Биосинтез и химический синтез стероидных гормонов и их производных. Гормоны репродуктивной функции Синтез стероидов в клетке происходит

Стероидные гормоны надпочечников образуются из холестерола, который главным образом поступает из крови, но в небольшом количестве синтезируется in situ из ацетил-СоА через промежуточное образование мевалоната и сквалена. Значительная часть холестерола подвергается в надпочечниках этерификации и накапливается в цитоплазме в липидных капельках. При стимуляции надпочечников посредством АКТГ (или сАМР) происходит активация эстеразы и образующийся свободный холестерол транспортируется в митохондрии, где фермент цитохром Р-450, отщепляющий боковую цепь превращает его в прегненолон. Отщепление боковой цепи включает в себя две реакции гидроксилирования: сначала при С-22, затем при С-20; последующее расщепление боковой связи (удаление 6-углеродного фрагмента изокапроальдегида) приводит к образованию 21-углеродного стероида (рис. 48.2). АКТГ-зависимый белок может связывать и активировать холестерол или Р-450. Мощным ингибитором и биосинтеза стероидов является аминоглутэтимид.

У млекопитающих все стероидные гормоны синтезируются из холестерола через промежуточное образование прегненолона в ходе последовательных реакций, которые протекают в митохондриях либо эндоплазматическом ретикулуме клеток надпочечников. Важную роль в стероидогенезе играют гидроксилазы, катализирующие реакции с участием молекулярного кислорода и NADPH; в определенных этапах процесса участвуют дегидрогеназы, изомераза и лиаза. В отношении стероидогенеза клетки проявляют определенную специфичность. Так, -гидроксилаза и -гидроксистероид-дегидрогена-за - ферменты, необходимые для синтеза альдо-стерона, - присутствуют только в клетках клубочковой зоны и потому только они продуцируют этот минералокортикоид. На рис. 48.3 схематически изображены пути синтеза трех основных классов стероидов надпочечников. Названия ферментов заключены в рамочки, превращения на каждом из этапов выделены цветом.

Синтез минералокортикоидов

Синтез альдостерона протекает по специфичному для минералокортикоидов пути и локализован в клубочковой зоне надпочечников. Превращение прегненолона в прогестерон происходит в результате действия двух ферментов гладкого эндоплазматического ретикулума -Зр-гидроксистеро иддегидрогеназы (Зр-ОН-СД) и Д5-4-изомеразы. Далее прогестерон подвергается гидроксилированию по положению и образуется -дезоксикортикосгерон (ДОК), являющийся активным минералокортикоидом (задерживает Na+). Следующее гидроксилирование (по С-11) приводит к образованию кортикостерона, обладающего глюкокортикоидной активностью и в малой степени-минералокортикоидной (менее 5% от активности альдостерона). У некоторых видов (например, у грызунов) кортикостероид- самый мощный глюкокортикоидный гормон. Гидроксилирование по необходимо для проявления как глюко-, так и минералокортикоидной активности, но наличие гидроксильной группы при С-17 ведет в большинстве случаев к тому, что стероид

Рис. 48.2. Отщепление боковой цеии холестерола и основные структуры стероидных гормонов.

обладает в большей мере глюкокортикоидной активностью и в меньшей степени-минералокортикоидной. В клубочковой зоне фермент гладкого эндоплазматического ретикулума -гидроксилаза отсутствует, но есть митохондриальная 18-гидроксилаза. Под действием этого последнего ферменга кортикостерон превращается в 18-гидроксикортикостерон, из которого далее образуется альдостерон - путем окисления спиртовой группы при С-18 в альдегидную. Уникальный набор ферментов в кчубочковой зоне и специфический характер ее регуляции (см. ниже) позволили ряду ученых не только рассматривать надпочечники как две эндокринные железы, но и кору надпочечников - как два фактически разных органа.

Синтез глюкокортикоидов

Для синтеза кортизола необходимы три гидроксилазы, воздействующие последовательно на положения Первые две реакции идут очень быстро тогда как гидроксилирование по относительно медленно. Если сначала происходит гидроксилирование по то это создает препятствие для действия -гидроксилазы и синтез стероидов направляется по минералокортикоидному пути (образование альдостерона или кортикостерона в зависимости от типа клеток). -Гидроксилаза-фермент гладкого эндоплазматического ретикулума, воздействующий либо на прогестерон, либо (чаще) на прегненолон. Продукт реакции - -гидроксипрогестерон-далее гидроксилируется по с образованием -дезокси-кортизола. Гидроксилирование последнего по дает кортизол - самый мощный из природных глюкокортикоидных гормонов человека. -Гидроксилаза - фермент гладкого эндоплазматического ретикулума, а -гидроксилаза-митохондриальный фермент. Из этого следует, что во время стероидогенеза в клетках клубочковой и пучковой зон происходит челночное движение субстратов: их вход в митохондрии и выход из них (рис. 48.4).

Синтез андрогенов

Основной андроген или, точнее, предшественник андрогенов, вырабатываемый корой надпочечников, - это дегадроэпиандростерон (ДЭА). Большая часть 17-гидроксипрегненолона направляется на синтез глюкокортикоидов, но небольшая его доля подвергается окислению с отщеплением двухуглеродной боковой цепи под действием 17,20-лиазы. Этот фермент выявлен в надпочечниках и гонадах; его субстратом служат только 17а-гидрокси-соединения. Продукция андрогенов заметно возрастает, если нарушается биосинтез глюкокортикоидов из-за недостаточности одной из идроксилаз (см. ниже, адреногенитальный синдром). Большая часть

(см. скан)

Рис. 48.3. Последовательности реакций, обеспечивающие синтез трех основных классов стероидных гормонов. Участвующие ферменты обведены рамкой; произошедшие на каждом этапе модификации выделены цветом. (Slightly modified and reproduced, with permission from Harding B. W. Page 1135 in Endocrinology v.2, Debroot L. Y. , Grune and Stratton. 1979.)

Рис. 48.4. Внутриклеточная локализация последовательных этапов биосинтеза i люкортикоидов. В ходе стероидогенеза в клетках надпочечников происходит челночное движение предшественников гормонов между митохондриями и эндоплазматическим ретикулумом. Участвующие ферменты: 1) С20_22-лиаза, 2) 3(3 i идроксистероид-дегид-рогеназа и Д54-изомераза, 3) 17а-гидроксилаза, 4) 21-гид-роксилаза, 5) 11Р-гидроксилаза. (Slightly modified and reproduced, with permission from Hardind B.W. Page 1135 in Endocrinology v.2, Debroot L. Y . Crune and Stratton, 1979.)

ДЭА быстро модифицируется путем присоединения сульфата, причем примерно половина ДЭА сульфатируется в надпочечниках, а остальная часть в печени. Сульфатированный ДЭА биологически неактивен, но удаление сульфатной группы восстанавливает активность. ДЭА - это в сущности прогормон, поскольку под действием ЗР-ОН-СД и Д5-4-изомеразы этот слабый андроген превращается в более активный андростендион. В небольшом количестве андростендион образуется в надпочечниках и при воздействии лиазы на -гидроксипрогес-терон. Восстановление андростендиона по положению С-17 приводит к образованию тестостерона - самого мощного андрогена надпочечников. Однако по этому механизму в надпочечниках синтезируется лишь малое количество тестостерона, а в основном это превращение протекает в других тканях.

Из венозной крови, оттекающей от надпочечников, можно выделить в небольших количествах и другие стероиды, в том числе -дезок-сикортикостерон, прогестерон, прегненолон, -гидроксипрогестерон и очень немного эстрадиола, образованного путем ароматизации тестостерона. Продукция этих гормонов надпочечниками столь низка, что не играет существенной роли на фоне продукции дргих желез.

Такие препараты, как стероидные гормоны, или как их называют в простонародье стероиды – это элементы, которые руководят процессами жизнедеятельности в организме человека. Людям, которые следят за своим здоровьем, особенно важно узнать специфику этих препаратов.

Где применяются?

Стероиды являются очень важным звеном в организме любого человека. Чем грамотней выстроена цепочка их работы, тем здоровей организм человека. Такое изменение в организме обусловлено их сильным воздействием.

О стероидных препаратах можно услышать в спортивных кругах, чаще всего они там и применяются. Особенно популярны стероиды анаболического воздействия в таких силовых видах спорта:

• пауэрлифтинг;
• тяжелая атлетика;
• кроссфит.

Такие препараты помогают добиться разных целей, от набора мышечной массы – до избавления от лишнего веса.

Стероиды надпочечников

Современный рынок перенасыщен препаратами и спортивным питанием, разобраться в этом богатстве порой сложно. В перечень стероидов можно отнести несколько групп.

Стероиды надпочечников – это такой вид стероидов, который генерируется организмом в надпочечниках. Эти органы совершают незаменимую работу и вырабатывают такие :

• Гидрокортизон, или как его чаще называют – . Еще имеет название глюкокортикоид. Выполняет одну из ключевых ролей в метаболизме – обмен веществ и регулировка кровяного давления. У этого гормона много названий, популярное среди них – « ». Кортизол вырабатывается в организме во время стрессовых ситуаций (переживания, волнение, голодание, недосыпание). Вследствие выработки кортизола мышечные волокна распадаются, ухудшается иммунитет. Поэтому это вещество считают негативным из-за его воздействия на организм, стоит контролировать его выработку.
• Кортикостерон – это вещество отвечает за деградацию белков. А также способствует переработке аминокислот в сложные углеводы, служащие топливом для организма и придающие ему энергию. Еще он помогает печени вырабатывать гликоген, который содержится в мышцах и тоже используется как источник энергии.
• – этот гормон участвует в работе артериального давления. А также этот стероид контролирует значение калия и натрия в теле человека. Он дает призыв почкам впитывать натрий и устранять из мочи калий, если на то имеется необходимость.

Половые стероиды

Не менее популярными являются половые вещества:

• (андроген – мужской половой гормон) – главным андрогеном среди мужских половых органов выступает тестостерон. Тестостерон вырабатывается организмом мужчины в яичках и выполняет важные функции в организме. Тестостерон отвечает непосредственно за половые признаки мужчины, а такие как волосяной покров на лице, груди и других частях тела в отличие от женщин. Этот андроген делает голос грубым, придает ему баритон. А также тестостерон отвечает за развитие мускулатуры и сексуальное влечение. Все эти функции несет на себе андроген.
• Эстрогены (женские половые гормоны) – эти вещества вырабатываются женщинами фолликулярным аппаратом яичников. В класс эстрогенов входят три вида гормонов: эстрадиол, эстриол и эстрон. Эстрогены способствуют развитию матки, маточных труб, влагалища, пигментацию в районе сосков и половых органов. Они увеличивают концентрацию в крови тироксина, железа и меди. В случае нехватки в организме женщины эстрогенов, есть вероятность развития остеопороза.

Анаболические стероиды – это стероиды, которые вызывают андрогенную активность в организме человека и по своему действию похожи на мужской гормон тестостерон.

Такие препараты плотно встречаются в силовых видах спорта. Спортсмены используют анаболические средства для улучшения физического состояния и спортивных показателей. Этот вид препаратов имеет воздействие на мышечные ткани и увеличивает их объем за счет усиленного метаболизма и синтеза белка. Средства анаболического действия также могут приписать людям, страдающим на дистрофию.

Известные препараты

Проверенными в спортивных кругах препаратами являются:

• Гидрокортизон;
• Дексаметазон;
• Преднизон;
• Эстриол;
• Преднизолон.

Перед применением этих препаратов стоит проконсультироваться с врачом.

Побочные эффекты

Стероидные гормоны (в особенности андроген) также могут оказывать негативное действие на организм:

• подавление выработки собственного тестостерона;
• повреждение тканей печени;
• развитие ;
• акне (угри);
• увеличение уровня холестерина в крови;
• проблемы с сердечно-сосудистой системой;
• повышение артериального давления;
• проблемы с почками;
• психические расстройства;
• остановка роста;
• гипертрофия простаты;
• бесплодие;
• образование тромбов.

Применение стероидов требует предельного внимания и щепетильности от человека. Стероидные гормоны всестороннее влияют на организм человека. Не стоит применять непроверенные гормональные средства без консультации специалиста.

Биосинтез стероидных гормонов идет из холестерина. Холестерин синтезируется из ацетил-КоА.

Большая часть холестерина в эндокринных клетках содержится в составе липидных капель, локализированных в цитоплазме, в форме эфиров с жирными кислотами.

Этапы синтеза стероидных гормонов.

1. Вначале происходит освобождение холестерина из липидных капель и переход его в митохондрии, где неэстерифицированный холестерин образует комплексы с белками внутренней митохондриальной ммбраны.
2. Образование ключевого предшественника гормонов – прегненолона, покидающего митохондрии.
3. Образование прогестерона. Процесс идет в микросомах клетки.

Из прогестерона образуются 2 ветви: кортикостероиды и андрогены. Кортикостероиды дают минералокортикоиды и глюкокортикоиды, а андрогены дают начало эстрогенам.

Транспорт гормонов.

Гормоны циркулируют в крови в нескольких формах:

1. В свободном виде (в виде водного раствора)
2. В форме комплексов со специфическими белками плазмы
3. В форме неспецифических комплексов с плазменными белками
4. В форме неспецифических комплексов с форменными элементами крови.

Этот механизм связывания гормонов обеспечивает стабильный уровень гормонов и механизм депонирования гормонов, что ограничивает поступление гормонов из крови в ткани.

Специфические транспортные белки плазмы крови.

1. Транскортин, или кортикостероидсвязывающий глобулин (КСГ).
2. Секс-стероидсвязывающий глобулин (ССГ).
3. Тироксинсвязывающий глобулин (ТСГ).
4. Инсулинсвязывающий белок.

Неспецифические белки.

1. Орозомукоид – связывает различные стероидные гормоны.
2. Сывороточный альбумин – различные гормоны.
3. Трансферин
4. Трипсин
5. -глобулины

Физиологическая роль связывания гормонов в крови.

Комплексирование гормонов с белками крови, и прежде всего специфическими, играет буферно-резервирующую роль по отношению к гормонам, регулируя поступление их из крови в ткани.

Особое значение приобретает специфическое связывание гормонов при беременности, когда концентрация гормонов увеличивается в несколько раз. В этих условиях связывание гормонов выполняет защитную функцию, предохраняя организм матери и плода от избытка гормонов и поддерживая оптимальный гормональный баланс в системе мать-плод. Белки, связывающие гормоны, ограничивают движение гормонов через плаценту.

Предполагается, что некоторые формы патологии эндокринной системы могут быть первично обусловлены нарушениями в связывании гормонов специфическими транспортными белками. Некоторые формы гиперкортицизма (избыток свободных глюкокортикоидов вследствие пониженной концентрации транскортина), диабета (повышенное связывание инсулина специфическими белками).

Периферический метаболизм гормонов.

Примеры активации: Превращение эстрона в эстрадиол

Тироксина в трийодтиронин,

Ангиотензина I в ангиотензин II .

Примеры реактивации: Переход кортизона в кортизол,

Восстановление структуры тестостерона в эстрадиол.

Виды метаболизма:

1. Возможен катаболизм гормонов, их инактивация.
2. Реактивация – Щитовидная железа вырабатывает тетраиодтиронин (тироксин), который теряя йод превращается в трийодтиронин, концентрация которого в кровотоке меньше, но биологическая активность больше.
3. Возникновение молекул с иной гормональной активностью. Андрогены могут превращаться в эстрогены.
4. Активация – ангиотензин I в ангиотензин II

Метаболизм стероидных гормонов.

Протекает без расщепления стероидного скелета и сводится к восстановлению двойной связи в кольце А; окисления – восстановления кислородных групп; гидроксилирования углеродных атомов.

Метаболизм андрогенов.

Для метаболизма секретируемых андрогенов характерна серия реакций активации на периферии. В основе активации лежат реакции восстановления, гидроксилирования.

Метаболизм эстрогенов.

Метаболизм сводится к реакциям гидроксилирования, метилирования углеродных атомов, окислению и восстановлению кислородной функции у 17С.

Пути экскреции гормонов и их метаболитов.

Небольшая доля гормонов экскретируется в неизменном виде. Плохо растворимые в воде метаболиты стероидных гормонов экскретируются в форме глюкуронидов, сульфатов и других эфиров, обладающих высокой водорастворимостью.

Метаболиты аминокислотных гормонов хорошо растворимы в воде и экскретируются главным образом в свободном виде и лишь небольшая часть выделяется в составе парных соединений с кислотами.

Метаболиты белково-пептидных гормонов выводятся преимущественно в форме свободных аминокислот, их солей и небольших пептидов.

Гормональные метаболиты экскретируются с мочой и желчью. Некоторая часть метаболитов выводится из организма с потом и слюной.

Большинство гормонов и их метаболитов выводится из организма почти полностью через 48-72 часа, причем 80-90% попавшего в кровь гормоны выводится уже в первые сутки. Исключение составляют тиреоидные гормоны, аккумулируемые в организме в течение ряда суток в форме тироксина.

Общим предшественником стероидных гормонов является холестерин . Углеродный скелет холестерина включает 27 атомов углерода и состоит из 4 конденсированных колец. Четвёртое кольцо имеет длинную боковую цепь. Существует общепринятая система наименования циклов и нумерации углеродных атомов в молекулах стероидов (см. ).

Холестерин, необходимый для синтеза стероидных гормонов, поступает из разных источников в гормонсинтезирующие клетки желез в составе липопротеинов низкой плотности (ЛНП) (см. ) или синтезируется в клетках из ацетил-СоА (см. ). Избыток холестерина откладывается в липидных каплях в виде эфиров жирных кислот. Запасной холестерин вновь быстро мобилизуется за счёт гидролиза.

Ферментативные реакции . Отдельные стадии биосинтеза стероидных гормонов катализируются высокоспецифичными ферментами. Ферментативные реакции подразделяются на следующие подтипы:

- гидроксилирование (см. ): a, f, g, h, i, k, I, p
- дегидрирование : b, d, m
- изомеризация : c
- гидрирование : o
- расщепление : a, e, n
- ароматизация : q.

На схеме приведён биосинтез трёх стероидов: холестерина (1), прогестерона (2) и андростендиона (3; промежуточного продукта биосинтеза тестостерона), в котором принимают участие ферменты указанных типов ферментативных реакций.

Путь биосинтеза . Биосинтез каждого гормона состоит из множества последовательных ферментативных реакций. В качестве примера рассмотрим биосинтез прогестерона. Биосинтез начинается с расщепления боковой цепи холестерина между C-20 и C-22 (а). Стероидное соединение с укороченной боковой цепью носит название прегненолон. Последующие стадии, окисление гидроксигруппы при C-3 (b) и сдвиг двойной связи от C-5 к C-4 (c) приводят к образованию прогестерона.

Приведённые на схеме стероиды объединены в подгруппы по числу углеродных атомов. Холестерин и кальцитриол являются C 27 -стероидами . Соединения с укороченной на 6 атомов углерода боковой цепью, прогестерон , кортизол и альдостерон , составляют группу C 21 -стероидов . В ходе биосинтеза тестостерон полностью утрачивает боковую цепь и поэтому его относят к C 19 -стероидам . При биосинтезе эстрадиола на стадии образования ароматического цикла теряется ангулярная метильная группа и, следовательно, эстрадиол является C 18 -cтероидом .

В процессе биосинтеза кальцитриол подвергается фотохимической реакции раскрытия кольца B. Поэтому его относят к «секостероидам ». Однако по своим биохимическим свойствам он является типичным стероидным гормоном.

Стероидные гормоны или, попросту, стероиды, представляют собой группу биологически активных веществ регулирующих многие процессы жизнедеятельности человека. Тем кто следит за своим здоровьем и заботится о фигуре, следует подробнее познакомиться с этими ценными веществами и знать о том, за что именно отвечает каждый гормон.

Виды стероидов

К стероидам следует относить следующие виды гормонов:

1. Гормоны коры надпочечников, то есть кортикостероиды. Они подразделяются на глюкокортикоидные гормоны (кортизон, кортизол, кортикостерон), а также на минералкортикоидные гормоны (дезоксикортикостерон, альдостерон).
2. Женские половые гормоны, то есть эстрогены (эстриол, эстрадиол, фолликулин (эстрол), этинилэстрадиол).
3. Мужские половые гормоны, то есть андрогены (андростерон, тестостерон, метилтестостерон, андростендион).

Влияние стероидов

Если рассматривать влияние каждого из перечисленных активных веществ, можно сказать, что:

• глюкокортикоиды необходимы организму для полноценного обмена углеводов, белков, жиров, а также синтеза нуклеиновых кислот. В задачу этих биологически активных веществ входит снижение веса за счет вывода из организма шлаков и токсинов с мочой;
• минералкортикоиды не менее важны для здоровья. Они регулируют водно-солевой обмен, а также обмен потовых и слюнных желез;
• эстрогены, которые вырабатываются в яичниках, отвечают за вынашивание плода и счастливые роды, а также регулируют менструальный цикл женщины. Кроме того, эти активные вещества придают представительницам прекрасного пола женский силуэт, пропорционально распределяя жировые клетки в области ягодиц и бедер. Работа сальных желез, своевременное увлажнение кожи и даже обмен кальция также зависят от нормальной выработки эстрогенов;
• андрогены являются мужскими гормонами, хотя в малых количествах вырабатываются и у женщин. Во время полового созревания такие гормоны отвечают за формирование половых органов, а также за подмышечное и лобковое оволосение. Кстати, у женщин этот вид стероидов вырабатывается всю жизнь, поддерживая нормальное функционирование яичников и матки.

Чем грозит переизбыток и недостаток стероидов

Опасным может быть и повышенное содержание эстрогенов. В этом случае у женщин может нарушаться менструальный цикл, появиться уплотнение в молочных железах, «скакать» вес и резко меняться настроение. Напротив, нехватка эстрогенов зачастую оборачивается нарушением водообменного процесса в женском организме. В этом случае кожа становится сухой и шелушащейся, появляются морщины, угри и целлюлит. К тому же недостаток этих активных веществ приводит к сухости вагины и недержанию мочи. От такого дефицита страдают кости, которые становятся слабыми и хрупкими.

Но особенно чувствителен женский организм к нарушению выработки андрогенов. Переизбыток этих стероидов подавляет выработку женских половых гормонов, в результате чего у женщины могут появиться мужские половые признаки, к примеру, огрубение голоса, оволосение и прекращение менструации. Если же наблюдается дефицит андрогенов, у представительниц слабого пола снижается либидо, наблюдаются приливы жара, дамы становятся сверхэмоциональны и могут впасть в депрессию.

Как можно заметить, стероидные гормоны крайне важны для женщин, а значит, не помешает периодически проходить обследование и контролировать уровень этих веществ в организме. Здоровья вам и красоты!