Steroidhormonstruktur, syntes, verkningsmekanism

1277
Anthony Golden

De steroidhormoner De är ämnen tillverkade av körtlar med intern sekretion och som dumpas direkt i cirkulationsströmmen, vilket leder dem till vävnaderna där de utövar sina fysiologiska effekter. Dess generiska namn kommer från det faktum att det har en steroidkärna i sin grundstruktur..

Kolesterol är föregångarsubstansen från vilken alla steroidhormoner syntetiseras, vilka är grupperade i gestagener (till exempel progesteron), östrogener (östron), androgener (testosteron), glukokortikoider (kortisol), mineralokortikoider (aldosteron) och vitamin D. 

Jämförelse av strukturen av ett steroidhormon (kortisol) med en molekyl av samma kemiska natur (vitamin D3) (Källa: Den ursprungliga uppladdaren var Palladius på engelska Wikipedia. [Allmän domän] via Wikimedia Commons)

Även om de olika steroidhormonerna presenterar molekylära skillnader mellan dem, vilket är vad som ger dem deras olika funktionella egenskaper, kan man säga att de har en grundläggande struktur som är gemensam för dem och som representeras av cyklopentaneperhydrofenantren med 17 kolatomer..

Artikelindex

  • 1 Struktur av steroider
    • 1.1 C21
    • 1.2 C19
    • 1.3 C18
  • 2 Syntes
    • 2.1 - Syntes på binjurebarknivån
    • 2.2 - Androgensyntes
    • 2.3 - Syntes av manliga könssteroider i testiklarna
    • 2.4 - Syntes av kvinnliga könssteroider i äggstockarna
  • 3 Handlingsmekanism
  • 4 Aldosteron som ett exempel
  • 5 Referenser

Struktur av steroider

Steroider är organiska föreningar av mycket varierande natur som har gemensamt vad som kan betraktas som en föräldrakärna som består av fusion av tre ringar med sex kolatomer (cyklohexaner) och en av fem kolatomer (cyklopentan).

Denna struktur är också känd som "cyklopentaneperhydrofenantren". Eftersom ringarna är sammankopplade är det totala antalet kolatomer som utgör den 17; De flesta naturliga steroiderna har dock metylgrupper vid kol 13 och 10, vilket representerar kol 18 respektive 19..

Schema över fyrcirkelns polycykliska struktur av cyklopentaneperhydrofenantren (Källa: NEUROtiker [Public domain] via Wikimedia Commons)

Många av de naturliga steroida föreningarna har också en eller flera grupper med alkoholfunktion i ringstrukturen och kallas därför steroler. Bland dem är kolesterol, som har en alkoholfunktion vid kol 3 och en kolvätesidokedja med 8 kolatomer fästa vid kol 17; atomer som är numrerade från 20 till 27.

Struktur av en steroid. Bild modifierad från MarcoTolo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Förutom dessa 17 kol kan steroidhormoner ha 1, 2 eller 4 fler av dessa atomer i sin struktur, för vilka tre typer av steroider känns igen, nämligen: C21, C19 och C18.

C21

C21s, som progesteron och binjurebortikosteroider (glukokortikoider och mineralokortikoider), härrör från "gravidan". Den har 21 kolatomer eftersom till 17 av basringen läggs de två av metylgrupperna i kol 13 och 10 och två kol i sidokedjan fäst vid C17 som ursprungligen, i kolesterol, var 8 kol.

C19

C19 motsvarar könshormoner med androgen aktivitet och härrör från "androstan" (19 kolatomer), vilket är strukturen som finns kvar när gravidan förlorar de två kolerna i C17-sidokedjan, som ersätts av en hydroxyl- eller en ketongrupp.

C18

C18-steroider är kvinnliga hormoner eller östrogener som syntetiseras huvudsakligen i kvinnliga könsorganen och vars enastående egenskaper, med avseende på de andra två typerna av steroider, är frånvaron av metylen närvarande i den senare fäst vid kolet i position 10.

Under syntesen från kolesterol produceras enzymatiska modifieringar som förändrar antalet kol och främjar dehydrogenering och hydroxylering av specifika kol i strukturen..

Syntes

Cellerna som producerar steroidhormoner är huvudsakligen belägna i binjurens cortex, där glukokortikoider såsom kortisol, mineralokortikoider såsom aldosteron och manliga könshormoner som dehydroepiandrosteron och androstenedion produceras..

Manliga könsgonader är ansvariga för produktionen av androgener, inklusive ovannämnda hormoner och testosteron, medan de mogna äggstocksfolliklarna producerar progesteron och östrogener..

Syntesen av alla steroidhormoner börjar från kolesterol. Denna molekyl kan syntetiseras av celler som producerar steroidhormoner, men för det mesta erhålls den av dessa celler från lågdensitetslipoproteiner (LDL) som finns i cirkulerande plasma..

Syntes av binjurhormoner (Källa: Endokrin läkare [CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)] via Wikimedia Commons)

- Syntes på nivå av binjurebarken

Tre skikt utmärks i binjurebarken, känd från utsidan som glomerulär, fascikulär respektive retikulär zon..

I glomeruläret syntetiseras mineralokortikoider (aldosteron) huvudsakligen, i fascikulära glukokortikoider såsom kortikosteron och kortisol, och i retikulära androgener såsom dehydroepiandrosteron och androstenedion.

Glukokortikoid syntes

Det första steget i syntesen sker i mitokondrierna och består av verkan av ett enzym som kallas kolesterol-desmolas, som tillhör cytokrom P450-superfamiljen och även känd som "P450scc" eller "CYP11A1", vilket främjar eliminering av 6 av kolatomerna. av sidokedjan fäst vid C17.

Med verkan av desmolas omvandlas kolesterol (med 27 kolatomer) till Pregnenolon, som är en förening med 21 kolatomer och representerar den första av C21-steroider.

Pregnenolon rör sig till det släta endoplasmiska retikulumet, där genom verkan av enzymet 3β-hydroxi-steroid dehydrogenas genomgår dehydrogenering i hydroxylen av alkoholgruppen av kol 3 och blir progesteron.

På grund av verkan av 21β-hydroxylas, även kallat "P450C21" eller "CYP21A2", hydroxyleras progesteron vid kol 21 och omvandlas till 11-deoxikortikosteron, som återgår till mitokondrierna, och till vilket enzymet 11β-hydroxylas ("P450C11 ”Eller” CYP11B1 ”) omvandlas till kortikosteron.

En annan synteslinje i den fascikulära zonen som inte slutar i kortikosteron utan i kortisol inträffar när Pregnenolon eller progesteron hydroxyleras i position 17 av 17a-hydroxylas ("P450C17" eller "CYP17") och omvandlas 17-hydroxipregnolon eller 17-hydroxiprogesteron.

Samma enzym som redan nämnts, 3β-hydroxysteroid dehydrogenas, som omvandlar Pregnenolon till Progesteron, omvandlar också 17-hydroxipregnolon till 17-hydroxiprogesteron.

Det senare bärs successivt av de två sista enzymerna i vägen som producerar kortikosteron (21β-hydroxylas respektive 11β-hydroxylas) till deoxikortisol respektive kortisol..

Glukokortikoidåtgärder

De viktigaste glukokortikoiderna som produceras i zona fascicular i binjurebarken är kortikosteron och kortisol. Båda ämnena, men särskilt kortisol, uppvisar ett brett spektrum av åtgärder som påverkar ämnesomsättningen, blod, försvar och sårläkningssvar, benmineralisering, matsmältningskanalen, cirkulationssystemet och lungorna..

När det gäller metabolism stimulerar kortisol lipolys och frisättning av fettsyror som kan användas i levern för bildandet av ketonkroppar och LDL-proteiner; minskar glukosupptag och lipogenes i fettvävnad och glukosupptag och användning i muskler.

Det främjar också proteinkatabolism i periferin: i bindväv, muskler och benmatris, vilket frigör aminosyror som kan användas i levern för syntes av plasmaproteiner och för glukoneogenes. Det stimulerar dessutom tarmglukosabsorptionen genom att öka produktionen av SGLT1-transportörer..

Accelererad tarmglukosabsorption, ökad leverproduktion och minskat utnyttjande av detta kolhydrat i muskler och fettvävnader gynnar en höjning av plasmaglukosnivåerna..

När det gäller blodet, gynnar kortisol koagulationsprocessen, stimulerar bildningen av neutrofila granulocyter och hämmar den hos eosinofiler, basofiler, monocyter och T-lymfocyter. Det hämmar också frisättningen av inflammatoriska mediatorer såsom prostaglandiner, interleukiner, lymfokiner, histamin och serotonin.

I allmänna termer kan man säga att glukokortikoider stör immunsvaret, varför de kan användas terapeutiskt i de fall där detta svar är överdrivet eller olämpligt, såsom i fallet med autoimmuna sjukdomar eller i organtransplantationer för att minska avslag.

- Androgensyntes

Androgensyntes vid binjurebarken sker huvudsakligen vid nivån i retikulär zon och från 17-hydroxipregnolon och 17-hydroxiprogesteron.

Samma 17a-hydroxylasenzym, som producerar de två nämnda substanserna, har också 17,20 lyasaktivitet, vilket tar bort de två kolerna i C17-sidokedjan och ersätter dem med en ketogrupp (= O).

Denna sista åtgärd minskar koltalet med två och producerar C19-steroider. Om effekten är på 17-hydroxipregnolon är resultatet dehydroepiandrosteron; om det drabbade ämnet tvärtom är hydroxiprogesteron, kommer produkten att vara androstenion.

Båda föreningarna är en del av de så kallade 17-ketosteroiderna, eftersom de har en ketongrupp vid kol 17.

3β-hydroxysteroid dehydrogenas omvandlar också dehydroepiandrosteron till androstenedion, men det vanligaste är att det förstnämnda omvandlas till dehydroepiandrosteronsulfat av ett sulfokinas, som nästan existerar i retikulär zon.

Syntes av mineralokortikoider (aldosteron)

Zona glomerularis saknar 17a-hydroxylasenzymet och kan inte syntetisera 17-hydroxsteroidprekursorerna till kortisol och könshormoner. Det har inte heller 11β-hydroxylas, men det har ett enzym som kallas aldosteronsyntetas som sekventiellt kan producera kortikosteron, 18-hydroxikortikosteron och mineralokortikoid aldosteron..

Åtgärder av mineralokortikoider

Den viktigaste mineralokortikoid är aldosteron syntetiserat i zona glomerularis i binjurebarken, men glukokortikoider uppvisar också mineralokortikoidaktivitet.

Aldosteronets mineralokortikoidaktivitet utvecklas på nivån av den distala nefronens rörformiga epitel, där det främjar natriumåterabsorption (Na +) och kalium (K +) utsöndring, vilket bidrar till bevarande av nivåerna av dessa joner i kroppsvätskorna..

- Syntes av manliga könssteroider i testiklarna

Testikulär androgensyntes sker vid nivån av Leydig-celler. Testosteron är det viktigaste androgenhormonet som produceras i testiklarna. Dess syntes involverar den initiala produktionen av androstenedion som tidigare beskrivits för syntesen av androgener vid binjurebarknivån..

Androstenedion omvandlas till testosteron genom verkan av enzymet 17β-hydroxysteroid dehydrogenas, som ersätter ketongruppen i kol 17 med en hydroxylgrupp (OH).

I vissa vävnader som fungerar som ett mål för testosteron reduceras det med ett 5a-reduktas till dihydrotestosteron, med större androgen effekt.

- Syntes av kvinnliga könssteroider i äggstockarna

Denna syntes inträffar cykliskt tillsammans med de förändringar som uppstår under den kvinnliga sexuella cykeln. Syntesen sker i follikeln som under varje cykel mognar för att frigöra ett ägg och sedan producera motsvarande corpus luteum.

Östrogener syntetiseras i granulära celler i den mogna follikeln. Den mogna follikeln har celler i kroppen som producerar androgener som androstenedion och testosteron..

Dessa hormoner diffunderar i närliggande granulosaceller, som har aromatasenzymet som omvandlar dem till estron (El) och 17β-östradiol (E2). Från båda syntetiseras estriol.

Åtgärder av könssteroider

Androgener och östrogener har som huvudfunktion utvecklingen av manliga respektive kvinnliga sexuella egenskaper. Androgener har anabola effekter som främjar syntesen av strukturella proteiner, medan östrogener gynnar ossifikationsprocessen.

Östrogenerna och progesteronet som frigörs under den kvinnliga sexuella cykeln är avsedda att förbereda kvinnans kropp för en eventuell graviditet som ett resultat av befruktningen av det mogna ägget som frigörs under ägglossningen..

Handlingsmekanism

Om du behöver uppdatera ditt minne om hormonernas verkningsmekanism, rekommenderas att du tittar på följande video innan du läser vidare.

Verkningsmekanismen för steroidhormoner är ganska lika i alla. När det gäller lipofila föreningar löses de utan svårighet i lipidmembranet och tränger igenom cytoplasman i deras målceller, som har specifika cytoplasmiska receptorer för det hormon som de måste svara på..

När hormonreceptorkomplexet har bildats korsar det kärnmembranet och binder i genomet, på samma sätt som en transkriptionsfaktor, med ett hormonresponselement (HRE) eller primärsvargen, vilket i sin tur kan ibland reglera andra gener kallas sekundärt svar.

Slutresultatet är främjande av transkription och syntes av budbärar-RNA som översätts i ribosomerna i det grova endoplasmiska retikulumet som slutligen syntetiserar proteinerna som induceras av hormonet..

Aldosteron som ett exempel

Aldosteronmolekyl

Aldosteronets verkan utövas huvudsakligen vid nivån av den sista delen av det distala röret och i uppsamlingskanalerna, där hormonet främjar Na + -återabsorption och K-sekret+.

I luminalmembranet hos de huvudsakliga rörformiga cellerna i denna region finns epiteliala Na + -kanaler och K + -kanaler av typen "ROMK". Njurens yttre medullära kaliumkanal).

Det basolaterala membranet har Na + / K + ATPas-pumpar som kontinuerligt drar Na + från cellen till det basolaterala interstitiella utrymmet och inför K + i cellen. Denna aktivitet håller den intracellulära koncentrationen av Na + mycket låg och gynnar skapandet av en koncentrationsgradient för denna jon mellan tubulens lumen och cellen..

Denna lutning gör det möjligt för Na + att röra sig mot cellen genom epitelkanalen, och eftersom Na + passerar ensam, förblir för varje jon som rör sig en okompenserad negativ laddning som får tubulens lumen att bli negativ med avseende på interstitiet. Det vill säga en transepitelial potentialskillnad skapas med det negativa ljuset.

Denna negativitet av ljuset gynnar utgången av K + som rör sig av dess högre koncentration i cellen och ljusets negativitet utsöndras mot rörets lumen för att slutligen utsöndras. Det är denna Na + -återabsorption och K + -sekretionsaktivitet som regleras av aldosterons verkan..

Aldosteron som finns i blodet och frigörs från zona glomerularis som svar på verkan av angiotensin II, eller till hyperkalemi, tränger in i huvudcellerna och binder med sin intracytoplasmiska receptor.

Detta komplex når kärnan och främjar transkriptionen av gener vars uttryck kommer att öka syntesen och aktiviteten hos Na + / K + -pumpar, epiteliala Na + -kanaler och ROMK K + -kanaler, liksom andra proteiner. Svar som kommer att ha den övergripande effekten av retentionen av Na + i kroppen och ökningen av urin-K-utsöndringen+.

Referenser

  1. Ganong WF: The Adrenal Medulla & Adrenal Cortex, 25: e upplagan New York, McGraw-Hill Education, 2016.
  2. Guyton AC, Hall JE: Adrenokortikala hormoner, i Lärobok för medicinsk fysiologi , 13: e upplagan, AC Guyton, JE Hall (red.). Philadelphia, Elsevier Inc., 2016.
  3. Lang F, Verrey F: Hormon, in Physiologie des Menschen mit Pathophysiologie, 31: e upplagan, RF Schmidt et al (red.). Heidelberg, Springer Medizin Verlag, 2010.
  4. Voigt K: Endokrines System, In: Physiologie, 6: e upplagan; R Klinke et al (red.). Stuttgart, Georg Thieme Verlag, 2010.
  5. Widmaier EP, Raph H och Strang KT: Kvinnlig reproduktiv fysiologi, i Vander's Human Physiology: The Mechanisms of Body Function, 13: e upplagan; EP Widmaier et al (red.). New York, McGraw-Hill, 2014.

Ingen har kommenterat den här artikeln än.