vitamiini

Steroidhormonin (kortisolin) rakenteen vertailu saman kemiallisen luonteen omaavaan molekyyliin (D3-vitamiini) (Lähde: Alkuperäinen lähettäjä oli Palladius englannin Wikipediassa. Via Wikimedia Commons)

Vaikka erilaisilla steroidihormoneilla on molekyylierot niiden välillä, mikä antaa heille erilaisia ​​funktionaalisia ominaisuuksiaan, voidaan sanoa, että niiden perusrakenne on yhteinen heille ja jota edustaa 17 hiiliatomin syklopentaaniperfenofenanteeni.

Steroidien rakenne

Steroidit ovat luonteeltaan hyvin erilaisia ​​orgaanisia yhdisteitä, joilla on yhteistä emäsydämenä, joka koostuu kolmesta renkaasta, joissa on kuusi hiiliatomia (sykloheksaanit) ja yksi viidestä hiiliatomista (syklopentaani).

Tämä rakenne tunnetaan myös nimellä "syklopentaaniperfenofenanteeni". Koska renkaat ovat kytketty toisiinsa, sitä muodostavien hiiliatomien kokonaismäärä on 17; Useimmissa luonnollisissa steroideissa on kuitenkin metyyliryhmiä hiileissä 13 ja 10, jotka edustavat hiiltä 18 ja 19, vastaavasti.

Kaavio syklopentaaniperfenofenanteenin nelirenkaisesta polysyklisestä rakenteesta (Lähde: NEUROtiker Wikimedia Commonsin kautta)

Monilla luonnollisista steroidiyhdisteistä on myös yksi tai useampia ryhmiä, joilla on alkoholifunktio rengasrakenteessa, ja siksi niitä kutsutaan steroleiksi. Niiden joukossa on kolesteroli, jolla on alkoholifunktio hiilessä 3 ja sivuhiilivetyketju, jossa on 8 hiiliatomia, jotka ovat kiinnittyneet hiileen 17; atomit, jotka on numeroitu 20 - 27.

Steroidin rakenne. Kuva muokattu MarcoTolo / CC BY-SA: lta (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Näiden 17 hiilen lisäksi steroidihormonien rakenteessa voi olla 1, 2 tai 4 enemmän näitä atomeja, joille tunnistetaan kolmen tyyppiset steroidit, nimittäin: C21, C19 ja C18.

C21

C21-entsyymit, kuten progesteroni ja lisämunuaisen kortikosteroidit (glukokortikoidit ja mineralokortikoidit), ovat peräisin “rasedanista”. Siinä on 21 hiiliatomia, koska emäksisen renkaan 17: een lisätään kaksi hiilen metyyliryhmää 13 ja 10 ja kaksi C17: een kiinnitetyn sivuketjun hiiltä, ​​jotka alun perin kolesterolissa olivat 8 hiiltä.

C19

C19: t vastaavat androgeenistä aktiivisuutta omaavia sukupuolihormoneja ja ovat peräisin “androstaanista” (19 hiiliatomia), mikä on rakenne, joka säilyy, kun raskaani menettää C17-sivuketjun kaksi hiiltä, ​​joka korvataan hydroksyylillä tai ketoniryhmä.

C18

C18-steroidit ovat naishormoneja tai estrogeenejä, jotka syntetisoidaan pääasiassa naisrauhasissa ja joiden erinomainen ominaisuus suhteessa kahteen muuhun steroidityyppiin on viimeksi mainitun läsnä olevan metyylin puuttuminen, joka on kiinnittynyt hiileen asemassa 10.

Kolesterolista valmistetun synteesin aikana tuotetaan entsymaattisia modifikaatioita, jotka muuttavat hiilien lukumäärää ja edistävät rakenteen tiettyjen hiilien dehydrogenointeja ja hydroksylaatioita.

Synteesi

Steroidhormoneja tuottavat solut sijaitsevat pääasiassa lisämunuaisten aivokuoressa, jossa tuotetaan glukokortikoideja, kuten kortisolia, mineralokortikoideja, kuten aldosteronia, ja miespuolisia sukupuolihormoneja, kuten dehydroepiandrosteronia ja androsteenidionia.

Miesten sukupuolieläimet ovat vastuussa androgeenien tuotannosta, mukaan lukien jo mainitut hormonit ja testosteroni, kun taas kypsymiseen tulevat munasarjasolut tuottavat progesteronia ja estrogeenejä.

Kaikkien steroidihormonien synteesi alkaa kolesterolista. Tämän molekyylin voivat syntetisoida solut, jotka tuottavat steroidihormoneja, mutta suurin osa näistä soluista saa sen soluista verenkierrossa olevassa plasmassa olevista matalatiheyksisistä lipoproteiineista (LDL).

Lisämunuaisten hormonien synteesi (Lähde: Endokriiniset lääkärit Wikimedia Commonsin kautta)

- Synteesi lisämunuaisen kuoren tasolla

Lisämunuaisen aivokuoressa erotetaan kolme kerrosta, jotka tunnetaan ulkopuolelta vastaavasti glomerulaarisena, fascikulaarisena ja retikulaarisena vyöhykkeenä.

Glomerulaarissa syntetisoidaan pääasiassa mineralokortikoideja (aldosteronia), fascikulaarisissa glukokortikoideissa, kuten kortikosterooni ja kortisoli, ja retikulaarisissa androgeeneissä, kuten dehydroepiandrosterone ja androstenedione.

Glukokortikoidien synteesi

Synteesin ensimmäinen vaihe tapahtuu mitokondrioissa ja koostuu kolesterolidemolaasi-nimisen entsyymin vaikutuksesta, joka kuuluu sytokromi P450 -perheperheeseen ja tunnetaan myös nimellä "P450scc" tai "CYP11A1", mikä edistää 6: n C17: een kiinnittyneen sivuketjun hiiliatomit.

Desmolaasin vaikutuksesta kolesteroli (27 hiiliatomia) muuttuu pregnenoloniksi, joka on yhdiste, jossa on 21 hiiliatomia ja edustaa ensimmäistä C21-tyypin steroideista.

Pregnenoloni siirtyy sileään endoplasmiseen retikulumiin, missä entsyymi 3β-hydroksysteroididehydrogenaasi vaikuttaa siihen dehydrogenoimaan hiilen 3 alkoholiryhmän hydroksyyliä ja muuttuu progesteroniksi.

21β-hydroksylaasin, jota kutsutaan myös “P450C21” tai “CYP21A2”, vaikutuksesta progesteroni hydroksyloituu hiilessä 21 ja muuttuu 11-deoksikortikosterooniksi, joka palaa mitokondrioihin ja johon entsyymi 11β-hydroksylaasi (“ P450C11 "tai" CYP11B1 ") muuntuu kortikosterooniksi.

Toinen synteesilinja kiinnitysvyöhykkeellä, joka päättyy ei kortikosterooniin, vaan kortisoliin, tapahtuu, kun rasedenolonia tai progesteronia hydroksyloidaan asemassa 17 17a-hydroksylaasilla ("P450C17" tai "CYP17") ja muunnetaan 17-hydroksipregnoloni tai 17-hydroksiprogesteroni.

Sama jo mainittu entsyymi, 3p-hydroksysteroididehydrogenaasi, joka muuttaa rasedenolonin progesteroniksi, muuntaa myös 17-hydroksipregnolonin 17-hydroksiprogesteroniksi.

Jälkimmäistä kuljettaa peräkkäin reitin kaksi viimeistä entsyymiä, jotka tuottavat kortikosteroonia (21p-hydroksylaasi ja 11p-hydroksylaasi) vastaavasti deoksikortisoliksi ja kortisoliksi.

Glukokortikoidivaikutukset

Tärkeimmät glukokortikoidit, joita tuotetaan lisämunuaisen kuoren zona fascikulaarissa, ovat kortikosterooni ja kortisoli. Molemmilla aineilla, mutta etenkin kortisolilla, on laaja vaikutusvaikutus, joka vaikuttaa aineenvaihduntaan, vereen, puolustus- ja haavojen paranemisvasteisiin, luun mineralisaatioon, ruoansulatuskanavaan, verenkiertoon ja keuhkoihin.

Mitä tulee aineenvaihduntaan, kortisoli stimuloi lipolyysiä ja rasvahappojen vapautumista, joita voidaan käyttää maksassa ketonirunkojen ja matalatiheyksisten proteiinien (LDL) muodostamiseen; vähentää glukoosin imeytymistä ja lipogeneesiä rasvakudoksessa ja glukoosin imeytymistä ja käyttöä lihaksessa.

Se edistää myös proteiinien katabolismia perifeerialla: sidekudoksessa, lihas- ja luumatriisissa, vapauttaen siten aminohapot, joita voidaan käyttää maksassa plasmaproteiinien synteesiin ja glukoneogeneesiin. Se myös stimuloi suolen glukoosin imeytymistä lisäämällä SGLT1-kuljettajien tuotantoa.

Nopeutettu suolen glukoosin imeytyminen, lisääntynyt maksatuotanto ja tämän hiilihydraatin vähentynyt käyttö lihas- ja rasvakudoksessa suosii plasman glukoositasojen nousua.

Veren suhteen kortisoli suosii hyytymisprosessia, stimuloi neutrofiilien granulosyyttien muodostumista ja estää eosinofiilien, basofiilien, monosyyttien ja T-lymfosyyttien muodostumista.Se myös estää tulehduksellisten välittäjien, kuten prostaglandiinien, interleukiinien, lymfokiinien, histamiinin, vapautumista. ja serotoniini.

Yleisesti voidaan sanoa, että glukokortikoidit häiritsevät immuunivastetta, joten niitä voidaan käyttää terapeuttisesti sellaisissa tapauksissa, joissa tämä vaste on liioiteltu tai epäasianmukainen, kuten autoimmuunisairauksien tapauksessa tai elinsiirroissa vähentääkseen immuunivastetta. hylkäämistä.

- Androgeenisynteesi

Androgeenisynteesi lisämunuaisen kuoren tasolla tapahtuu pääasiassa retikulaarisen vyöhykkeen tasolla ja 17-hydroksipregnolonista ja 17-hydroksiprogesteronista.

Samalla 17a-hydroksylaasientsyymillä, joka tuottaa kahta juuri mainittua ainetta, on myös 17,20 lyaasiaktiivisuus, joka poistaa C17-sivuketjun kaksi hiiltä ja korvaa ne keto-ryhmällä (= O).

Tämä viimeinen toimenpide vähentää hiilimäärää kahdella ja tuottaa C19-tyypin steroideja. Jos vaikutus kohdistuu 17-hydroksipregnenoloniin, tulos on dehydroepiandrosteroni; Jos päinvastoin vaikuttava aine on hydroksiprogesteroni, niin tuote on androsteenidioni.

Molemmat yhdisteet ovat osa ns. 17-ketosteroideja, koska niissä on ketoniryhmä hiilessä 17.

3/3-hydroksisteroididehydrogenaasi muuntaa myös dehydroepiandrosteronin androsteenidioniksi, mutta yleisintä on, että edellinen muuttuu dehydroepiandrosteronisulfaatiksi sulfokinaasilla, joka on läsnä lähes yksinomaan retikulaarisella vyöhykkeellä.

Mineralokortikoidien (Aldosteronin) synteesi

Zona glomerularis -bakteerista puuttuu 17a-hydroksylaasientsyymi, eikä se pysty syntetisoimaan kortisolin ja sukupuolihormonien 17-hydroksysteroidiesiasteita. Sillä ei myöskään ole 11p-hydroksylaasia, mutta sillä on entsyymi nimeltään aldosteronisyntetaasi, joka voi tuottaa peräkkäin kortikosteroonia, 18-hydroksikortikosteroonia ja mineralokortikoidialdosteronia.

Mineralokortikoidien toimet

Tärkein mineralokortikoidi on aldosteroni, joka syntetisoidaan lisämunuaisen kuoren vyöhykkeessä, mutta glukokortikoideilla on myös mineralokortikoidiaktiivisuutta.

Aldosteronin mineralokortikoidinen aktiivisuus kehittyy distaalisen nefronin putkimaisen epiteelin tasolla, missä se edistää natriumin (Na +) imeytymistä ja kaliumin (K +) eritystä, mikä osaltaan auttaa ylläpitämään näiden ionien tasoja. kehon nesteet.

- Miesten sukupuolisten steroidien synteesi kiveksissä

Kivekkäisten androgeenien synteesi tapahtuu Leydig-solujen tasolla. Testosteroni on tärkein androgeenihormoni, jota tuotetaan kiveksissä. Sen synteesi sisältää androsteenidionin alkuperäisen tuotannon, kuten aikaisemmin on kuvattu androgeenien synteesille lisämunuaisen kuoren tasolla.

Androsteenidioni muuttuu testosteroniksi entsyymin 17β-hydroksysteroididehydrogenaasi vaikutuksella, joka korvaa hiilissä 17 olevan ketoniryhmän hydroksyyliryhmällä (OH).

Joissakin kudoksissa, jotka toimivat testosteronin kohteena, se pelkistyy 5a-reduktaasilla dihydrotestosteroniksi, jolla on suurempi androgeeninen voima.

- Naisten sukupuolisteroidien synteesi munasarjoissa

Tämä synteesi tapahtuu syklisesti seuraamalla muutoksia, jotka tapahtuvat naisen seksuaalisen syklin aikana. Synteesi tapahtuu follikkelia, joka kypsyy kunkin syklin aikana vapauttaakseen munasolun ja tuottamaan sitten vastaavan sarveiskierroksen.

Estrogeenejä syntetisoidaan kypsän follikkelin rakeisissa soluissa. Kypsän follikkelin teassa on soluja, jotka tuottavat androgeenejä, kuten androstenedioni ja testosteroni.

Nämä hormonit diffundoituvat vierekkäisiin granulosa-soluihin, joissa on aromataasi-entsyymi, joka muuttaa ne estroneiksi (E1) ja 17p-estradioliksi (E2). Molemmista syntetisoidaan estrioli.

Sukupuolihormonien toiminnot

Androgeenien ja estrogeenien päätehtävänä on kehittää miesten ja naisten seksuaalisia ominaisuuksia. Androgeeneillä on anabolisia vaikutuksia edistämällä rakenneproteiinien synteesiä, kun taas estrogeenit suosivat luutumisprosessia.

Naisen seksuaalisen syklin aikana vapautuneiden estrogeenien ja progesteronin on tarkoitus valmistaa naisen kehon mahdolliselle raskaudelle ovulaation aikana vapautuneen kypsän munan hedelmöityksen seurauksena.

Toimintamekanismi

Jos sinun on päivitettävä muistisi hormonien vaikutusmekanismista, on suositeltavaa katsoa seuraava video ennen lukemista eteenpäin.

Steroidhormonien vaikutustapa on melko samanlainen kaikissa niissä. Lipofiilisten yhdisteiden tapauksessa ne liukenevat vaikeuksitta lipidikalvoon ja tunkeutuvat kohdesolujensa sytoplasmaan, joilla on spesifisiä sytoplasmisia reseptoreita hormonille, johon niiden on reagoitava.

Kun hormoni-reseptori-kompleksi on muodostettu, se ylittää ydinmembraanin ja sitoutuu genomiin, transkriptiotekijän tapaan, hormonivasteelementillä (HRE) tai primaarivastegeenillä, joka puolestaan sen sijaan se voi säädellä muita ns. sekundaarivastegeenejä.

Lopputulos on transkription edistäminen ja lähetti-RNA: ien synteesi, jotka translatoituvat karkean endoplasmisen retikulumin ribosomeissa, jotka lopulta syntetisoivat hormonin indusoimia proteiineja.

Aldosteroni esimerkkinä

Aldosteronimolekyyli

Aldosteronin vaikutus tapahtuu pääasiassa distaalisen putken viimeisen osan tasolla ja keräyskanavissa, joissa hormoni edistää Na +: n imeytymistä ja K + -eritystä.

Tämän alueen tärkeimpien putkimaisten solujen luminaalikalvossa on epiteelin Na + -kanavia ja ”ROMK” -tyyppisiä K + -kanavia (munuaisten ulkoinen, nivelkaliumkanava).

Basolateraalisessa kalvossa on Na + / K + ATPaasi -pumppuja, jotka vetävät Na +: ta jatkuvasti solusta basolateraaliseen interstitiaaliseen tilaan ja vievät K +: n soluun. Tämä aktiivisuus pitää Na +: n solunsisäisen pitoisuuden erittäin alhaisena ja suosii pitoisuuden gradientin luomista tälle ioneille putkiston ontelon ja solun välillä.

Tämä gradientti antaa Na +: lle liikkua kohti solua epiteelikanavan kautta, ja koska Na + kulkee yksin, jokaiselle liikkuvalle ionille jää kompensoimaton negatiivinen varaus, joka aiheuttaa putken luumenin negatiiviseksi suhteessa interstitiumiin. Toisin sanoen negatiivisen valon avulla luodaan transepiteliaalinen potentiaaliero.

Tämä valon negatiivisuus suosii K +: n poistumista, joka johtuu korkeammasta pitoisuudestaan ​​solussa ja valon negatiivisuudesta erittyy putken luumenia kohti lopullisesti erittyväksi. Aldosteronin vaikutus säätelee tätä Na + -absorptio- ja K + -eritysteaktiivisuutta.

Veressä läsnä oleva ja zona glomerulariksesta vapautuva alldosteroni, joka on vastaus angiotensiini II: n vaikutukselle tai hyperkalemiaan, tunkeutuu pääsoluihin ja sitoutuu sen solunsisäiseen plasman reseptoriin.

Tämä kompleksi saavuttaa ytimen ja edistää geenien transkriptiota, joiden ekspressio lopulta lisää Na + / K + -pumppujen, epiteelisten Na + -kanavien ja ROMK K + -kanavien sekä muiden proteiinien synteesiä ja aktiivisuutta. Vastaus, jolla on globaali vaikutus Na +: n pidättämiseen kehossa ja K +: n erittymisen lisääntymiseen virtsaan.

Viitteet

1. Ganong WF: Adrenal Medulla & Adrenal Cortex, 25. toim. New York, McGraw-Hill Education, 2016.
2. Guyton AC, Hall JE: Lisämunuaiskortikaaliset hormonit, lääketieteellisen fysiologian oppikirjassa, 13. painos, AC Guyton, JE Hall (toim.). Philadelphia, Elsevier Inc., 2016.
3. Lang F, Verrey F: Hormoni, julkaisussa Physiologie des Menschen mit Pathophysiologie, 31. toim., RF Schmidt et ai. (Toim.). Heidelberg, Springer Medizin Verlag, 2010.
4. Voigt K: Endokrines System, julkaisussa: Physiologie, 6. painos; R Klinke et ai (toim.). Stuttgart, Georg Thieme Verlag, 2010.
5. Widmaier EP, Raph H ja Strang KT: Naisten lisääntymisfysiologia, Vanderin ihmisen fysiologiassa: kehon toiminnan mekanismit, 13. painos; EP Widmaier et ai (toimittajat). New York, McGraw-Hill, 2014.