33. изопреноиды II. стероиды

Лекция 33

ИЗОПРЕНОИДЫ II

СТЕРОИДЫ

Стероиды - группа биологически важных природных соединений, в основе структуры которых лежит скелет циклопентанопергидрофенантрена (стерана). Стероиды входят в состав всех растительных и животных организмов.

Стероиды – это важные группы низкомолекулярных биорегуляторов: желчные кислоты, кортикостероиды (гормоны коры надпочечников), половые гормоны и серию соединений с различными биологическими функциями.

Природные стероиды подразделяются на:

• зоостерины, выделяемые из организмов высших животных,

• микостерины, выделяемые из грибов и микроорганизмов,

• фитостерины, выделяемые из растений.

В основе структуры природных стероидов лежит холестан:

Важнейший представитель зоостеринов – холестерин – впервые выделенный из желчи:

20% холестерина поступает в организм с пищей, а 80% образуется в организме из AcKoA по следующему пути:

В организме холестерин содержится в свободном виде (ХС) и виде сложных эфиров с карбоновыми кислотами (ХСЭ). Экзогенный и эндогенный холестерин, попадая в кровь, входит в состав липопротеинов и разносится в ткани. Излишек холестерина выводится из организма главным образом с желчью через кишечник. Нарушение обмена холестерина приводит к отложению его на стенках кровеносных сосудов и является причиной атеросклероза.

Холестерин содержится в клеточных мембранах, обеспечивая им необходимые физико-химические свойства и предохраняя их от окисления. Значительные количества холестерина содержатся в ткани головного мозга и нервной ткани.

Эргостерин – важнейший представитель микостеринов, получаемый экстракцией из дрожжей:

При фотохимической изомеризации эргостерина образуется эргокоальциферол – витамин D₂:

Аналогично из 7-дегидрохолестерина образуется холекальциферол –

витамин D₃:

Витамины группы D регулируют фосфатно-кальциевый обмен в организме.

Они образуются в коже под действием ультрафиолетовых лучей, а также получаются промышленным путем из эргостерина и 7-дегидрохолестерина. Последний получают из холестерина двустадийным синтезом:

Холестерин является биохимическим предшественником всех остальных биогенных стероидов: желчных кислот, стероидных гормонов – кортикостероидов, половых гомонов. Основные пути их биосинтеза заключаются в том, что исходная молекула холестерина подвергается биологическому окислению, теряя атомы углерода и приобретая кислородсодержащие заместители: карбоксильные, карбонильные и гидроксильные группы.

Желчные кислоты

В желчи содержатся стероидные соединения – производные холана:

т.н. желчные кислоты, образующиеся в печени из холестерина:

Желчные кислоты соединяются с глицином и таурином, образуя

парные желчные кислоты (гликохолевая, таурохолевая):

Соли парных желчных кислот обладают поверхносто-активными свойствами. Эмульгируя жиры пищи, они способствуют их перевариванию, а также активируют пищеварительный фермент липазу, гидролизующий жиры.

СТЕРОИДНЫЕ ГОРМОНЫ

Кортикостероиды

Кортикостероиды (или кортикоиды) – это гормоны коркового вещества надпочечников, где они образуются из холестерина. Из экстракта надпочечников выделено 46 кортикоидов. Кортикоиды делятся на две группы:

• глюкокортикоиды, регулирующие углеводный обмен;

• минералокортикоиды, регулирующие водно-солевой обмен.

Структурной основой кортикостероидов является прегнан:

Глюкокортикоиды:

Глюкокортикоиды действуют как антагонисты инсулина, повышая содержание глюкозы в крови. Они стимулируют глюконеогенез и образование гликогена, способствуют расщеплению жиров и белков.

Синтетические аналоги глюкокортикоидов – преднизолон, гидрокортизон и др. – по своему действию превосходят природные соединения:

Глюкокортикоиды и их синтетические аналоги обладают мощным противовоспалительным, противошоковым, антиаллергическим действием. Они широко используются для лечения экзем, бронхиальной астмы, артритов.

Химические свойства глюкокортикоидов и их аналогов:

Введение фтора в положение 9:

Реакции окисления:

В реакциях с фенилгидразином глюкокортикоиды образуют окрашенные гидразоны (качественное определение):

Минералокортикоиды

Примером минералокортикоидов является альдостерон. Он регулирует водно-солевой обмен, увеличивая реабсорбцию ионов натрия в почечных канальцах, и тем самым повышает содержание Na⁺ в крови и других жидкостях организма.

Половые гормоны

Эти гормоны вырабатываются половыми железами и регулируют половые функции. Они подразделяются на женские (гестагены и эстрогены) и мужские (андрогены) половые гормоны.

Женские половые гормоны

А. Гестагены

Гестагены – гомоны беременности – образуются в желтом теле яичников. Как и кортикостероиды, гестагены являются производными прегнана. Наибольшей активностью из них обладает прогестерон:

Б. Эстрогены

Эстрогены – производные эстрана. Отличительные признаки их структуры – ароматическое кольцо А, отсутствие метильной группы у С-10 и боковой углеродной цепи у С-17. Наиболее важные эстрогены – эстрадиол и эстрон.

Эстрогены контролируют менструальный цикл у женщин, а также активируют синтетазу жирных кислот, способствуя образованию жиров из глюкозы. Используются как лекарственные препараты для лечения климактерических расстройств, гипертонии и других заболеваний. Эстрогены содержатся и в растениях – кокосовых орехах, цветках ивы и др. В настоящее время для медицинских целей эстрогены получаются путем промышленного синтеза.

Синтетические аналоги эстрагенов – дипропионат эстрадиола и этинилэстрадиол – при пероральном применении в несколько раз активнее своих природных предшественников – эстрадиола и эстрона:

В результате широкого синтетического поиска были получены этилстильбэстрол и продукт его гидрирования синэстрол – соединения нестероидной структуры, обладающие выраженной эстрогенной, а также противоопухолевой активностью:

Мужские половые гормоны (андрогены)

Андрогены вырабатываются мужскими половыми железами. Они стимулируют развитие вторичных мужских половых признаков, выработку спермы, а также обладают сильным анаболическим эффектом – усиливают синтез белков, способствуя развитию мышц.

По химической структуре андрогены – это производные андростана. Главные из них – андростерон и более активный тестостерон (первый был выделен из мочи, и, по-видимому, является продуктом метаболизма тестостерона):

Анаболическое действие андрогенов стимулировало поиск их аналогов, обладающих минимальной гормональной и максимальной анаболической активностью. Химическая модификация природных андрогенов показала, что сложные эфиры тестостерона (в частности, пропионат), сохраняя гормональную активность, действуют более длительно. Другие производные – метилтестостерон, фенаболин – обладают слабым гормональным и выраженным анаболическим действием и применяются как анаболические препараты:

Сердечные гликозиды

Сердечные гликозиды – это стероидные гликозиды растительного происхождения. В них стероидная часть молекулы играет роль агликона (здесь он называется генином), связанного с олигосахаридом:

Особенностью этих веществ является то, что они избирательно накапливаются в тканях миокарда, где их концентрация более, чем в 200 раз, превышает концентрацию в других тканях. В небольших дозах они возбуждают сердечную деятельность и используются в кардиологии. В больших дозах они являются сердечными ядами. Выделяются эти соединения из наперстянки пурпурной (Digitalis purpurea), строфантина (Strophantus), ландыша.

К генинам сердечных гликозидов относятся дигитоксигенин (составная часть гликозида дигитоксина из Digitalis purpurea) и строфантидин (составная часть гликозида строфанта из Strophantus):

В южноамериканском растении Stevia содержится стевиозид – сложный гликозид с агликоном структурно близким к стероидам:

Стевиозид обладает интенсивным сладким вкусом (в 100-200 раз больше сахарозы) и широко применяется в качестве пищевой добавки.

ЛИТЕРАТУРА:

Основная:

1. Тюкавкина Н.А., Зурабян С.Э., Белобородов В.Л. и др. – Органическая химия (специальный курс), кн.2 – Дрофа, М., 2008 г., с. 242-250, 360-397.

2. Н.А.Тюкавкина, Ю.И.Бауков – Биоорганическая химия – ДРОФА, М., 2007 г., с. 469-483.

Дополнительная:

1. В.В.Племенков – Введение в химию природных соединений – Учебное пособие для химических, биологических и медицинских специальностей ВУЗов, Казань, 2001, с. 184-190.

2. Ю.А.Овчинников – Биоорганическая химия – М., Просвещение, 1987 г.,

с. 702-714.

26.04.10

11