Стероидные гармоны

 

 

 

Введение

Стероидные гормоны — группа физиологически активных веществ (половые гормоны, кортикостероиды и др.), регулирующих процессы жизнедеятельности у животных и человека.

Стероидные гормоны - один из главных классов гормональных соединений всех видов позвоночных и многих видов беспозвоночных животных. Они являются регуляторами фундаментальных процессов жизнедеятельности многоклеточного организма - координированного роста, дифференцировки, размножения, адаптации, поведения.

У позвоночных стероидные гормоны синтезируются из холестерина в коре надпочечников, клетках Лейдига семенников, в фолликулах и желтом теле яичников, а также в плаценте. Характерная особенность синтеза стероидных гормонов — ряд последовательно протекающих процессов гидроксилирования молекул стероидов, происходящих в митохондриях и микросомах.

Стероидные гормоны содержатся в составе липидных капель в цитоплазме в свободном виде. В связи с высокой липофильностью стероидные гормоны относительно легко диффундируют через плазматические мембраны в кровь, а затем проникают в клетки-мишени.

Действие стероидных гормонов на клетки-мишени осуществляется, главным образом, на уровне регуляции транскрипции генов. Оно опосредуется образованием комплекса гормона со специфическим регуляторным белком - рецептором, узнающим определенные участки ДНК в генах, регулируемых данным гормоном. Таким образом, рецепторы всех стероидных гормонов - лиганд-зависимые факторы транскрипции. Для них характерно значительное сходство аминокислотных последовательностей, идентичная доменная структура и сходный механизм действия.

Данные вещества являются очень важной частью в организме, так как выполняют множество функций. Одной из наиболее важной функцией, является регуляция периода беременности у женщин, а так же регуляция углеводного и водно-солевого обмена в организме. У мужчин, благодаря стероидам происходят такие процессы как; эякуляции и сперматогенез. Данные вещества участвуют во многих процессах в организме. С каждым годом, в медицине, обнаруживаются функции, за которые отвечают стероидные гормоны. Многогранность в функциональности этих гормонов объясняется тем, что это результат взаимодействия данных гормонов со многими различными рецепторами в организме.

О том, что при помощи стероидных гормонов можно лечить различного рода недуги поведал всему миру всем известный ученый Джеймс Райт. Именно он стал первым человеком, который начал изучать воздействие определенного количества этих препаратов на организм при наличии у человека того или иного заболевания.

Вследствие своей многофункциональности, использование их в медицине в качестве средств лечения каких либо заболеваний очень широко. Они по-разному используются в медицине – в первую очередь, как противовоспалительные и противозачаточные средства.

К гормонам коркового слоя надпочечников относятся такие гормоны как кортикостероиды: Гидрокортизон, Кортизон, Кортикостерон, Преднизолон, Прегнан. К половым гормонам мужчин относятся; Андростерон, Тестостерон, Метилтестостерон. К женским половым гормонам относятся; Эстрон, Эстрадиол, Эстриол, Этинилэстрадиол.

В данный момент существует множество препаратов стероидных гормонов, поэтому анализ их качества является весьма актуальной проблемой.

Глава 1. Стероидные гормоны

1.1 Понятиеи синтез

Cтероидные гормоны - это жирорастворимые (липидные) гормоны, являющиеся по структуре стероидами, но способные проникать через клеточную мембрану и избирательно взаимодействуя со специфическими ядерными рецепторами вызывать изменения в генетическом аппарате клетки, то есть осуществляющие гормональную регуляцию в организме человека.

Выделяют четыре наиболее общие группы стероидных гормонов: минералкортикоиды, глюкокортикоиды, андрогены и эстрогены.

Основными представителями этих каждой из этих групп являются альдостерон, кортизол, тестостерон и эстрадиол соответственно.

Кроме того, выделяют группу прогестагенов, основным представителем которой является прогестерон.

Дополнительно разделяют стероидные гормоны из этих пяти групп на две условные группы: половые гормоны (прогестагены, андрогены и эстрогены) и кортикостероиды (минералкортикоиды и глюкортикоиды).

Синтез различных стероидных гормонов из холестерина осуществляется последовательными ферментативными реакциями. Основной путь стероидогенеза, приводящий к образованию минералокортикоидов, глюкокортикоидов, андрогенов и эстрогенов, представлен на приведенном рисунке. Первая стадия на пути превращения холестерина в прегненолон является реакцией, которая происходит во всех стероид-продуцирующих тканях. Эта стадия, лимитирует скорость синтеза стероидных гормонов. Последующие ферментативные реакции стероидогенеза происходят только в определенных тканях.

В организме человека не существует никакого механизма, способствующего накоплению стероидных гормонов в клетках. Только гормональный предшественник в форме эфиров холестерина накапливается в стероид-продуцирующих клетках в значительных количествах. Синтезированные же в них стероидные гормоны быстро попадают через клеточную мембрану в кровяное русло, и, осуществляя свою гормональную регуляцию, постепенно выводятся из организма (в активной форме стероидные гормоны имеют относительно малый период полувывода).

Регуляция синтеза стероидных гормонов осуществляется с помощью пептидных гормонов вырабатываемых гипоталамусом и гипофизом. Кортикотропин, вырабатываемый гипофизом, стимулирует секрецию кортикостероидов (минералкортикоидов и глюкокортикоидов). Гонадотропины (фоллитропин и лютеотропин), вырабатываемые передней долей гипофиза, стимулируют синтез андрогенов и эстрогенов. В свою очередь, гонадолиберин, вырабатываемый гипотоламусом контролирует синтез и освобождение гипофизных гонадотропинов.

Выработка пептидных гормонов гипоталамусом и гипофизом зависит от концентрации контролируемых гормонов в крови и регулируется по принципу обратной связи. Попадание в организм экзогенных стероидных гормонов со скоростью, превышающей скорость синтеза соответствующих эндогенных стероидных гормонов, практически полностью подавляет выработку стимулирующих пептидных гормонов, что приводит к подавлению механизмов синтеза соответствующих эндогенных гормонов, и в результате нарушается общий гормональный баланс в организме.

 

 

Химическая структура андрогена

 

По химической природе андрогены классифицируются как стероидные гормоны, имеющие в своём составе C19-углеродный скелет. Их также называют андростановыми стероидами. Гормоны класса стероидов представляют собой полициклические соединения липидной природы, в основе которых лежит циклопентанпергидрофенантреновое (стерановое) ядро, состоящее из конденсированных между собой трёх насыщенных шестичленных колец (A, B, C) и одного насыщенного пятичленного (D) кольца.

Стерановое ядро обусловливает единство полиморфного по строению и функциям класса стероидных гормонов. Стероидные соединения относительно плохо растворяются в воде и хорошо – в неполярных растворителях: органических растворителях, маслах и белковых растворах. Стероиды характеризуются трёхмерной пространственной конфигурацией, особенности которой существенно влияют на их биологическую активность. Геометрическая форма стероидной молекулы достаточно стабильна и определяется конформацией колец, характером их соединения, а также расположением атомов водорода, радикалов и функциональных групп, присоединённых к стерановому ядру. Стероиды – оптически активные соединения; все природные гормоны являются производными D-ряда. Класс стероидных гормонов включает семейства производных четырёх гипотетических стероидов, содержащих различное число углеродных атомов: прегнана C21, андростана C19, эстрана C18, холестана C27. Андрогены можно рассматирвать как производные андростана.

Андростановые стероидные гормоны – производные гипотетического C19-стероида андростана. Это также D4-3-кетостероиды, отличающиеся от кортикостероидов и прогестинов наличием в 7b-положении OH-группы. Именно эта доминантная группа дифференциально определяет специфическую гормональную активность данных D4-3-кетостероидов в соответствующих реагирующих клетках. Без неё все виды активности андрогенов не проявляются. Производные андростана относятся к группе гормональных стероидов андрогенного ряда.

Главный андрогенный (мужской половой) гормон – тестостерон. Его структура была впервые расшифрована Давидом в 1935 году. Андрогенная активность тестостерона определяется наличием 19 углеродных атомов в стерановом скелете, 3-кето-группой в кольце A и, прежде всего, гидроксилом у C17, расположенным в b-позиции (17a-группа биологически неактивна). Указанные структурные свойства, по-видимому, необходимы для эффективного связывания андрогенов с соответствующими рецепторами. Тестостерон наряду с андрогенными эффектами (стимуляция мужского полового аппарата) способен оказывать на различные ткани (мышцы, почки, печень, матку) мощное анаболическое действие, т.е. увеличивать в них синтез белка.

Андростендион, дегидроэпиандростерон и его сульфат, 11-оксиандростендион, адреностерон гормональной активностью практически не обладают. Однако некоторые соединения могут превращаться в периферических тканях в тестостерон, и наоборот, тестостерон может переходить в андростендион и дегидроэпиандростерон. Также на периферии может происходить и активация тестостерона: под действием фермента 5a-редуктазы тестостерон может превращаться в ряде тканей-мишеней в 5a-дигидротестостерон (5a-андростанолон), обладающий по ряду показателей значительно большей андрогенной активностью, чем тестостерон. Так, 5a-дигидротестостерон гораздо сильнее связывается с андрогенными рецепторами тканей, чем исходное соединение (тестостерон). С повышенным образованием дигидротестостерона из тестостерона в ткани простаты связывают гипертрофию и гиперплазию простаты, развитие аденомы простаты и, возможно, повышение вероятности развития рака простаты. С повышенным образованием дигидротестостерона в волосяных фолликулах связывают чрезмерное оволосение тела и/или «мужской» тип облысения на голове у обоих полов. Увеличивается жирность кожи, что ведёт к образованию угрей. С пониженным или нулевым образованием дигидротестостерона из тестостерона связывают одну из форм синдрома тестикулярной феминизации — нечувствительность тканей к тестостерону. Дигидротестостерон не подавляет выработку ЛГ-гормона, а тестостерон подавляет. По сравнению с тестостероном, 5a-дигидротестостерон имеет менее выраженные анаболические свойства. По-видимому, 4-5 (D4)-двойная связь в молекуле тестостерона, ослабляя андрогенные свойства, усиливает в природных андрогенах анаболическое действие. Вероятно, это обусловлено тем, что в клетках мужского полового аппарата преобладают андрогенные рецепторы, имеющие наибольшее сродство к 5a-дигидротестостерону, в то время как в мышцах и некоторых других тканях доминируют циторецепторы с наибольшим сродством к тестостерону.

В экспериментах над животными было обнаружено, что производные андростана могут выполнять функции половых феромонов у самцов.

 

1.3 Производные  стероидных гормонов

Производные стероидных гормонов получают путем структурных изменений в молекуле взятого за основу стероида. Таким образом, получают стероиды имеющие высокую степень сродства с взятым за основу стероидом, но с измененными в нужную сторону параметрами.

Алкилированием (алькилированием) называется введение в молекулы соединений алкила, например, метила CH3 (метилирование) или этила C2H5 (этилирование). Большинство оральных стероидов алкилированы по 17-альфа: к 17-ой позиции молекулы присоединена метиловая группа (СН3), что предохраняет стероид от быстрого разрушения в печени (при этом оказывая токсичное действие на нее), увеличивая период полураспада стероида до нескольких часов.

В зависимости от характера биологической активности производные стероидных гормонов разделяют на три группы: кортикоидные (кортикостероиды), анаболические андрогенные (анаболические андрогенные стероиды, ААC, АС) и эстрогенные стероидные гормоны. Однако в организме, многие производные стероидных гормонов подвережены ферментативным реакциям в стероид-продуцирующих тканях, и могут превращаться в другие стероидные гормоны, являясь в этом случае одновременно и прогормонами (прекурсорами).

Различные производные стероидных гормонов могут применяться перорально (в виде таблеток или капсул), в виде внутримышечных инъекций, а также в виде мазей (кремов или гелей) и ингаляционно (в виде спреев).

 

Тестостерон — мелкий белый кристаллический порошок, т. пл. 166— 171° не растворим в воде, растворяется в спирте, эфире, хлороформе. Применяют обычно в виде сложных эфиров — пропионата или энантата.

При синтезе стероидных гормонов большое значение имеет доступность исходного сырья; в этом отношении β-ситостерин, получаемый из отходов производства бумаги, является весьма перспективным.

Как показали исследования Д.М. Халецкого с сотр., технология производства стероидных гормонов из β-ситостерина мало отличается от их производства из холестерина. Между тем, холестерин является дорогим сырьем животного происхождения, в то время как β-ситостерин — недефицитными дешевым.

Тестостерон и его полусинтетические аналоги обладают способностью оказывать стимулирующее действие на синтез белков в организме (анаболический эффект). Анаболическое действие проявляют тестостерон, его эфиры, метилтестостерон. Однако у них этот эффект намного менее выражен, чем андрогенная активность. Метандриол (метиландростендиол), являющийся промежуточным продуктом синтеза метилтестостерона, проявляет слабую андрогенную и относительно более высокую анаболическую активность. Еще более избирательным анаболическим действием обладает метандиенон (метандростенолон).