Wikipedia

Steroidogeneza

(Preusmjereno sa Steroidi)

Steroidogeneza je proces u kojem nastaju stereoidi, koji su organski spojevi sa četiri prstena u specifičnoj molekulskoj konfiguraciji. Primjeri uključuju prehrambeni lipid holesterol, spolne hormone estradiol i testosteron. Steroidi imaju dvije glavne biološke funkcije: određeni steroidi (kao što kao holesterol) su važne komponente ćelijskih membrana koje mijenjaju membransku fluidnost, a mnogi steroidi su signalne molekule koje aktiviraju receptore steroidnih hormona .[2]

Steroidni prstenski sistem: Roditeljski (ABCD) sistem steroidnih prstenova (hidrougljični okvir) je prikazan prema IUPAC obilježavanju i numeriranju atoma.[1](rp:1785f)

Osnovna struktura steroida se sastoji od sedamnaest ugljikovih atoma, vezanih u četiri "spojena" prstena: tri od šest članova cikloheksanskih prstenova (A, B i C u prvoj slici) i jedan od pet članova ciklopentanskih (D). Steroidi se razlikuju od funkcionalnih grupa u prilogu ovog četveroprstenskog jezgra i od oksidiranih prstenova. Steroli su oblici steroida sa hidroksilnnom grupom na poziciji tri i skeletu izvedenom iz holestan.[3][1]:1785f [4] Oni također mogu znatnije varirati promjenama u strukturi prstena (na primjer, prstenovi koje proizvode sekosteroide, kao što su vitamin D3). Stotine steroida se nalaze u biljkama, životinjama i gljivama. Sve steroide, ćelije proizvede iz steroli lanosterol a (životinje i gljive) ili cikloartenola (biljke). Lanosterol i cikloartenol su izvedeni iz ciklizacije triterpenskih skvalena.[5]

Filled-in diagram of a steroid
Prostorni prikaz
Ball-and-stick diagram of the same steroid
3D prikaz
5α-dihidroprogesteron (5α-DHP), steroid. Ilustriran je oblik četiri prstena većine steroida (ugljikov atom je crn, kisikov crven, a vodikov siv). Apolarni "slab" hidrougljika u sredini (sivo, crno) i polarne groupe na suprotnim stranama (crvrno) su opća svojstva prirodnih steroida. 5α-Dihidroprogesteron je endogeni steroidni hormon i biosintetski međuprodukt.

Nomenklatura

uredi
 
Hemijski dijagram gonan steroidnog jezgra

Gonan, najjednostavniji steroid, sastoji se od sedamnaest ugljikovih atoma: u ugljik-ugljik vezi formiran je od četiri spojena prstena u trodimenzijski oblik. Tri cikloheksanska prstena (A, B, C i u prvoj slici) čine kostur perhidro derivata fenantrena. D prsten ima ciklopentansku strukturu. Kada su prisutne dvije metil grupe i osam ugljika bočnog lanca (na C-17, kao što je prikazano na holesterolu), steroid ima holestanski okvir. Dva uobičajena 5α i 5β stereoizomerna oblika steroida postoje zbog razlike u bočnom, uglavnom planarnom, sistemu prstena, u kojem je privezan atom vodika (H) na ugljik-5, što dovodi do promjene u konformaciji prstena steroida A.

Primjeri strukture steroida su:

 
Hemijski dijagram testosterona, glavnog muškog hormona i anaboličkog steroida
 
Hemijski dijagram žučne kiseline, koji pokazuje karboksilnu kiselinu i dodatne hidroksilne grupe, koje su često prisutne
 
Dijagram deksametazona, sintetskog kortikosteroidnog lijeka
 
Dijagram lanosterola, biosintetskog prekursora životinjskih steroida. Broj ugljika (30) indicira njihov triterpenoidnu klassifikaciju.
 
Dijagram progesterona, steroidnog hormona koji je uključen u ženski menstruacijski ciklus, trudnoću i embriogenezu.
 
Dijagram medrogestona, sintetskog lijeka sa efektima sličnim progesteronu
 
Dijagram beta-Sitosterol, biljnog ili fitosterola, sa potpuno razgranatim ugljikovodičnim bočnim lancem na C-17 i hidroksil grupom na C-3

Pored podjele po prstenovima , i njihovim proširenjima i stezanjima (kontrakcija prstena i ponovnog zatvaranja u veće ili manje prstenove, varijacije u vezama ugljik-ugljik steroidnog okvira, steroidi se razlikuju u pojedinostima, kao što su:

  • red veze unutar prstena,
  • broj metil grupa vezanih za prsten (i, kada su prisutni, istaknuti bočni lanac na C17),
  • funkcijske grupe u vezi s prstenovima i i bočnim lancem, i
  • konfiguracija grupa u privezanih za prstenove i lanac. Primjerice, steroli, kao što su holesterol i lanosterol imaju hidroksilne grupe privezane na položaju C-3, dok testosteron i progesteron imaju karbonilnu (okso supstituent) na C -3; od tih lanosterol sam ima dvije metil grupe na C-4 i holesterol (sa C-5 C-6 dvostrukom vezom) razlikujući se od testosterona i progesterona (koji imaju C-4 i C-5 dvostruke veze).
 
Dijagram holesterola, prototipskog životinjskog sterola. Ovaj strukturni lipid i ključni steroid biosintetski prekursor.[1]
 
Dijagram 5α-holestana, općeg steroidnog jezgra
 
Dijagram steroida 5α i 5β stereoizomera[1]

Specijska distribucija i funkcija

uredi

U eukariota , steroidi se nalaze u gljivama , životinjama i biljkama. Gljivični steroidi uključuju ergosterole.

Steroidi životinja obuhvataju spojeve kičmenjaka i insekata, a potonji uključujući ekdisteroid e, kao što su ekdisteron (kontrolni za presvlačenje u nekim vrstama). Kičmenjački primjeri uključuju steroidni hormon i holesterol; ovaj drugi je strukturna komponenta ćelijske membrane koji pomaže u određivanju njene fluidnosti i glavni je sastojak ateroma (upletenog u ateroskleroze).

Steroidni hormoni uključuju:

U prokariota, postoje biosintetski putevi za okvir tetracikličnih steroida (npr. mikobakterija) odakle, prema nagađanjima, vode porijeklo eukarioti, i više općih pentacikličnih triterpinoidnih hopanoidnih okvira.

Tipovi

uredi

Netaknuti sistem prstenova

uredi

Također je moguća klasifikacija steroida na osnovu njihovog hemijskog sastava. Jedan od primjera kako j e pristup koji upotrebljava MeSH (Medical Subject Headings) – klasifikacija koja je dostupna na Wikipedia MeSH katalogu. Primjeri ove klasifikacije uključuju:

 
Dijagram holekalciferola (vitamina D3), primjer 9,10-sekosteroida
 
Dijagram ciklopamina, primjer kompleksaof C-nor-D-homosteroida
Klasa Primjer Broj ugljikovih atoma
Holestani Holesterol 27
Holani Žučna kiselina
Pregnani Progesteron 21
Androstani Testosteron 19
Estrani Estradiol 18

Gonani (steroidno jezgro) je roditeljski 17-ugljična tetraciklična molekula ugljikovodika bez alkil bočnih lanaca

Rascjepljeni, kontrahirani i prošireni prstenovi

uredi

Sekosteroidi (lat. seco = smanjiti) su potklasa steroidnih spojeva – rezultat biosinterskih ili, konceptualno, rascjepljenih izvorno-roditeljskih steroidnih prstenova (obično jednog od četiri). Glavne sekosteroidne potklase su definirane steroidnim atomima ugljika u kojem je ovaj rascjep nastao. Naprimjer, prototip sekosteroida holekalciferol, vitamin D3 (na slici), je u 9,10-sekosteroidna potklasa i proizlazi iz cijepanja atoma ugljika C-9 i C-10 steroidnog B-prstena; 5,6-sekosteroidi i 13,14-steroidi su slični.[6]

Norsteroidi (nor-, L. norma; "normalno" – u hemiji –označava oduzimanje ugljika),[7] a homosteroidi (homo- grč. homos = isto, jednako), ukazuje na dodavanje ugljika) su strukturna potklasa steroida koji su formirani biosintski. Prvi uključuju enzimske reakcije ekspanzije i kontrakcije prstena, a drugi se ostvaruju (biomimetski) ili (češće) zatvaranje prstenova acikličkih prekursora sa više (ili manje) prstenskih atoma od okvira roditeljskog steroida.[8] Kombinacije ovih prstenskia alteracija su poznate i u prirodi. Npr., Na primjer, ovce koje pasu kukuruz gutaju ciklopamin (na slici) i veratramin, iz dvije potporodice steroida koji su stegnuti /kontrahirani i prošireni, odnosno putem biosinteteze C- i D-prstenskih migracija originalnog C-13 atoma. Konzumacija ovih C-ni-D-homosteroida rezultate urođenom mahanom u jagnjadi: ciklopija od ciklopaminske deformacije nogu od veratramina.[9] Dalje, C-ni-D-homosteroid (nakiterpiosin) se izlučuje kod Okinawanskih cijanobakteriospužvi – Terpios hoshinota –što je dovelo do smrtnosti korala od crne koralne bolesti.[10] Nakiterpiosinski tip steroida je aktivan protiv [[signal||nog puta koji je uključen u glatkih i ježastih signalizacijskih proteina, put koji je hiperaktivan u velikom broju karcinoma.

Biološki značaj

uredi

Steroidi i njihovi metaboliti često funkcioniraju kao signalizacijska molekula (najznačajniji primjeri su steroidni hormoni), a steroidi i fosfolipidi su komponente ćelijskih membrane membrana . Steroidi kao što su holesterol smanjuju fluidnost membrana.[11]

Slično lipidima, steroidi su visoko koncentrirani izvori energije. Međutim, oni obično nisu obično izvorai energije; u sisara, oni se obično metaboliziraju i izlučuju.

Farmakološko djelovanje

uredi

Dvije klase lijekova slijede mevalonatni put: statini (koriste se za smanjenje povišene razine holesterola) i bisfosfonati (koristi se za liječenje velikog broja degenerativnih bolesti kostiju).

Biosinteza i metabolizam

uredi
 
Dijagram toka steroidogeneze kod čovjeka, sa glavnim klasama steroidnih hormona, pojedinih steroida i enzimskim putevima.
Promjene molekulske strukture prekursora su označene u bijelom.

Stotine steroida koji su pronađeni u životinjama, gljivama i biljkama, izgrađeni suod lanosterolaa (kod životinja i gljiva, vidi primjere gore) ili cicloartenola (u biljkama). Lanosterol i ckloartenol proizlaze iz ciklizacije triterpenoida skvalena.[12]

 
Pojednostavljeni kraj puta sinteze steroida, gdje međuprodukti izopentenil pirofosfat (PP ili IPP) i dimetilalil pirofosfat (DMAPP) iz geranil pirfosfatta (GPP), skvalen a i lanosterola učesttvuju u biosntezi steroida.
To je anabolitski put u kojem steroidi nastaju od jednostavnih prekursora.
Jedinstven biosintetski put slijede životinjski steroidi .
Poređeno sa odtalim organizmima, čine zajednički put za antibiotik e i druge lijekove protiv infekcija.
Metabolizam steroida kod ljudi je također na meti lijekova za snižavanje holesterola, kao što su statini.

Kod ljudi i drugih životinja biosinteza steroida prati mevalonatni put, koji koristi acetil-CoA kao blokove za dimetilalil pirofosfat (DMAPP) i izopentenil pirofosfat (IPP). U narednim koracima, DMAPP i IPP se pridruže i formiraju geranil pirofosfat (DKP), kojie spaja steroid lanosterol. Modifikacije lanosterola u druge steroide su klasificirane kao steroidogentske transformacije.

Mevalonatni put

uredi

[[Datoteka:thumb|400px|centar|Dijagfram mevalonatnog puta Mevalonat ili HMG-CoA reduktaza, počinje sa acetil-CoA i završava dimetilalil pirofosfatom (DMAPP) i izopentenil pirofosfatom (IPP). DMAPP i IPP doniraju izoprenske jedinice, koje se sklapaju i modificiraju za formiranje terpena i izoprenoid a (veliki klase lipida, koji uključuju karotenoide i čine najveću klasu biljnih prirodnih proizvoda. Ovdje se izoprenske jedinice spajaju, da bi skvaleni reducirali set prstenova, kako bi nastao lanosterol. Lanosterol se onda može pretvoriti u druge steroide, kao što su holesterol i ergosterol.[13]

Regulacija steroidogeneze

uredi

Steroidogeneza je biološki proces u kojem se steroidi generiraju od holesterola i mijenjaju u druge steroide. Metabolički putevi steroidogeneze se razlikuju među vrstama. Glavne klase steroidnih hormona, sa istaknutim članovima i primjerima srodnih funkcija, su:

Ljudska steroidogeneza se javlja na brojnim lokacijama:

Alternativni putevi

uredi

Kod biljaka i bakterija nemevalonatni put, kao supstrat, koristi piruvat i gliceraldehid 3-pfosfat.[14]

Katabolizam i ekskrecija

uredi

Steroidi se prvenstveno oksidiraju putem enzima citokrom P450 oksidaza, kao što su CYP3A4. Ove reakcije u steroide uvode kisik , što omogućava da se holesterol razlaže drugim enzimom u žučne kiseline. Ove kiseline se onda iz jetre mogu otkloniti sekrecijom u žuč Izraz oksidaznog gena može bit povišeno ispoljen preko steroidnog senzora PXR kada postoji velika koncentracija steroida u krvi. Steroidni hormoni kojima nedostaje bočni lanac holesterola i žučne kiseline, obično se hidroksiliziraju na raznim pozicijama prstena ili oksidira na 17. mjestu, konjugiranih sistema sa sulfatom ili se sa glukuronskom kiselinom izlučuje u urinu.[15]

Izolacija, određivanje strukture i metodi analize

uredi
  • Izolacija steroida – ovisno o kontekstu – je izolacija hemijskih materija potrebnih za objašnjenje hemijske strukture, derivatizaciju ili degradacijsku hemiju, biološka ispitivanja i druge potrebe istraživanja (obično miligrama do grama, ali često i više ) ili izolaciju "analitičkih količina" supstance od interesa (gdje je fokus na njenoj identifikaciji i kvantifikaciji (na primjer, u biološkom tkivu ili tekućini). Izolirana količina Iznos izo zavisi odanalitičkih metoda , ali je generalno manja od jednog mikrograma. Metode izolacije za postizanje dvije skale proizvoda se razlikuju, ali uključuju ekstrakciju, padavina, adsorpcija , kromatografije, i kristalizacije. U oba slučaja, izolirana supstanca se pročistiti do hemijske homogenosti; u kombinaciji sa odvajanjem i analitičkim metodima, kao što su LC-MS, koji su izabrani da budu "ortogonalni" za postizanje njihovog razdvajanje na osnovu različita režima interakcije materije i izoluju matricu – jednu vrstu čistog uzorka.

Određivanje strukture se odnosi na metode za određivanje hemijske strukture izoliranog čistog steroida, koristeći se razvojem niza kemijskih i fizičkih metoda. koji uključuju NMR i kristalografiju malih molekula.[16]

Mikrobna – djelimična i ukupna hemijska sinteza steroida

uredi

Katabolizam bočnih lanace fitosterola kod mikroorganizam daje C-19 steroide, preteče većine steroidnih hormona, ili C-22 steroide (prekursore adrenokortikalnih hormona)).[17]

Hemijska konverzija sapogenina u steroide, npr, preko Markerove degradacije je metod parcijalne sinteze koja je bila dugo-zasnovana alternativa mikrobnoj transformaciji fitosterola u steroide, poduprta naporima firme „Syntex“ u suradnji sa meksičkom „Barbasco“ trgovinom (berba i marketing velikih gomolja samoniklog bilja, npr. jama) za proizvodnju ranih sintetskih steroida.[18]

Historija Nobelovih nagrada za istraživanje steroida

uredi

Jedan broj Nobelovih nagrada dobijene su za istraživanja steroida, uključujući:

Također pogledajte

uredi
 Portal Farmakologija

Reference

uredi
  1. ^ a b c d G.P. Moss and the Working Party of the IUPAC-IUB Joint Commission on Biochemical Nomenclature (1989). "Nomenclature of steroids, recommendations 1989" (PDF). Pure & Appl. Chem. 61 (10): 1783–1822. doi:10.1351/pac198961101783. Also available with the same authors (and year) at "IUPAC-IUB Joint Commission on Biochemical Nomenclature (JCBN). The nomenclature of steroids. Recommendations 1989". European Journal of Biochemistry / FEBS. 186 (3): 429–58. Dec 1989. doi:10.1111/j.1432-1033.1989.tb15228.x. PMID 2606099. Note, the article co-authors, the Working Party of the IUPAC-IUB JCBN, were P. Karlson (chairman), J.R. Bull, K. Engel, J. Fried†, H.W. Kircher, K.L. Loening, G.P. Moss, G. Popják and M.R. Uskokovic. Also available online at "The Nomenclature of Steroids". London, GBR: Queen Mary University of London. str. 3S-1.4. Arhivirano s originala, 14. 5. 2011. Pristupljeno 10. 5. 2014. (See also note 4 therein.)
  2. ^ Lednicer D. (2011): Steroid Chemistry at a glance. Wiley, Hoboken ISBN 978-0-470-66084-3.
  3. ^ Moss GP (1989). "Nomenclature of Steroids (Recommendations 1989)". Pure & Appl. Chem. 61 (10): 1783–1822. doi:10.1351/pac198961101783. Arhivirano s originala, 24. 3. 2012. Pristupljeno 2. 1. 2016. PDF "IUPAC-IUB Joint Commission on Biochemical Nomenclature (JCBN). The nomenclature of steroids. Recommendations 1989". European Journal of Biochemistry / FEBS. 186 (3): 429–58. Dec 1989. doi:10.1111/j.1432-1033.1989.tb15228.x. PMID 2606099.
  4. ^ Also available in print at Hill, R.A.; Makin, H.L.J.; Kirk, D.N.; Murphy, G.M. (1991). Dictionary of Steroids. London, GBR: Chapman and Hall. str. xxx–lix. ISBN 0412270609. Pristupljeno 20. 6. 2015. Nepoznati parametar |name-list-format= zanemaren (prijedlog zamjene: |name-list-style=) (pomoć)
  5. ^ "Lanosterol biosynthesis". Recommendations on Biochemical & Organic Nomenclature, Symbols & Terminology. International Union Of Biochemistry And Molecular Biology. Arhivirano s originala, 8. 3. 2011. Pristupljeno 2. 1. 2016.
  6. ^ http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2010/np/c001262a#!divAbstract.
  7. ^ "IUPAC Recommendations: Skeletal Modification in Revised Section F: Natural Products and Related Compounds (IUPAC Recommendations 1999)". International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). 1999. Arhivirano s originala, 4. 3. 2016. Pristupljeno 2. 1. 2016.
  8. ^ Wolfing, János (2007). "Recent developments in the isolation and synthesis of D-homosteroids and related compounds". ARKIVOC: 210–230. Nepoznati parametar |name-list-format= zanemaren (prijedlog zamjene: |name-list-style=) (pomoć)
  9. ^ Gao, Gao; Chen, Chio (2012). "Nakiterpiosin". u Corey, E.J.; Li, Jie Jack (ured.). Total synthesis of natural products: at the frontiers of organic chemistry. Berlin: Springer. doi:10.1007/978-3-642-34065-9. ISBN 978-3-642-34064-2. Nepoznati parametar |name-list-format= zanemaren (prijedlog zamjene: |name-list-style=) (pomoć); Upotreblja se zastarjeli parametar |chapterurl= (pomoć)
  10. ^ Uemura E, Kita M, Arimoto H, Kitamura M (2009). "Recent aspects of chemical ecology: Natural toxins, coral communities, and symbiotic relationships". Pure Appl. Chem. 81 (6): 1093–1111. doi:10.1351/PAC-CON-08-08-12.
  11. ^ Sadava D., Hillis D. M., Heller H. C., Berenbaum M. R.(2011): Life: The science of biology 9th Ed. Freeman, San Francisco, ISBN 1-4292-4646-4.
  12. ^ Sadava D., Hillis D. M., Heller H. C., Berenbaum M. R. (2011): Life: The science of biology, 9th Ed. Freeman, San Francisco, ISBN 1-4292-4646-4.
  13. ^ http://www.ias.ac.in/jbiosci/sep2003/637.pdf.
  14. ^ Lichtenthaler HK (Jun 1999). "The 1-deoxy-d-xylulose-5-phosphate pathway of isoprenoid biosynthesis in plants". Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology. 50: 47–65. doi:10.1146/annurev.arplant.50.1.47. PMID 15012203.
  15. ^ Steimer T.: Steroid hormone metabolism: http://www.gfmer.ch/Books/Reproductive_health/Steroid_hormone_metabolism.html. Geneva Foundation for Medical Education and Research, WHO Collaborating Centre in Education and Research in Human Reproduction.
  16. ^ Makin H. L., Gower D. B.: Steroid analysis, in: Makin H. L., Honor J. W., Shackleton C. H. , Griffiths W. J. (2010): General methods for the extraction, purification, and measurement of steroids by chromatography and mass spectrometry. Springer, Dordrecht; New York, ISBN 978-1-4020-9774-4.
  17. ^ http://www.intechopen.com/books/soybean-and-health/from-soybean-phytosterols-to-steroid-hormones.
  18. ^ https://www.acs.org/content/acs/en/education/whatischemistry/landmarks/progesteronesynthesis.html, Russell Marker Creation of the Mexican Steroid Hormone Industry | work = International Historic Chemical Landmark , American Chemical Society.
  19. ^ http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1927/ | title = Nobelova nagradu za hemiju 1927. Nobelove fondacije.
  20. ^ "Nobelovu nagradu za hemiju 1928". Nobelove fondacije.
  21. ^ "Nobelovu nagradu za hemiju 1939". Nobelove fondacije.
  22. ^ "Nobelovu nagradu za fiziologiju ili medicinu 1950". Nobelove fondacije.
  23. ^ "Nobelovu nagradu za kemiju 1965". Nobelove fondacije.
  24. ^ "Nobelovu nagradu za kemiju 1969". Nobelove fondacije.
  25. ^ "Nobelovu nagradu za kemiju 1975". Nobelove fondacije.

Vanjski linkovi

uredi
Preuzeto iz "https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Steroidogeneza&oldid=3533874"