HORMON STEROID: STRUKTUR, SINTESIS, MEKANISME TINDAKAN - BIOLOGI - 2025

The hormon steroid adalah bahan yang dihasilkan oleh kelenjar endokrin dan dilepaskan terus ke aliran peredaran darah, yang membawa kepada tisu di mana mengenakan kesan fisiologi mereka. Nama generiknya berasal dari fakta bahawa ia mempunyai inti steroid dalam struktur asasnya.

Kolesterol adalah bahan pendahuluan dari mana semua hormon steroid disintesis, yang dikelompokkan menjadi progestagen (contohnya progesteron), estrogen (estrone), androgen (testosteron), glukokortikoid (kortisol), mineralokortikoid (aldosteron) dan vitamin D.

Perbandingan struktur hormon steroid (kortisol) dengan molekul yang mempunyai sifat kimia yang sama (vitamin D3) (Sumber: Pengunggah asal adalah Palladius di Wikipedia Inggeris. Melalui Wikimedia Commons)

Walaupun hormon steroid yang berbeza mempunyai perbezaan molekul di antara mereka, yang memberikan sifat fungsinya yang berbeza, boleh dikatakan bahawa mereka mempunyai struktur asas yang umum bagi mereka dan yang diwakili oleh siklopentaneperhydrophenanthrene 17 atom karbon.

Struktur steroid

Steroid adalah sebatian organik dengan sifat yang sangat beragam yang mempunyai persamaan yang dapat dianggap sebagai nukleus induk yang terdiri daripada gabungan tiga gelang enam atom karbon (sikloheksana) dan satu daripada lima atom karbon (siklopentana).

Struktur ini juga dikenal sebagai "cyclopentaneperhydrophenanthrene". Oleh kerana cincin saling berkaitan, jumlah atom karbon yang membentuknya adalah 17; namun, kebanyakan steroid semula jadi mempunyai kumpulan metil pada karbon 13 dan 10, yang masing-masing mewakili karbon 18 dan 19.

Skema struktur poliklik empat cincin Cyclopentaneperhydrophenanthrene (Sumber: NEUROtiker melalui Wikimedia Commons)

Sebilangan besar sebatian steroid semula jadi juga mempunyai satu atau lebih kumpulan dengan fungsi alkohol dalam struktur cincin dan oleh itu disebut sterol. Antaranya ialah kolesterol, yang mempunyai fungsi alkohol pada karbon 3 dan rantai hidrokarbon sisi 8 atom karbon yang melekat pada karbon 17; atom yang bernombor 20 hingga 27.

Struktur steroid. Imej diubah suai dari MarcoTolo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Sebagai tambahan kepada 17 karbon ini, hormon steroid mungkin mempunyai 1, 2 atau 4 lebih atom ini dalam strukturnya, yang mana tiga jenis steroid dikenali, iaitu: C21, C19 dan C18.

C21

C21s, seperti kortikosteroid progesteron dan adrenal (glukokortikoid dan mineralokortikoid), berasal dari “kehamilan”. Ia mempunyai 21 atom karbon kerana pada 17 cincin asas ditambahkan dua kumpulan metil karbon 13 dan 10, dan dua karbon dari rantai sisi yang melekat pada C17 yang pada asalnya, dalam kolesterol, adalah 8 karbon .

C19

C19s sesuai dengan hormon seks dengan aktiviti androgenik dan berasal dari "androstane" (19 atom karbon), yang merupakan struktur yang masih ada ketika kehamilan mengandung dua karbon dari rantai sampingan C17, yang digantikan oleh hidroksil atau kumpulan keton.

C18

Steroid C18 adalah hormon wanita atau estrogen yang disintesis terutamanya pada gonad wanita dan ciri khasnya yang luar biasa, berkenaan dengan dua jenis steroid yang lain, adalah ketiadaan metil yang terdapat pada yang terakhir melekat pada karbon pada kedudukan 10.

Semasa sintesis dari kolesterol, pengubahsuaian enzimatik dihasilkan yang mengubah jumlah karbon dan mendorong dehidrogenasi dan hidroksilasi karbon spesifik struktur.

Sintesis

Sel yang menghasilkan hormon steroid terletak terutamanya di korteks kelenjar adrenal, di mana glukokortikoid seperti kortisol, mineralokortikoid seperti aldosteron, dan hormon seks lelaki seperti dehydroepiandrosteron dan androstenedione dihasilkan.

Gonad seksual lelaki bertanggungjawab untuk pengeluaran androgen, termasuk hormon yang telah disebutkan dan testosteron, sementara folikel ovari yang mencapai kematangan menghasilkan progesteron dan estrogen.

Sintesis semua hormon steroid bermula dari kolesterol. Molekul ini dapat disintesis oleh sel yang menghasilkan hormon steroid, tetapi sebahagian besarnya diperoleh oleh sel-sel ini dari lipoprotein berkepadatan rendah (LDL) yang terdapat dalam plasma yang beredar.

Sintesis hormon adrenal (Sumber: Doktor endokrin melalui Wikimedia Commons)

- Sintesis pada tahap korteks adrenal

Tiga lapisan dibezakan dalam korteks adrenal, yang dikenali dari luar sebagai zon glomerular, fasikular, dan retikular.

Di glomerular, mineralokortikoid (aldosteron) terutamanya disintesis, dalam glukokortikoid fasikular seperti kortikosteron dan kortisol, dan di androgen retikular seperti dehydroepiandrosteron dan androstenedione.

Sintesis glukokortikoid

Langkah pertama dalam sintesis berlaku dalam mitokondria dan terdiri daripada tindakan enzim yang disebut kolesterol desmolase, yang tergolong dalam keluarga super sitokrom P450 dan juga dikenali sebagai "P450scc" atau "CYP11A1", yang mendorong penghapusan 6 dari atom karbon rantai sisi yang melekat pada C17.

Dengan tindakan desmolase, kolesterol (27 atom karbon) diubah menjadi kehamilanenolon, yang merupakan sebatian dengan 21 atom karbon dan mewakili steroid jenis C21 yang pertama.

Pregnenolone bergerak ke retikulum endoplasma yang halus, di mana dengan tindakan enzim 3β-hidroksisteroid dehidrogenase ia mengalami dehidrogenasi pada hidroksil kumpulan alkohol karbon 3, dan menjadi progesteron.

Melalui tindakan 21β-hidroksilase, juga disebut "P450C21" atau "CYP21A2", progesteron dihidroksilasi pada karbon 21 dan diubah menjadi 11-deoksikortikosteron, yang kembali ke mitokondria, dan yang mana enzim 11β-hidroksilase (" P450C11 "atau" CYP11B1 ") bertukar menjadi kortikosteron.

Garis sintesis lain di zon fasikular dan yang tidak berakhir pada kortikosteron, tetapi dalam kortisol, berlaku apabila kehamilan atau progesteron dihidroksilasi pada kedudukan 17 oleh 17α-hidroksilase ("P450C17" atau "CYP17") dan diubah menjadi 17-hydroxypregnolone atau 17-hydroxyprogesterone.

Enzim yang sama yang telah disebutkan, 3β-hidroksisteroid dehidrogenase, yang mengubah kehamilan kehamilan menjadi progesteron, juga mengubah 17-hidroksypregnolon menjadi 17-hidroksiprogesteron.

Yang terakhir dibawa berturut-turut oleh dua enzim terakhir dari jalur yang menghasilkan kortikosteron (21β-hidroksilase dan 11β-hidroksilase) masing-masing ke deoxycortisol dan kortisol.

Tindakan glukokortikoid

Glukokortikoid utama yang dihasilkan di zona fasikular korteks adrenal adalah kortikosteron dan kortisol. Kedua-dua zat, tetapi terutama kortisol, menampilkan spektrum tindakan yang luas yang mempengaruhi metabolisme, darah, pertahanan dan tindak balas penyembuhan luka, mineralisasi tulang, saluran pencernaan, sistem peredaran darah, dan paru-paru.

Mengenai metabolisme, kortisol merangsang lipolisis dan pembebasan asid lemak yang dapat digunakan di hati untuk pembentukan badan keton dan protein berkepadatan rendah (LDL); mengurangkan pengambilan glukosa dan lipogenesis dalam tisu adiposa dan pengambilan glukosa dan penggunaan otot.

Ini juga mendorong katabolisme protein di pinggiran: dalam tisu penghubung, otot dan matriks tulang, sehingga melepaskan asid amino yang dapat digunakan di hati untuk sintesis protein plasma dan untuk glukoneogenesis. Ia juga meningkatkan penyerapan glukosa usus dengan meningkatkan pengeluaran pengangkut SGLT1.

Penyerapan glukosa usus yang dipercepat, peningkatan pengeluaran hepatik, dan penurunan penggunaan karbohidrat ini pada otot dan tisu adiposa mendorong peningkatan kadar glukosa plasma.

Mengenai darah, kortisol menyokong proses pembekuan, merangsang pembentukan granulosit neutrofil dan menghambat eosinofil, basofil, monosit dan limfosit T. Ia juga menghalang pembebasan mediator keradangan seperti prostaglandin, interleukin, limfokin, histamin dan serotonin.

Secara umum, dapat dikatakan bahawa glukokortikoid mengganggu tindak balas imun, oleh itu ia dapat digunakan secara terapeutik dalam kes-kes di mana tindak balas ini berlebihan atau tidak sesuai, seperti dalam kes penyakit autoimun atau pemindahan organ untuk mengurangkan penolakan.

- Sintesis androgen

Sintesis androgen pada tahap korteks adrenal berlaku terutamanya pada tahap zon retikular dan dari 17-hydroxypregnolone dan 17-hydroxyprogesterone.

Enzim 17α-hidroksilase yang sama, yang menghasilkan dua bahan yang baru disebutkan, juga mempunyai aktiviti lyase 17,20, yang menghilangkan dua karbon dari rantai sisi C17 dan menggantikannya dengan kumpulan keto (= O).

Tindakan terakhir ini mengurangkan bilangan karbon sebanyak dua kali dan menghasilkan steroid jenis C19. Sekiranya tindakan pada 17-hydroxypregnenolone, hasilnya adalah dehydroepiandrosteron; Sekiranya, sebaliknya, bahan yang terkena adalah hidroksiprogesteron, maka produk tersebut akan menjadi androstenedione.

Kedua-dua sebatian tersebut adalah sebahagian daripada 17-ketosteroid yang disebut, kerana mereka mempunyai kumpulan keton pada karbon 17.

3β-hidroksisteroid dehidrogenase juga menukar dehydroepiandrosteron menjadi androstenedione, tetapi yang paling umum adalah yang pertama ditukar menjadi dehydroepiandrosteron sulfat oleh sulphokinase, terdapat hampir secara eksklusif di zon retikular.

Sintesis Mineralokortikoid (Aldosteron)

Zona glomerularis kekurangan enzim 17α-hidroksilase, dan tidak dapat mensintesis prekursor 17-hidroksisteroid kortisol dan hormon seks. Ia juga tidak mempunyai 11β-hidroksilase, tetapi ia mempunyai enzim yang disebut aldosteron sintetase yang secara berurutan dapat menghasilkan kortikosteron, 18-hidroksikortikosteron, dan mineralokortikoid aldosteron.

Tindakan mineralokortikoid

Mineralokortikoid yang paling penting ialah aldosteron yang disintesis dalam zona glomerularis korteks adrenal, tetapi glukokortikoid juga menunjukkan aktiviti mineralokortikoid.

Kegiatan mineralokortikoid aldosteron berkembang pada tahap epitel tubular dari nefron distal, di mana ia mendorong penyerapan semula natrium (Na +) dan rembesan kalium (K +), sehingga menyumbang kepada pemuliharaan tahap ion ini di cecair badan.

- Sintesis steroid seks lelaki di testis

Sintesis androgen testis berlaku pada tahap sel Leydig. Testosteron adalah hormon androgen utama yang dihasilkan di testis. Sintesisnya melibatkan pengeluaran awal androstenedione seperti yang dijelaskan sebelumnya untuk sintesis androgen pada tahap korteks adrenal.

Androstenedione diubah menjadi testosteron dengan tindakan enzim 17β-hidroksisteroid dehidrogenase, yang menggantikan kumpulan keton pada karbon 17 dengan kumpulan hidroksil (OH).

Dalam beberapa tisu yang berfungsi sebagai sasaran testosteron, ia dikurangkan oleh 5α-reduktase menjadi dihydrotestosteron, dengan kekuatan androgenik yang lebih besar.

- Sintesis steroid seks wanita di ovari

Sintesis ini berlaku secara kitaran bersama dengan perubahan yang berlaku semasa kitaran seksual wanita. Sintesis berlaku di folikel, yang matang pada setiap kitaran untuk melepaskan ovum dan kemudian menghasilkan corpus luteum yang sesuai.

Estrogen disintesis dalam sel granular folikel matang. Folikel matang mempunyai sel-sel di dalam teka yang menghasilkan androgen seperti androstenedione dan testosteron.

Hormon ini meresap ke sel granulosa yang berdekatan, yang memiliki enzim aromatase yang mengubahnya menjadi estrone (E1) dan 17β-estradiol (E2). Dari kedua-duanya, estriol disintesis.

Tindakan steroid seks

Androgen dan estrogen mempunyai fungsi utama pengembangan ciri-ciri seksual lelaki dan wanita masing-masing. Androgen mempunyai kesan anabolik dengan mempromosikan sintesis protein struktur, sementara estrogen menyukai proses pengoksidaan.

Estrogen dan progesteron yang dikeluarkan semasa kitaran seksual wanita bertujuan untuk mempersiapkan tubuh wanita untuk kehamilan akhirnya akibat persenyawaan telur matang yang dilepaskan semasa ovulasi.

Mekanisme tindakan

Sekiranya anda perlu menyegarkan ingatan mengenai mekanisme tindakan hormon, disarankan untuk menonton video berikut sebelum membaca lebih lanjut.

Mekanisme tindakan hormon steroid agak serupa pada semua itu. Sekiranya sebatian lipofilik, mereka larut tanpa kesulitan dalam membran lipid dan menembusi sitoplasma sel sasaran mereka, yang mempunyai reseptor sitoplasma khusus untuk hormon yang mesti mereka bertindak balas.

Setelah kompleks hormon-reseptor terbentuk, ia melintasi membran nuklear dan mengikat dalam genom, dengan cara faktor transkripsi, dengan unsur tindak balas hormon (HRE) atau gen tindak balas primer, yang pada gilirannya sebaliknya dapat mengatur gen tindak balas sekunder yang lain.

Hasil akhirnya adalah promosi transkripsi dan sintesis RNA messenger yang diterjemahkan dalam ribosom retikulum endoplasma kasar yang akhirnya mensintesis protein yang disebabkan oleh hormon.

Aldosteron sebagai contoh

Molekul aldosteron

Tindakan aldosteron terutama dilakukan pada tahap bahagian akhir tiub distal dan di saluran pengumpulan, di mana hormon mempromosikan penyerapan semula Na + dan rembesan K +.

Pada membran luminal sel-sel tubular utama di rantau ini terdapat saluran Na + epitelium dan saluran K + dari jenis "ROMK" (Saluran kalium Renal Outer Medullary).

Membran basolateral mempunyai pam Na + / K + ATPase yang secara berterusan menarik Na + dari sel ke ruang interstisial basolateral dan memperkenalkan K + ke dalam sel. Aktiviti ini memastikan kepekatan Na + intraselular sangat rendah dan menyokong penciptaan kecerunan kepekatan untuk ion ini antara lumen tubulus dan sel.

Kecerunan ini membolehkan Na + bergerak ke arah sel melalui kanal epitelium, dan oleh kerana Na + berlalu bersendirian, untuk setiap ion yang bergerak, cas negatif tanpa pampasan tetap menjadikan lumen tubulus menjadi negatif sehubungan dengan interstitium. Iaitu, perbezaan potensi transepitelium diciptakan dengan cahaya negatif.

Negatif cahaya ini mendorong keluarnya K + yang digerakkan oleh kepekatannya yang lebih tinggi di dalam sel dan negatif cahaya disekresikan ke arah lumen tubulus untuk akhirnya diekskresikan. Aktiviti penyerapan semula Na + dan rembesan K + inilah yang diatur oleh tindakan aldosteron.

Aldosteron terdapat dalam darah dan dilepaskan dari zona glomerularis sebagai tindak balas terhadap tindakan angiotensin II, atau terhadap hiperkalemia, menembusi ke sel-sel utama dan mengikat dengan reseptor intracytoplasmiknya.

Kompleks ini mencapai inti dan mempromosikan transkripsi gen yang ekspresinya akhirnya akan meningkatkan sintesis dan aktiviti pam Na + / K +, saluran Na + epitel dan saluran K + ROMK, serta protein lain. Tindak balas yang akan memberi kesan global terhadap pengekalan Na + di dalam badan dan peningkatan perkumuhan K + kencing.

Rujukan

1. Ganong WF: The Adrenal Medulla & Adrenal Cortex, edisi ke-25. New York, McGraw-Hill Education, 2016.
2. Guyton AC, Hall JE: Adrenocortical Hormones, dalam Buku Teks Fisiologi Perubatan, edisi ke-13, AC Guyton, JE Hall (eds). Philadelphia, Elsevier Inc., 2016.
3. Lang F, Verrey F: Hormon, dalam Physiologie des Menschen mit Pathophysiologie, edisi ke-31, RF Schmidt et al (eds). Heidelberg, Springer Medizin Verlag, 2010.
4. Voigt K: Sistem Endokrin, Dalam: Physiologie, edisi ke-6; R Klinke et al (eds). Stuttgart, Georg Thieme Verlag, 2010.
5. Widmaier EP, Raph H dan Strang KT: Fisiologi Reproduktif Wanita, dalam Fisiologi Manusia Vander: Mekanisme Fungsi Tubuh, edisi ke-13; EP Widmaier et al (eds). New York, McGraw-Hill, 2014.