1

Prehrambeno-biotehnološki fakultet

Laboratorij za tehnologiju i primjenu stanica i biotransformacije

STEROIDNI HORMONI

Tehnologija vitamina i hormona

Predavanje 2

Steroidni hormoni

Opće karakteristike

• sintetiziraju se iz kolesterola

• lipofilni spojevi i stoga mogu proći kroz plazminu membranu ciljne stanice

• nakon sinteze izravno se otpuštaju iz stanice

• mogu reagirati s receptorima smještenim u citoplazmi ili

jezgri

• aktiviraju DNA i sintezu proteina• sporije djelovanje i imaju duže “polu-vrijeme opticaja” u

usporedbi s peptidnim hormonima

2

1. Hormoni difundiraju

kroz fosfolipidni dvosloj i ulaze u stanicu

2. Vezanje na receptor

izaziva djelovanje

specifičnih gena

3. Sintetizira se nova mRNA koja utječe na

sintezu novih proteina

4. Novosintetizirani

proteini djeluju na aktivnost stanice

Način djelovanja steroidnih hormona

Slika 1. Način djelovanja steroidnog hormona u stanici

• vezanje steroida na

receptor je vrlo čvrsto, a

konstanta disocijacije je u

rasponu nmol

• gotovo svi receptori u

stanicama osjetljivim na

steroide su smješteni u

jezgri

• zbog hidrofobnog karaktera

steroidne molekule i zbog

male mogućnosti prolaska

kroz citoplazmu bez

pomoći receptora, smatra

se da je mala koncentracija

receptora u citoplazmi na

raspolaganju za njihov

prijenos od membrane do

jezgre

Steroidni hormoni i receptori

Slika 2. Vezanje steroidnih hormona na receptore

3

Struktura receptora za steroidne hormone je vrlo slična meñu vrstama što

ukazuje da su svi članovi superporodice gena, nastali od davnih zajedničkih

predaka

• svaki receptor sadrži hidrofobnu domenu u blizini C-kraja za koju se pretpostavlja da se veže na steroidni hormon te centralnu hidrofilnu DNA veznu domenu

• DNA domena je konzervirana slijed 9 Cys ostataka u svim steroidnim receptorima

• nastali H-R kompleks se:

1. izravno veže na DNA i regulira transkripciju

2. veže se s transkripcijskim faktorima (Jun i Fos) te regulira ekspresiju

gena bez izravnog meñudjelovanja s DNA

Receptori za steroidne hormone

Osnovne strukture steroida

Gonan C17 Estran C18 Androstan C19

Pregnan C21 Kolan C24 Kolestan C27

Slika 3. Osnovne strukture steroida

4

Kolesterol• prisutan samo u hrani

životinjskog porijekla

• nastaje isključivo u jetri

• služi kao prekursor

važnih spojeva u

organizmu: žučne soli,

spolni hormoni, steroidi,

vitamin D

• sastojak je stanične

membrane

• dnevna preporuka <300

mg/dan

• izvori: jetra, žumanjak,

mozak, školjke

Slika 4. Struktura kolesterola

Biosinteza steroidnih hormona

• uvijek započinje iz kolesterola (27 C atoma)

• niz enzima mijenja molekulu steroida ali pri tom uvijek zadržava osnovnu prstenastu strukturu

• sinteza kolesterola se odvija u glatkoj

endoplazmatskoj mrežici dok se enzimska pretvorba

odvija u mitohondrijima

• porodica steroidnih hormona karakterizirana je brojem

C atoma u molekuli te svojom funkcijom

5

Slika 5. Biosinteza steroidnih hormona iz kolesterola

GONADE

NADBUBREŽNA ŽLIJEZDA-kora

Androgeni

Estrogeni

Glukokortikoidi Mineralokortikoidi

Slika 6. Biosinteza steroidnih hormona iz kolesterola

6

•• izolacijaizolacija iziz prirodnihprirodnih izvoraizvora

•• proizvodnjaproizvodnja iziz prirodneprirodne osnoveosnove

•• totalnatotalna sintezasinteza

•• djelomidjelomiččnana sintezasinteza

•• totalnatotalna biotehnolobiotehnološškaka sintezasinteza

Postupci proizvodnje steroidnih hormona

deoksiholna kiselina hekogenin diosgenin solasidin(iz životinjske žuči) iz biljaka

Ergosterol iz kvasca Stigmasterol iz soje Sitosterol iz soje Kolesterol iz masti ovčije vune

Prirodne sirovine za proizvodnju steroidnih hormona i njihovih derivata

Najčešći fitosterol

7

Skupine steroidnih hormona

1. Androgeni

2. Estrogeni

3. Progestini

4. Kortikosteroidi

- glukokortikoidi

- mineralokortikoidi

5. Prostaglandini

1. Androgeni hormoni

MJESTO SINTEZE

• testisi

• nadbubrežna žlijezda

ANDROGENA AKTIVNOST

• rast i razvoj muških spolnih

organa

• uloga u spermatogenezi

ANABOLIČKA AKTIVNOST

• razvoj mišićne mase

• reverzni katabolizam

Slika 7. Biosinteza androgenih hormona iz kolesterola

8

• biosinteza androgenih hormona u organizmu se odvija iz

kolesterola

• u nadbubrežnoj žlijezdi biosinteza se provodi preko

pregnenolona, 17α-hidroksipregnenolona i

dehidroepiandosterona

• u gonadama se sinteza vrši iz progesterona, 17α-hidroksipregnenolona i androstendiona

• androstendion se pregrañuje u testosteron i djelomično u

5α-dihidrotestosteron, oblik koji se veže na receptore i

izaziva androgeno djelovanje

• androgene hormone proizvode intersticijske stanice u

testisima (vrlo mali dio se sintetizira u kori nadbubrežne

žlijezde)

Slika 8. Dobivanje 4-Androsten-3,17-diona iz progesterona

9

• 1935. g. L. Ružička prvi je sintetizirao testosteron

• do tada se dobivao izolacijom iz biološkog materijala (iz 100 kg testisa

bika dobilo se 10 mg kristaliničnog T)

• polazna sirovina u sintezi je dehidroepiandrosteron

• kao polazna sirovina mogu se koristiti diosgenin (iz slatkog krumpira

batata) ili androstendion

Testosteron

17ß-hidroksi-4androsten-4-13-on

Dihidrotestosteron

• nastaje iz testosterona djelovanjem enzima 5α-reduktaze koju

sadrže tkiva ovisna o androgenoj aktivnosti DHT

• antiandrogeno djelovanje je moguće postići djelovanjem na

enzim 5α-reduktazu

10

Dehidroepiandrosteron

3ß-hidroksi-5 androsten-17-on

• preteča u sintezi u biosintezi androgenih hormona

• dehidroepiandrosteron acetat se koristi kao polazna sirovina

u sintezi testosterona

Androsteron

3α-hidroksi-5α-androstan-17-on

• sintetizirao ga L. Ružička 1934. g. iz kolesterola

• injektiranjem može nadoknaditi nedostatak testosterona nakon

postupka kastracije

• nema veće tehnološko ni komercijalno značenje

11

Anabolički steroidi

• skupina sintetskih steroida dobivena iz testosterona

• često korišteni kao “doping” kod sportaša

POZITIVNI UČINCI NEGATIVNI UČINCI• povećanje mišićne mase hipertenzija

• povećanje volumena krvi hipogonadizam

• povećanje gustoće kostiju akne

• smanjenje količine masti ginekomastija

• poboljšanje rasploženja hiperplazija prostate

Tablica 1. Najčešće korišteni anabolički steroidi

12

Izgled tijela 2 godine nakon vježbanja bez primjene anabolika

Izgled tijela godinu dana nakon primjene anabolika

2. Estrogeni hormoni

MJESTO SINTEZE

• ovariji, placenta

• nadbubrežna žlijezda

ESTROGENA AKTIVNOST

• rast i razvoj ženskih

spolnih organa

• uloga u tijekom ovulacije

/trudnoće

• utjecaj na gustoću kostiju

13

• estrogeni hormoni karakteriziraju ženska spolna obilježja

• sintetiziraju se u jajnicima, a mala količina može nastati u

nadbubrežnoj žlijezdi i testisima

• glavna razlika u strukturi u odnosu na androgene hormone je postojanje aromatskog prstena A

• u organizmu se sintetiziraju iz androgenih hormona

djelovanjem enzima aromataze

• kao prekursor u sintezi služi androstendion, a u manjoj mjeri i testosteron

• komercijalno se proizvode kemijskom sintezom

Slika 9. Sinteza estrogenih hormona

Testosteron Androstendion

aromataza aromataza

Estradiol Estron17-ketoreduktaza

17-ketoreduktaza

14

Estron

• proizvodi se djelomičnom sintezom iz androstendiona

zagrijavanjem uz Ni-katalizator u mineralnom ulju

• androstendion se najčešće dobiva mikrobiološkom oksidacijom

kolesterola ili fitosterola

3-hidroksi-estr-1,3,5-trien-17-on

Estradiol

• estradiol i njegovi derivati se koriste kao nadomjestak za

nedovoljnu sintezu estrogenih hormona

• 1938. g. kondenzacijom estrona s etinil acetatom dobiven je etinil-

estradiol koji ima snažno estrogeno djelovanje i sastojak je mnogih

oralnih kontracepcijskih sredstava

• sinteza estradiola provodi se aromatizacijom 19-nortestosterona

estr-1,3,5-trien-3,17 ß-diol

15

Estriol

• posjeduje slabu estrogenu aktivnost i smatra se metaboličkim

proizvodom estrona i estradiola

• proizvodi se sintetski iz estronelon-acetata

estr-1,3,5-trien-3,16α 17 ß-triol

3. Progestogeni hormoni i gestageni

Progesteron• prirodni hormon važan za prihvaćanje oploñenog jajašca i održavanje

trudnoće

• proizvodi se iz sterola poput ergosterola, kolesterola i stigmasterola

kojima se uklanja bočni lanac i tako se dobivaju pregnan sterodi s

21 C atomom

• sintetski gestageni se koriste kao kontracepcijska sredstva

Preg-4-en-3,20 dion

16

4. Kortikosteroidni hormoniKora nadbubrežne žlijezde

• dvije glavne skupine hormona

• mineralokortikoidi (Zona glomerulosa)

• glukokortikodi (Zona fasciculata)

• strukturna sličnost svih kortikosteroida je je identičan A prsten

(3-keto-D)

• svi kortikosteroidi mogu nastati iz progesterona budući sadrže

hidroksilnu skupinu na C21

• zbog široke primjene, a relativno male količine koja se može izolirati iz

biološkog materijala iznañene su metode njihove sinteze

• postupci dobivanja uključuju biokemijsku sintezu pomoću

mikroorganizama te životinjskih i biljnih stanica

Kortizol Kortikosteron Aldosteron Androstendion

17

Aldosteron

• mineralokortikoid važan za održavanje ravnoteže kalija i natrija u

organizmu te zadržavanje natrijevih iona u organizmu.

• koristi se u liječenju Addisonove bolest

• postupak proizvodnje uključuje fermentaciju derivata

progesterona u prisustvu Ophiobolus herpotrichus te dobivanje

spoja iz kojeg je kasnije moguće proizvesti aldosteron

Kortikosteron

• glukokortikoid izomer korteksolona

• ima slab biološki učinak pa nema praktično tehnološko značenje

18

Kortizon

• važan u terapiji reumatoidnog artritisa

• postupci sinteze uključuju sirovine kao žučne kiseline, stigmasterin,

steroidni sapogenini-diosgenin i hekogenin, steroidni alkaloidi-

solasodin i tomatidin

• u svim proizvodnim postupcima kao meñuproizvod nastaje

progesteron ili pojedini pregnanski derivati

Postupak dobivanja kortizona

Kortizon se koristi za ublažavanje boli kod oboljelih od reumatoidnog artritisa.

Postupak dobivanja kortizona uključuje 37

različitih koraka od kojih neki zahtijevaju ekstremne uvjete temperature i pritiska tako

da je proizvedeni spoj u konačnici vrlo skup.

Najkompliciraniji korak je uvoñenje atoma

kisika na položaj 11 steroidnog prstena

progesterona. Taj korak je riješen dodavanjem progesterona u reaktor koji

sadrži Rhizopus nigricans pri čemu se

progesteron hidroksilira i nastaje 11α-

hidroksiprogesteron.

Proizvod se potom ekstrahira s metilen kloridom ili drugim otapalima, pročišćava

kromatografijom i kristalizira. Potom ponovno

slijede reakcije kemijske sinteze.

Primjenom koraka biotransformacije cijeli postupak je olakšan i snizuje cijenu proizvoda

za čak 400x.

DEOKSIKOLNA KISELINA

Kemijska sinteza

Progesteron

Biotransformacija pomoću Rhizopus

nigricans

11α-hidroksiprogesteron

Kemijska sinteza

Kortizon

19

Sintetski derivati i analozi kortikosteroidnih hormona

• spironolakton- antagonist aldosterona

• ß-metazon - derivat prednisolona

• deksametazon - derivat prednisolona

• kloroprednison acetat - derivat prednisolona

• fluorohidrokortizon, parametazon, prednisolon, prednison

SPOJEVI SA SNAŽNIM PROTUUPALNIM,

ANTIALERGIJSKIM I ANTIREUMATSKIM DJELOVANJEM!

5. Prostaglandini• skupina spojeva slična hormonima

• derivati masnih kiselina – prekursor arašidna kiselina

• sudjeluju u regulaciji krvnog tlaka, stimuliraju kontrakciju uterusa i drugih

glatkih mišića, djeluju na trombocite, sudjeluju u imunološkim

reakcijama...

Prostaglandin E1Leukotrien

Tromboksan A2

Arašidna kiselina

Fosfolipaza A2