STEROIDHORMONER: STRUKTUR, SYNTESE, VIRKNINGSMEKANISME - BIOLOGI - 2026

De steroidhormoner er stoffer som produseres av endokrine kjertler og blir tømt direkte inn i sirkulasjonsstrømmen, noe som fører til vevsprøven, hvor utøve deres fysiologiske virkninger. Dets generiske navn stammer fra det faktum at den har en steroid kjerne i sin grunnleggende struktur.

Kolesterol er forløperen som alle steroidhormoner er syntetisert fra, og som er gruppert i progestagener (for eksempel progesteron), østrogener (østrone), androgener (testosteron), glukokortikoider (kortisol), mineralokortikoider (aldosteron) og D-vitamin

Sammenligning av strukturen til et steroidhormon (kortisol) med et molekyl av samme kjemiske natur (vitamin D3) (Kilde: Den opprinnelige opplasteren var Palladius på engelsk Wikipedia. Via Wikimedia Commons)

Selv om de forskjellige steroidhormonene har molekylære forskjeller mellom dem, og det er det som gir dem deres forskjellige funksjonelle egenskaper, kan det sies at de har en grunnleggende struktur som er felles for dem, og som er representert av cyclopentaneperhydrofenanthren på 17 karbonatomer.

Strukturer av steroider

Steroider er organiske forbindelser av en veldig mangfoldig art som har felles det som kan betraktes som en overordnet kjerne som består av fusjon av tre ringer med seks karbonatomer (cykloheksaner) og en av fem karbonatomer (cyklopentan).

Denne strukturen er også kjent som "cyclopentaneperhydrophenanthrene". Siden ringene er gjensidig koblet, er det totale antall karbonatomer som utgjør 17; Imidlertid har de fleste naturlige steroider metylgrupper ved karbon 13 og 10, som representerer henholdsvis karbon og 18.

Skjematisk av den firringede polysykliske strukturen til Cyclopentaneperhydrophenanthrene (Kilde: NEUROtiker via Wikimedia Commons)

Mange av de naturlige steroidforbindelsene har også en eller flere grupper med alkoholisk funksjon i ringstrukturen og kalles derfor steroler. Blant dem er kolesterol, som har en alkoholfunksjon ved karbon 3 og en side-hydrokarbonkjede med 8 karbonatomer festet til karbon 17; atomer som er nummerert fra 20 til 27.

Struktur av et steroid. Bilde endret fra MarcoTolo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

I tillegg til disse 17 karbonatene, kan steroidhormoner ha 1, 2 eller 4 flere av disse atomene i sin struktur, som tre typer steroider anerkjennes, nemlig: C21, C19 og C18.

C21

C21-ene, som progesteron- og binyrebarkosterosteroider (glukokortikoider og mineralokortikoider), er avledet fra "fertil". Den har 21 karbonatomer fordi de to av metylgruppene av karbonatomer 13 og 10 tilsettes til basenringens 17, og to karbonatomer i sidekjeden festet til C17 som opprinnelig, i kolesterol, var 8 karbonatomer .

C19

C19-ene tilsvarer kjønnshormoner med androgen aktivitet og er avledet fra "androstan" (19 karbonatomer), som er strukturen som gjenstår når gravid mister de to karbonene i sidekjeden C17, som erstattes av en hydroksyl eller en ketonegruppe.

C18

C18-steroider er kvinnelige hormoner eller østrogener som hovedsakelig syntetiseres i kvinnelige gonader, og hvis fremragende egenskap, med hensyn til de to andre steroidetypene, er fraværet av metylen til stede i sistnevnte festet til karbonet i stilling 10.

Under syntesen fra kolesterol produseres enzymatiske modifikasjoner som endrer antall karbonatomer og fremmer dehydrogeneringer og hydroksyleringer av spesifikke karbonatomer i strukturen.

syntese

Cellene som produserer steroidhormoner er primært lokalisert i barken i binyrene, hvor det produseres glukokortikoider som kortisol, mineralokortikoider som aldosteron og mannlige kjønnshormoner som dehydroepiandrosteron og androstenedion.

De mannlige seksuelle gonadene er ansvarlige for produksjonen av androgener, inkludert hormonene som allerede er nevnt og testosteron, mens eggstokkene som oppnår modning produserer progesteron og østrogener.

Syntese av alle steroidhormoner starter fra kolesterol. Dette molekylet kan syntetiseres av celler som produserer steroidhormoner, men for det meste oppnås det av disse cellene fra lipoproteiner med lav tetthet (LDL) til stede i sirkulerende plasma.

Syntese av binyrehormoner (Kilde: Endokrin lege via Wikimedia Commons)

- Syntese på nivået av binyrebarken

I binyrebarken skilles tre lag, kjent fra utsiden i henholdsvis glomerulære, fascikulære og retikulære soner.

I glomerulær syntetiseres hovedsakelig mineralokortikoider (aldosteron), i de fascikulære glukokortikoider som kortikosteron og kortisol, og i de retikulære androgener som dehydroepiandrosteron og androstenedion.

Glukokortikoid syntese

Det første trinnet i syntesen skjer i mitokondriene og består av virkningen av et enzym kalt cholesterol desmolase, som tilhører cytokrom P450 superfamilien og også kjent som "P450scc" eller "CYP11A1", som fremmer eliminering av 6 av karbonatomene i sidekjeden festet til C17.

Med virkningen av desmolase omdannes kolesterol (27 karbonatomer) til pregnenolon, som er en forbindelse med 21 karbonatomer og representerer den første av C21-typen steroider.

Pregnenolon beveger seg til den glatte endoplasmatiske retikulum, hvor den ved virkning av enzymet 3P-hydroksysteroiddehydrogenase gjennomgår dehydrogenering ved hydroksylen i alkoholgruppen av karbon 3 og blir progesteron.

Gjennom virkningen av 21β-hydroksylase, også kalt “P450C21” eller “CYP21A2”, hydroksyleres progesteron ved karbon 21 og omdannes til 11-deoksykortikosteron, som går tilbake til mitokondriene, og som enzymet 11β-hydroxylase (“ P450C11 "eller" CYP11B1 ") konverteres til kortikosteron.

En annen synteselinje i fascikulær sone, og som ikke ender i kortikosteron, men i kortisol, oppstår når pregnenolon eller progesteron hydroksyleres i posisjon 17 med 17a-hydroksylase ("P450C17" eller "CYP17") og omdannes til 17-hydroksypregnolon eller 17-hydroxyprogesteron.

Det samme enzymet som allerede er nevnt, 3β-hydroksysteroiddehydrogenase, som omdannerregnenolon til progesteron, konverterer også 17-hydroksypregnolon til 17-hydroxyprogesteron.

Det siste bæres suksessivt av de to siste enzymer i banen som produserer henholdsvis kortikosteron (21p-hydroksylase og 11p-hydroksylase) til deoksykortisol og kortisol.

Glukokortikoide handlinger

De viktigste glukokortikoidene som produseres i binærbarkens zona fascicular er kortikosteron og kortisol. Begge stoffene, men spesielt kortisol, viser et bredt spekter av handlinger som påvirker metabolisme, blod, forsvars- og sårhelingsrespons, beinmineralisering, fordøyelseskanalen, sirkulasjonssystemet og lungene.

Når det gjelder metabolisme, stimulerer kortisol lipolyse og frigjøring av fettsyrer som kan brukes i leveren for dannelse av ketonlegemer og proteiner med lav tetthet (LDL); reduserer glukoseopptak og lipogenese i fettvev og glukoseopptak og utnyttelse i muskler.

Det fremmer også proteinkatabolisme i periferien: i bindevev, muskel og beinmatrise, og frigjør derved aminosyrer som kan brukes i leveren til syntese av plasmaproteiner og for glukoneogenese. Det stimulerer i tillegg intestinal glukoseopptak ved å øke produksjonen av SGLT1-transportører.

Akselerert intestinal glukoseopptak, økt leverproduksjon og redusert utnyttelse av dette karbohydratet i muskel- og fettvev favoriserer en økning i plasmaglukosenivået.

Når det gjelder blodet, favoriserer kortisol koaguleringsprosessen, stimulerer dannelsen av neutrofile granulocytter og hemmer den for eosinofiler, basofiler, monocytter og T-lymfocytter. Det hemmer også frigjøring av inflammatoriske mediatorer som prostaglandiner, interleukiner, lymfokiner, histamin og serotonin.

Generelt sett kan det sies at glukokortikoider forstyrrer immunresponsen, derfor kan de brukes terapeutisk i de tilfeller hvor denne responsen er overdrevet eller upassende, for eksempel i tilfelle autoimmune sykdommer eller i organtransplantasjoner for å redusere avvisning.

- Androgensyntese

Androgensyntese på nivået av binyrebarken skjer hovedsakelig på nivået av retikulær sone og fra 17-hydroksypregnolon og 17-hydroxyprogesteron.

Det samme 17a-hydroksylase-enzymet, som produserer de to nevnte stoffene, har også 17,20 lyase-aktivitet, som fjerner de to karbonene i C17-sidekjeden og erstatter dem med en ketogruppe (= O).

Denne siste handlingen reduserer antall karbonatomer med to og produserer steroider av C19-typen. Hvis handlingen er på 17-hydroksypregnenolon, er resultatet dehydroepiandrosteron; Hvis det berørte stoffet tvert imot er hydroksyprogesteron, vil produktet bli androstendion.

Begge forbindelsene er en del av de såkalte 17-ketosteroider, da de har en ketonogruppe ved karbon 17.

3β-hydroksysteroiddehydrogenasen konverterer også dehydroepiandrosteron til androstenedion, men det vanligste er at førstnevnte blir omdannet til dehydroepiandrosteronsulfat av en sulfokinase, til stede nesten utelukkende i retikulær sone.

Syntese av mineralkortikoider (Aldosteron)

Zona glomerularis mangler 17a-hydroksylaseenzym, og kan ikke syntetisere 17-hydroksysteroidforløpere til kortisol og kjønnshormoner. Den har heller ikke 11β-hydroksylase, men den har et enzym kalt aldosteronsyntetase som sekvensielt kan produsere kortikosteron, 18-hydroksykortikosteron og mineralocorticoid aldosteron.

Handlinger av mineralokortikoider

Det viktigste mineralokortikoidet er aldosteron syntetisert i zona glomerularis i binyrebarken, men glukokortikoider viser også mineralokortikoid aktivitet.

Mineralocorticoid-aktiviteten til aldosteron utvikler seg på nivået med det rørformede epitel i det distale nefronet, der det fremmer reabsorpsjonen av natrium (Na +) og sekresjonen av kalium (K +), og bidrar dermed til bevaring av nivåene av disse ionene i kroppsvæsker.

- Syntese av mannlige kjønnssteroider i testiklene

Testikulær androgensyntese skjer på nivået av Leydig-cellene. Testosteron er det viktigste androgenhormonet som produseres i testiklene. Syntesen involverer den første produksjonen av androstenedion som tidligere beskrevet for syntesen av androgener på nivået av binyrebarken.

Androstenedione blir omdannet til testosteron ved virkningen av enzymet 17P-hydroksysteroiddehydrogenase, som erstatter ketongruppen på karbon 17 med en hydroksylgruppe (OH).

I noen vev som fungerer som et mål for testosteron, reduseres det med en 5a-reduktase til dihydrotestosteron, med større androgen kraft.

- Syntese av kvinnelige kjønnssteroider i eggstokkene

Denne syntesen skjer syklisk og ledsager endringene som skjer under den kvinnelige seksuelle syklusen. Syntese forekommer i follikkelen, som modnes i løpet av hver syklus for å frigjøre et egg og deretter produsere det tilsvarende corpus luteum.

Østrogener syntetiseres i de granulære cellene i den modne follikel. Den modne follikkelen har celler i sin theca som produserer androgener som androstendion og testosteron.

Disse hormonene diffunderer til nærliggende granulosa-celler, som har aromatase-enzymet som konverterer dem til estrone (E1) og 17β-estradiol (E2). Fra begge blir estriol syntetisert.

Handlinger av sexsteroider

Androgener og østrogener har som hovedfunksjon utviklingen av henholdsvis mannlige og kvinnelige seksuelle egenskaper. Androgener har anabole effekter ved å fremme syntese av strukturelle proteiner, mens østrogener favoriserer ossifikasjonsprosessen.

Østrogenene og progesteronet som frigis under den kvinnelige seksuelle syklusen, er ment å forberede kvinnens kropp på en eventuell graviditet som et resultat av befruktningen av det modne egget som frigjøres under eggløsningen.

Virkningsmekanismen

Hvis du trenger å oppdatere hukommelsen din om virkningsmekanismen til hormoner, anbefales det å se følgende video før du leser videre.

Virkemekanismen til steroidhormoner er ganske lik hos dem alle. Når det gjelder lipofile forbindelser, løses de opp uten problemer i lipidmembranen og trenger inn i cytoplasmaet til målcellene deres, som har spesifikke cytoplasmatiske reseptorer for hormonet de må reagere på.

Når hormonreseptorkomplekset er dannet, krysser det kjernemembranen og binder seg i genomet, på en måte som en transkripsjonsfaktor, med et hormonresponselement (HRE) eller primært responsgen, som igjen i stedet kan den regulere andre såkalte sekundære responsgener.

Sluttresultatet er promotering av transkripsjon og syntese av messenger-RNA som er oversatt til ribosomene i det grove endoplasmatiske retikulumet som ender opp med å syntetisere proteinene indusert av hormonet.

Aldosteron som eksempel

Aldosteronmolekyl

Handlingen av aldosteron utøves hovedsakelig på nivået med den endelige delen av det distale røret og i oppsamlingskanalene, der hormonet fremmer Na + reabsorpsjon og K + sekresjon.

I luminalmembranen til de viktigste rørformede cellene i denne regionen er det epiteliale Na + -kanaler og K + -kanaler av typen “ROMK” (Renal Outer Medullary kaliumkanal).

Den basolaterale membranen har Na + / K + ATPase-pumper som kontinuerlig trekker Na + fra cellen inn i det basolaterale mellomliggende rommet og introduserer K + i cellen. Denne aktiviteten holder den intracellulære konsentrasjonen av Na + veldig lav og favoriserer dannelsen av en konsentrasjonsgradient for dette ionet mellom lumen i tubulen og cellen.

Denne gradienten gjør at Na + kan bevege seg mot cellen gjennom epitelkanalen, og siden Na + passerer alene, forblir for hvert ion som beveger seg en ukompensert negativ ladning som får tubulens lumen til å bli negativ med hensyn til interstitium. Det vil si at en transepitel potensialforskjell skapes med det negative lyset.

Denne negativiteten av lyset favoriserer utgangen av K + som beveget seg ved sin høyere konsentrasjon i cellen, og negativiteten til lyset skilles ut mot tubulens lumen for endelig å skilles ut. Det er denne Na + reabsorpsjonen og K + sekresjonsaktiviteten som er regulert av virkningen av aldosteron.

Aldosteron som er tilstede i blodet og frigjort fra zona glomerularis som respons på virkningen av angiotensin II, eller på hyperkalemi, trenger inn i det indre av hovedcellene og binder seg med sin intracytoplasmatiske reseptor.

Dette komplekset når kjernen og fremmer transkripsjonen av gener hvis ekspresjon vil ende opp med å øke syntesen og aktiviteten til Na + / K + -pumper, epiteliale Na + -kanaler og ROMK K + -kanaler, så vel som andre proteiner. Respons som vil ha en global effekt, opprettholdelse av Na + i kroppen og økningen i urinutskillelse av K +.

referanser

1. Ganong WF: The Adrenal Medulla & Adrenal Cortex, 25. utg. New York, McGraw-Hill Education, 2016.
2. Guyton AC, Hall JE: Adrenocortical Hormones, in Textbook of Medical Physiology, 13. utg, AC Guyton, JE Hall (eds). Philadelphia, Elsevier Inc., 2016.
3. Lang F, Verrey F: Hormone, in Physiologie des Menschen mit Pathophysiologie, 31. utg, RF Schmidt et al (eds). Heidelberg, Springer Medizin Verlag, 2010.
4. Voigt K: Endokrines System, I: Physiologie, 6. utg.; R Klinke et al (red.). Stuttgart, Georg Thieme Verlag, 2010.
5. Widmaier EP, Raph H og Strang KT: Female Reproductive Physiology, in Vander's Human Physiology: The Mechanisms of Body Function, 13. utg; EP Widmaier et al (red.). New York, McGraw-Hill, 2014.