STEROIDHORMONE: STRUKTUR, SYNTHESE, WIRKMECHANISMUS - BIOLOGIE - 2025

Die Steroidhormone sind Substanzen, die von endokrinen Drüsen produziert werden und direkt in den Kreislauf abgegeben werden, der zu den Geweben führt, wo sie ihre physiologischen Wirkungen ausüben. Sein Gattungsname leitet sich von der Tatsache ab, dass es in seiner Grundstruktur einen Steroidkern hat.

Cholesterin ist die Vorläufersubstanz, aus der alle Steroidhormone synthetisiert werden, die in Progestagene (zum Beispiel Progesteron), Östrogene (Östron), Androgene (Testosteron), Glukokortikoide (Cortisol) eingeteilt sind. Mineralocorticoide (Aldosteron) und Vitamin D.

Vergleich der Struktur eines Steroidhormons (Cortisol) mit einem Molekül gleicher chemischer Natur (Vitamin D3) (Quelle: Der ursprüngliche Uploader war Palladius in der englischen Wikipedia. Via Wikimedia Commons)

Obwohl die verschiedenen Steroidhormone molekulare Unterschiede aufweisen, die ihnen ihre unterschiedlichen funktionellen Eigenschaften verleihen, kann gesagt werden, dass sie eine ihnen gemeinsame Grundstruktur aufweisen, die durch das Cyclopentanperhydrophenanthren mit 17 Kohlenstoffatomen dargestellt wird.

Struktur von Steroiden

Steroide sind organische Verbindungen sehr unterschiedlicher Natur, die einen gemeinsamen Kern gemeinsam haben, der aus der Fusion von drei Ringen mit sechs Kohlenstoffatomen (Cyclohexanen) und einem von fünf Kohlenstoffatomen (Cyclopentan) besteht.

Diese Struktur ist auch als "Cyclopentanperhydrophenanthren" bekannt. Da die Ringe miteinander verbunden sind, beträgt die Gesamtzahl der Kohlenstoffatome, aus denen sie bestehen, 17; Die meisten natürlichen Steroide weisen jedoch Methylgruppen an den Kohlenstoffen 13 und 10 auf, die die Kohlenstoffe 18 bzw. 19 darstellen.

Schema der polycyclischen Vierringstruktur von Cyclopentanperhydrophenanthren (Quelle: NEUROtiker via Wikimedia Commons)

Viele der natürlichen Steroidverbindungen haben auch eine oder mehrere Gruppen mit alkoholischer Funktion in der Ringstruktur und werden daher als Sterole bezeichnet. Unter diesen befindet sich Cholesterin, das eine Alkoholfunktion an Kohlenstoff 3 und eine seitliche Kohlenwasserstoffkette von 8 Kohlenstoffatomen hat, die an Kohlenstoff 17 gebunden sind; Atome, die von 20 bis 27 nummeriert sind.

Struktur eines Steroids. Bild geändert von MarcoTolo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Zusätzlich zu diesen 17 Kohlenstoffen können Steroidhormone 1, 2 oder 4 weitere dieser Atome in ihrer Struktur aufweisen, für die drei Arten von Steroiden erkannt werden, nämlich: C21, C19 und C18.

C21

Die C21 stammen wie Progesteron und Nebennierenrindenkortikosteroide (Glukokortikoide und Mineralokortikoide) aus „Pregnan“. Es hat 21 Kohlenstoffatome, weil zu den 17 des basischen Rings die beiden Methylgruppen der Kohlenstoffe 13 und 10 und zwei Kohlenstoffe der an C17 gebundenen Seitenkette hinzugefügt werden, die ursprünglich in Cholesterin 8 Kohlenstoffe waren .

C19

Die C19 entsprechen Sexualhormonen mit androgener Aktivität und stammen von „Androstan“ (19 Kohlenstoffatome). Dies ist die Struktur, die verbleibt, wenn Pregnan die beiden Kohlenstoffe der C17-Seitenkette verliert, die durch eine Hydroxyl- oder ersetzt wird eine Ketongruppe.

C18

C18-Steroide sind weibliche Hormone oder Östrogene, die hauptsächlich in den weiblichen Gonaden synthetisiert werden und deren herausragende Eigenschaft in Bezug auf die beiden anderen Steroidtypen die Abwesenheit des in letzteren an das Kohlenstoff in Position 10 gebundenen Methyls ist.

Während der Synthese aus Cholesterin werden enzymatische Modifikationen erzeugt, die die Anzahl der Kohlenstoffe verändern und Dehydrierungen und Hydroxylierungen spezifischer Kohlenstoffe der Struktur fördern.

Synthese

Die Zellen, die Steroidhormone produzieren, befinden sich hauptsächlich in der Kortikalis der Nebennieren, wo Glukokortikoide wie Cortisol, Mineralokortikoide wie Aldosteron und männliche Sexualhormone wie Dehydroepiandrosteron und Androstendion produziert werden.

Die männlichen Sexualgonaden sind für die Produktion von Androgenen verantwortlich, zu denen die bereits erwähnten Hormone und Testosteron gehören, während die reifen Eierstockfollikel Progesteron und Östrogene produzieren.

Die Synthese aller Steroidhormone beginnt mit Cholesterin. Dieses Molekül kann von Zellen synthetisiert werden, die Steroidhormone produzieren, aber zum größten Teil wird es von diesen Zellen aus Lipoproteinen niedriger Dichte (LDL) erhalten, die im zirkulierenden Plasma vorhanden sind.

Synthese von Nebennierenhormonen (Quelle: Endokriner Arzt über Wikimedia Commons)

- Synthese auf der Ebene der Nebennierenrinde

In der Nebennierenrinde werden drei Schichten unterschieden, die von außen als glomeruläre, faszikuläre bzw. retikuläre Zonen bekannt sind.

Im Glomerular werden hauptsächlich Mineralocorticoide (Aldosteron) synthetisiert, in den faszikulären Glucocorticoiden wie Corticosteron und Cortisol und in den retikulären Androgenen wie Dehydroepiandrosteron und Androstendion.

Glukokortikoidsynthese

Der erste Schritt in der Synthese findet in den Mitochondrien statt und besteht in der Wirkung eines Enzyms namens Cholesterin-Desmolase, das zur Cytochrom-P450-Superfamilie gehört und auch als "P450scc" oder "CYP11A1" bekannt ist und die Eliminierung von 6 von fördert die Kohlenstoffatome der an C17 gebundenen Seitenkette.

Durch die Wirkung von Desmolase wird Cholesterin (27 Kohlenstoffatome) in Pregnenolon umgewandelt, eine Verbindung mit 21 Kohlenstoffatomen, die das erste Steroid vom Typ C21 darstellt.

Pregnenolon wandert zum glatten endoplasmatischen Retikulum, wo es durch Einwirkung des Enzyms 3β-Hydroxysteroid-Dehydrogenase an der Hydroxylgruppe der Alkoholgruppe von Kohlenstoff 3 dehydriert wird und zu Progesteron wird.

Durch die Wirkung von 21β-Hydroxylase, auch "P450C21" oder "CYP21A2" genannt, wird Progesteron an Kohlenstoff 21 hydroxyliert und in 11-Desoxycorticosteron umgewandelt, das in die Mitochondrien zurückkehrt und zu dem das Enzym 11β-Hydroxylase (" P450C11 "oder" CYP11B1 ") wandelt sich in Corticosteron um.

Eine andere Syntheselinie in der Faszikelzone, die nicht in Corticosteron, sondern in Cortisol endet, tritt auf, wenn Pregnenolon oder Progesteron in Position 17 durch 17α-Hydroxylase ("P450C17" oder "CYP17") hydroxyliert und in umgewandelt werden 17-Hydroxypregnolon oder 17-Hydroxyprogesteron.

Das gleiche bereits erwähnte Enzym, 3β-Hydroxysteroid-Dehydrogenase, die Pregnenolon in Progesteron umwandelt, wandelt auch 17-Hydroxypregnolon in 17-Hydroxyprogesteron um.

Letzteres wird nacheinander von den letzten beiden Enzymen des Weges getragen, der Corticosteron (21β-Hydroxylase und 11β-Hydroxylase) zu Desoxycortisol bzw. Cortisol produziert.

Glukokortikoidwirkungen

Die Hauptglukokortikoide, die in der Zona fascicular der Nebennierenrinde produziert werden, sind Corticosteron und Cortisol. Beide Substanzen, insbesondere Cortisol, zeigen ein breites Wirkungsspektrum, das den Stoffwechsel, das Blut, die Abwehr- und Wundheilungsreaktionen, die Knochenmineralisierung, den Verdauungstrakt, das Kreislaufsystem und die Lunge beeinflusst.

In Bezug auf den Stoffwechsel stimuliert Cortisol die Lipolyse und die Freisetzung von Fettsäuren, die in der Leber zur Bildung von Ketonkörpern und Proteinen niedriger Dichte (LDL) verwendet werden können. verringert die Glukoseaufnahme und Lipogenese im Fettgewebe sowie die Glukoseaufnahme und -verwertung im Muskel.

Es fördert auch den Proteinkatabolismus in der Peripherie: im Bindegewebe, in der Muskel- und Knochenmatrix, wodurch Aminosäuren freigesetzt werden, die in der Leber zur Synthese von Plasmaproteinen und zur Glukoneogenese verwendet werden können. Es stimuliert zusätzlich die intestinale Glukoseabsorption, indem es die Produktion von SGLT1-Transportern erhöht.

Eine beschleunigte intestinale Glukoseabsorption, eine erhöhte Leberproduktion und eine verringerte Verwendung dieses Kohlenhydrats in Muskel- und Fettgewebe begünstigen eine Erhöhung der Plasmaglukosespiegel.

In Bezug auf das Blut begünstigt Cortisol den Gerinnungsprozess, stimuliert die Bildung von neutrophilen Granulozyten und hemmt die Bildung von Eosinophilen, Basophilen, Monozyten und T-Lymphozyten. Es hemmt auch die Freisetzung von Entzündungsmediatoren wie Prostaglandinen, Interleukinen, Lymphokinen, Histamin und Serotonin.

Allgemein kann gesagt werden, dass Glukokortikoide die Immunantwort stören, daher können sie therapeutisch in den Fällen eingesetzt werden, in denen diese Reaktion übertrieben oder unangemessen ist, wie im Fall von Autoimmunerkrankungen oder bei Organtransplantationen zur Verringerung Ablehnung.

- Androgensynthese

Die Androgensynthese auf der Ebene der Nebennierenrinde erfolgt hauptsächlich auf der Ebene der retikulären Zone und aus 17-Hydroxypregnolon und 17-Hydroxyprogesteron.

Das gleiche 17α-Hydroxylase-Enzym, das die beiden gerade genannten Substanzen produziert, hat auch eine 17,20-Lyase-Aktivität, die die beiden Kohlenstoffe der C17-Seitenkette entfernt und durch eine Ketogruppe (= O) ersetzt.

Diese letzte Aktion reduziert die Anzahl der Kohlenstoffe um zwei und produziert Steroide vom Typ C19. Wenn die Wirkung auf 17-Hydroxypregnenolon erfolgt, ist das Ergebnis Dehydroepiandrosteron; Wenn im Gegenteil die betroffene Substanz Hydroxyprogesteron ist, ist das Produkt Androstendion.

Beide Verbindungen sind Teil der sogenannten 17-Ketosteroide, da sie am Kohlenstoff 17 eine Ketongruppe aufweisen.

3β-Hydroxysteroid-Dehydrogenase wandelt auch Dehydroepiandrosteron in Androstendion um. Am häufigsten wird jedoch erstere durch eine Sulfokinase, die fast ausschließlich in der retikulären Zone vorhanden ist, in Dehydroepiandrosteronsulfat umgewandelt.

Synthese von Mineralocorticoiden (Aldosteron)

Der Zona glomerulosa fehlt das 17α-Hydroxylase-Enzym und sie kann die 17-Hydroxysteroid-Vorläufer von Cortisol und Sexualhormonen nicht synthetisieren. Es hat auch keine 11β-Hydroxylase, aber es hat ein Enzym namens Aldosteronsynthetase, das nacheinander Corticosteron, 18-Hydroxycorticosteron und das Mineralocorticoid Aldosteron produzieren kann.

Wirkungen von Mineralocorticoiden

Das wichtigste Mineralocorticoid ist Aldosteron, das in der Zona glomerularis der Nebennierenrinde synthetisiert wird. Glucocorticoide zeigen jedoch auch Mineralocorticoidaktivität.

Die Mineralocorticoid-Aktivität von Aldosteron entwickelt sich auf der Ebene des tubulären Epithels des distalen Nephrons, wo es die Reabsorption von Natrium (Na +) und die Sekretion von Kalium (K +) fördert und so zur Erhaltung der Konzentrationen dieser Ionen in der Körperflüssigkeiten.

- Synthese männlicher Sexualsteroide in den Hoden

Die testikuläre Androgensynthese erfolgt auf der Ebene der Leydig-Zellen. Testosteron ist das wichtigste Androgenhormon, das in den Hoden produziert wird. Seine Synthese beinhaltet die anfängliche Produktion von Androstendion, wie zuvor für die Synthese von Androgenen auf der Ebene der Nebennierenrinde beschrieben.

Androstendion wird durch die Wirkung des Enzyms 17β-Hydroxysteroid-Dehydrogenase in Testosteron umgewandelt, das die Ketongruppe an Kohlenstoff 17 durch eine Hydroxylgruppe (OH) ersetzt.

In einigen Geweben, die als Ziel für Testosteron dienen, wird es durch eine 5α-Reduktase zu Dihydrotestosteron mit größerer androgener Kraft reduziert.

- Synthese weiblicher Sexualsteroide in den Eierstöcken

Diese Synthese erfolgt zyklisch und begleitet die Veränderungen, die während des weiblichen Sexualzyklus auftreten. Die Synthese erfolgt im Follikel, der während jedes Zyklus reift, um eine Eizelle freizusetzen und dann das entsprechende Corpus luteum zu produzieren.

Östrogene werden in den Granulatzellen des reifen Follikels synthetisiert. Der reife Follikel hat Zellen in seinem Theka, die Androgene wie Androstendion und Testosteron produzieren.

Diese Hormone diffundieren in benachbarte Granulosazellen, die das Aromataseenzym besitzen, das sie in Östron (E1) und 17β-Östradiol (E2) umwandelt. Aus beiden wird Östriol synthetisiert.

Aktionen von Sexualsteroiden

Androgene und Östrogene haben als Hauptfunktion die Entwicklung männlicher bzw. weiblicher Geschlechtsmerkmale. Androgene haben anabole Wirkungen, indem sie die Synthese von Strukturproteinen fördern, während Östrogene den Ossifikationsprozess begünstigen.

Die während des weiblichen Sexualzyklus freigesetzten Östrogene und Progesterone sollen den Körper der Frau auf eine mögliche Schwangerschaft infolge der Befruchtung des reifen Eies vorbereiten, das während des Eisprungs freigesetzt wird.

Wirkmechanismus

Wenn Sie Ihr Gedächtnis über den Wirkungsmechanismus von Hormonen auffrischen müssen, wird empfohlen, das folgende Video anzusehen, bevor Sie weiterlesen.

Der Wirkungsmechanismus von Steroidhormonen ist bei allen sehr ähnlich. Bei lipophilen Verbindungen lösen sie sich problemlos in der Lipidmembran auf und dringen in das Zytoplasma ihrer Zielzellen ein, die spezifische zytoplasmatische Rezeptoren für das Hormon haben, auf das sie reagieren müssen.

Sobald der Hormon-Rezeptor-Komplex gebildet ist, passiert er die Kernmembran und bindet im Genom wie ein Transkriptionsfaktor an ein Hormon-Response-Element (HRE) oder ein primäres Response-Gen, das seinerseits stattdessen kann es andere sogenannte sekundäre Antwortgene regulieren.

Das Endergebnis ist die Förderung der Transkription und die Synthese von Messenger-RNAs, die in die Ribosomen des rauen endoplasmatischen Retikulums übersetzt werden und letztendlich die durch das Hormon induzierten Proteine ​​synthetisieren.

Aldosteron als Beispiel

Aldosteronmolekül

Die Wirkung von Aldosteron wird hauptsächlich auf der Ebene des letzten Teils des distalen Röhrchens und in den Sammelkanälen ausgeübt, wo das Hormon die Na + -Reabsorption und die K + -Sekretion fördert.

In der Luminalmembran der Hauptröhrenzellen dieser Region befinden sich epitheliale Na + -Kanäle und K + -Kanäle vom Typ „ROMK“ (renaler äußerer medullärer Kaliumkanal).

Die basolaterale Membran verfügt über Na + / K + ATPase-Pumpen, die kontinuierlich Na + aus der Zelle in den basolateralen Zwischenraum ziehen und K + in die Zelle einführen. Diese Aktivität hält die intrazelluläre Konzentration von Na + sehr niedrig und begünstigt die Erzeugung eines Konzentrationsgradienten für dieses Ion zwischen dem Lumen des Tubulus und der Zelle.

Dieser Gradient ermöglicht es Na +, sich durch den Epithelkanal in Richtung der Zelle zu bewegen, und da Na + alleine passiert, bleibt für jedes sich bewegende Ion eine nicht kompensierte negative Ladung übrig, die bewirkt, dass das Lumen des Tubulus in Bezug auf das Interstitium negativ wird. Das heißt, mit dem negativen Licht wird eine transepitheliale Potentialdifferenz erzeugt.

Diese Negativität des Lichts begünstigt den Austritt von K +, das aufgrund seiner höheren Konzentration in der Zelle und die Negativität des Lichts in Richtung des Lumens des Tubulus ausgeschieden wird, um schließlich ausgeschieden zu werden. Es ist diese Na + -Reabsorption und K + -Sekretionsaktivität, die durch die Wirkung von Aldosteron reguliert wird.

Aldosteron, das im Blut vorhanden ist und als Reaktion auf die Wirkung von Angiotensin II oder auf Hyperkaliämie aus der Zona glomerularis freigesetzt wird, dringt in die Hauptzellen ein und bindet an seinen intrazytoplasmatischen Rezeptor.

Dieser Komplex erreicht den Kern und fördert die Transkription von Genen, deren Expression die Synthese und Aktivität von Na + / K + -Pumpen, epithelialen Na + -Kanälen und ROMK K + -Kanälen sowie anderen Proteinen erhöht. Eine Reaktion, die sich global auf die Beibehaltung von Na + im Körper und die Erhöhung der K + -Ausscheidung im Urin auswirkt.

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