Павличук А.В. стерины стероиды

Содержание Вступление………………………………………..…….3 1. Краткие сведенья о стероидах ………………………………4 2. Стерины ………………………………………………………5 3. Половые гормоны  ………………………………………..….8 4. Стероидные гормоны коры надпочечников ………………..9 5. Жёлчные кислоты  ………………………………………….11 6. Сердечные гликозиды……….………………………………13 Вывод………………………………………………………… 17 Список литературы…………………………………..……….18

Вступление Большинство липидов принято называть омыляемыми, поскольку при их щелочном гидролизе образуются мыла. Однако имеются липиды, которые не гидролизуются с освобождением жирных кислот. К таким липидам относятся стероиды. Стероиды– широко распространенные в природе соединения. Они часто обнаруживаются в ассоциации с жирами. Их можно отделить от жира путем омыления (они попадают в неомыляемую фракцию). Все стероиды в своей структуре имеют ядро, образованное гидрированным фенантреном (кольца А, В и С) и циклопентаном (кольцо D). К стероидам относятся, например, гормоны коркового вещества надпочечников, желчные кислоты, витамины группы D, сердечные гликозиды и другие соединения. В организме человека важное место среди стероидов занимают стерины (стеролы), т.е. стероидные спирты. Всё эти важные для человеческой жизнедейтельности соединения будут рассмотрены нами ниже в этой работе.

1. Краткие сведенья о стероидах

Стероиды (от греч. stereos — твердый) — вещества животного или, реже, растительного происхождения, обладающие высокой биологической активностью. Стероиды образуются в природе из изопреноидных предшественников..

В регуляции обмена веществ и некоторых физиологических функций организма участвуют стероидные гормоны. Ряд синтетических гормонов, например, преднизолон, по действию на организм превосходят природные аналоги. В группу стероидов входят содержащиеся в организме человека стероидный спирт холестерин, а также жёлчные кислоты — соединения, имеющие в боковой цепи карбоксильную группу, например, холевая кислота.

Стероиды широко распространены в природе, выполняют в организме разнообразные функции. К настоящему времени известно около 20 000 стероидов; более 100 из них применяется в медицине. Стероиды имеют циклическое строение. Особенностью строения стероидов является наличие конденсированной тетрациклической системы гонана (прежнее название — стеран). Ядро гонана в стероидах может быть насыщенным или частично ненасыщенным, содержать алкильные и некоторые функциональные группы — гидроксильные, карбонильные или карбоксильную. Скелет стерана, состоит их трех конденсированных циклогексановых колец в нелинейном сочленении и циклопентанового кольца. Общая структура стероидов и нумерация атомов в стеране приведены ниже:

Классификация стероидов по величине представлена в таблице ниже:

Далее в работе нами будут рассмотрены основные жизненно важные для человека производные стероидов (стерины, половые гормоны, кортикостероиды, жёлчные кислоты, сердечные гликозиды).

2. Стерины

Стерины, стеролы — природные соединения, производные стероидов. В основе структуры стеринов (так же как и у стероидов) лежит насыщенный тетрациклический углеводород стеран.

Молекулы стеринов содержат одну вторичноспиртовую группу в положении 3, две «ангулярные» метильные группы у углеродных атомов 10 и 13 и боковую цепь в положении 17, состоящую из 8, 9 или 10 углеродных атомов. Строение стеринов: где R=H; —СН3; —С2Н5; =СН2; —СНСН3. Классификация стеринов Условно стерины разделяют на животные (зоостерины), растительные (фитостерины) и стерины низших растений (микостерины). Зоостерины. Важнейшие стерины животных и человека, одним из которых является холестерин. Он содержится во всех органах и тканях; наиболее богаты им надпочечники и нервная ткань. В ней, кроме холестерина, найдены (в незначительных количествах) холестанол (дигидрохолестерин) C27H480 (R=H), 7-дигидро-холестанол — С27Н4вО, 24-оксихолесте-рин — С27Н4602 и десмостерол (24-дигидро-холестерин) — С27Н440 — один из промежуточных продуктов биосинтеза холестерина из уксусной кислоты. В коже образуется относительно большое количество 7-дигидрохолестерина; при освещении ультрафио­летовыми лучами он превращается в витамин D3 и является источником этого витамина в организме животных.

Фитостерины Являются источником холестерина для насекомых и ракообразных, который они используют для синтеза экдизонов. В производстве фитостерины выделяют из масел и отходов целлюлозно-бумажного производства. Их используют также для синтеза стероидных гормонов. 

Фитостерины бывают как в свободном состоянии, так и в виде эфиров с высшими жирными кислотами (стериды). Некоторые фитостерины могут быть также в виде эфиров с гликозидами (фитостеролинов). Ситостерин  – один из наиболее важных стеринов растительного происхождения – фитостеринов. От холестерина ситостерин отличается элементами строения боковой цепи. В больших количествах содержится в масле, полученном из семян хлопка, подсолнуха, зародышей пшеницы. Его так же используют для синтеза стероидных препаратов. Пример представлен ниже:

Физико-химические свойства стеринов и биологическая роль.

Стерины — бесцветные, хорошо кристаллизующиеся вещества, нерастворимы в воде, растворимы в  спирте, эфире и в других органических растворителях. В организмах находятся  как в свободном состоянии, так  и в виде эфиров жирных кислот. Из природных материалов стерины выделяют путем экстракции органическими растворителями (эфир, бензин) с последующей обработкой полученной липоидной фракции спиртовым раствором щелочи и отделением образовавшихся солей жирных кислот (мыла) от нейтральной фракции, содержащей стерины. Выделение стеринов осуществляется многократной перекристаллизацией. Характерной особенностью стеринов, в отличие от обычных спиртов, является их существование в кристаллическом виде (температуры плавления в пределах 100-200°С).

Все морские и наземные организмы, за исключением бактерий, содержат стерины. Вещества стериновой природы служат одним из структурных материалов, из которых состоят биологические мембраны. Другая важная функция стеринов заключается в том, что они являются исходным материалом для синтеза в живых организмах других жизненно важных стероидов (желчных кислот и спиртов, половых и кортикоидных гормонов, стероидных гликозидов, антибиотиков, сапонинов, экдизонов и т.д.). Некоторые стерины обладают провитаминной активностью. Так, 7-дегидрохолестерин и его гомологи относятся к предшественникам витаминов группы D.

Окисление стеринов, ведущее к разнообразным физиологически активным соединениям и иногда, возможно, связанное с использованием стеринов в качестве источников энергии, - одно из важнейших направлений стероидного метаболизма в морских организмах. Образующиеся в результате окисления полигидроксилированные стерины могут явиться теми промежуточными соединениями, дальнейшее окисление которых приводит к разрыву стероидного ядра и образованию так называемых секо-стероидов .

Губки, которые стоят на низших ступенях эволюционного развития, содержат самый богатый набор стеринов по сравнению с другими организмами. Стерины являются наиболее распространенными стероидными метаболитами губок. Содержание их в этих беспозвоночных составляет 0,01-1,5% от сухого веса животного.

В организмах высших животных и человека стерины содержатся в печени, нервной ткани, крови, подкожной жировой ткани.  Стерины принимают  участие в образовании основных транспортных форм липидов – хиломикронов, альфа- и бета-липопротеидов. С высшими  жирными кислотами стерины образуют важную группу простых липидов –  стеридов, которые являются эфирами холестерина и высших жирных кислот. Синтез стеринов осуществляется в клетках печени с ацетил-КоА.

3. Половые гормоны   Гормоны, обеспечивающие развитие и функционирование имеющих признаки биологического пола живых организмов по мужскому или женскому типу, что полностью проявляется с наступлением половой зрелости, достигаемой в завершении периода полового созревания. В соответствии с этим половые гормоны делятся на мужские и женские. Их можно разделить на три основные группы: эстрогены,гестагены и андрогены. Гормоны первых двух групп называют также женскими половыми гормонами, важнейшими из них являются эстрадиол, эстрон и прогестерон. Третья группа – мужские половые гормоны. Из них наиболее важным является тестостерон.

Локализация выработки половых гормонов Выработка половых гормонов осуществляется стероидной тканью гонад, развивающейся, так же как и кора надпочечника, из целомического эпителия. Синтез стероидов в этих образованиях происходит сходным путем;  в гонадах из прогестерона (центральное звено синтеза) образуются андрогены и эстрогены. Эстрогены и гестагены образуются в женской гонаде и плаценте, а андрогены – в клетках Лейдига (или интерстициальных) в мужской гонаде. В яичнике половые гормоны образуются в оболочках фолликула. В ходе менструального цикла на месте лопнувшего фолликула образуется желтое тело, в котором синтезируются прогестины. Небольшие количества aндpoгeнов вырабатываются у особей женского пола; они образуются в яичнике и в коре надпочечника. В семенниках также вырабатываются небольшие количества эстрогенов и гестагенов. Действие половых гормонов Гормоны, образующиеся в гонадах, способствуют эмбриональной дифференцировке и последующему развитию половых органов. В дальнейшем они определяют половое созревание и развитие разнообразных вторичных половых признаков. Половые гормоны регулируют процессы, связанные с овуляцией, индуцируют изменения в эндометрии матки, предшествующие имплантации яйцеклетки и обеспечивающие нормальное протекание беременности (прогестерон). Совместно с другими гормонами половые стероиды вызывают изменения молочных желез, необходимые для секреции молока.  Они обладают также рядом эффектов вне половой сферы, так называемых экстрагенитальных. Половые гормоны оказывают значительное влияние на ЦНС и половое поведение; они являются важным звеном в механизме саморегуляции гипоталамоно-гонадной системы. Органами-мишенями стероидных гормонов являются клетки семенных канальцев, простата, семенные пузырьки матка, печень, гипоталамус и др. В крови половые гормоны находятся в основном в связанном со специфическими белками состоянии.

4. Стероидные гормоны коры надпочечников Кора надпочечников синтезирует стероидные гормоны двух классов: кортикостероиды, относящиеся по химической структуре к С21-стероидам, и андрогены, относящиеся к С19-стероидам Традиционное деление кортикостероидов на глюкокортикоиды и минералокортикоиды отражает их преобладающее физиологическое действие соответственно на углеводный обмен и водно-электролитный баланс. У человека основной глюкокортикоид — кортизол, а основной минералокортикоид — альдостерон Эффекты кортикостероидов многочисленны и разнообразны. Они влияют на углеводный, белковый и липидный обмен, поддерживают водно-электролитный баланс и функции сердечно-сосудистой, иммунной, эндокринной и нервной систем, а также почек и скелетных мышц. Кроме того, каким-то не до конца выясненным путем глюкокортикоиды придают организму способность противостоять стрессу (например, при боли или резких изменениях окружающей среды). Без коры надпочечников выживание возможно лишь в специальных условиях: при достаточном и регулярном питании, потреблении относительно больших количеств поваренной соли и поддержании определенной температуры внешней среды До недавнего времени действие глюкокортикоидов разделяли на физиологическое (в нормальных физиологических концентрациях) и фармакологическое (в больших концентрациях). Согласно более поздним представлениям, основное фармакологическое действие глюкокортикоидов, а именно противовоспалительное и иммуносупрессивное, имеет место и в физиологических условиях. Многие медиаторы воспаления снижают сосудистый тонус и могли бы вызывать острую сердечно-сосудистую недостаточность, если бы не встречали противодействия со стороны эндогенных глюкокортикоидов. Эту гипотезу подтверждает резкое (по меньшей мере, десятикратное) возрастание суточной секреции глюкокортикоидов при выраженном стрессе. Кроме того, их фармакологические и многие физиологические эффекты опосредуются, по-видимому, одними и теми же рецепторами, поэтому побочное и лечебное действие различных глюкокортикоидов, назначаемых больному, не разделимы. Действие кортикостероидов сложным образом связано с действием других гормонов. Например, в отсутствие катехоламинов, обладающих липолитическим действием, кортизол почти не влияет на скорость липолиза в липоцитах. И наоборот, в отсутствие глюкокортикоидов адреналин и норадреналин лишь очень слабо влияют на липолиз. Введение малой дозы глюкокортикоидов резко усиливает липолитическое действие катехоламинов. Это, скорее всего, связано с изменением синтеза белка под влиянием глюкокортикоидов. Такой эффект, облегчающий действие других гормонов, называют пермиссивным. Кортикостероиды различаются по способности задерживать натрий в организме, влиянию на углеводный обмен (например, на отложение гликогена и глюконеогенез в печени) и противовоспалительному действию. В целом, жизнь животных, подвергнутых адреналэктомии, лучше поддерживают те кортикостероиды, которые активнее задерживают натрий (то есть кортикостероиды с высокой минералокортикоидной активностью). Влияние кортикостероидов на углеводный обмен (глюкокортикоидная активность) пропорционально их противовоспалительной активности. В то же время их минералокортикоидная активность не зависит от глюкокортикоидной и противовоспалительной активности. Как уже говорилось, минералокортикоидная и глюкокортикоидная (как и противовоспалительная) активность опосредованы разными рецепторами. Сравнительная активность глюкокортикоидов приведена в  Некоторые глюкокортикоиды (например, кортизол и преднизон) проявляют и существенную минералокортикоидную активность. Однако при первичной надпочечниковой недостаточности заместительная терапия этими препаратами не компенсирует отсутствия альдостерона, поэтому приходится одновременно вводить более активные минералокортикоиды. Напротив, активный минералокортикоид альдостерон слабо влияет на углеводный обмен. При физиологических концентрациях или в дозах, оказывающих максимальное действие на водноэлектролитный баланс, альдостерон почти не обладает глюкокортикоидной активностью, то есть является чистым минералокортикоидом. 5. Жёлчные кислоты  Желчные кислоты - основной компонент желчи, обеспечивающий  эмульгирование жиров пищи, активацию липазы поджелудочной железы,  которая  расщепляет жиры на поверхности мелких капелек  эмульсии, всасывание  конечных продуктов гидролиза жиров  клетками слизистой тонкого кишечника,   единственная возможность избавиться от излишков холестерина. Это только часть функции желчных кислот. Желчные кислоты - конечные продукты метаболизма холестерина в печени. Синтез желчных кислот является основным каналом  катаболизма холестерина у млекопитающих. Хотя некоторые из ферментов, участвующих в синтезе желчных кислот, действуют во многих типах клеток, печень является единственным органом, в котором осуществляется их полный биосинтез. Синтез желчных кислот является одним из преобладающих механизмов экскреции избытка холестерина. Тем не менее, превращение холестерина в желчные кислоты недостаточно, чтобы компенсировать избыточное  поступление  холестерина с пищей. Наряду с использованием холестерина как субстрата для синтеза желчных кислот, желчные кислоты обеспечивают доставку холестерина и липидов  пищи как необходимых питательных веществ в печень. Полный синтез  желчной кислоты требует 17 отдельных ферментов и происходит в нескольких внутриклеточных отсеках гепатоцитов,  в том числе в цитозоле, эндоплазматический ретикулум (ЭПР), митохондриях и пероксисомах. Гены, кодирующие несколько ферментов синтеза желчных кислот, находятся под строгим регуляторным контролем, который  гарантирует, что необходимый уровень производства желчных кислот координируется в  соответствии с изменяющимися условиями метаболизма. Учитывая тот факт, что многие метаболиты желчных кислот являются цитотоксическими,  естественно, что синтез  желчных кислот необходимо строго контролировать. Несколько врожденные нарушения метаболизма, вызванные дефектами в генах для синтеза желчных кислот проявляются  прогрессивной нейропатией у взрослых.

Образование холевой и хенодезоксихолевой кислот   при  метаболизме холестерина отображены на рисунке

 хенодезоксихолевая кислота (45%) и холевая кислоты (31%). Холевая и хенодезоксихолевая кислоты называются первичными желчными кислотами. Перед секрецией в просвет канальцев первичные желчные кислоты    подвергаются  конъюгированию  - связыванию  с аминокислотами  глицином  и тауринром. Продукт реакции конъюгации - соответственно гликохолевая и гликохенодезоксихолевая кислоты и таурохолевая и тауродезоксихолевая кислоты.  Процесс конъюгации увеличивает  амфипатические свойства желчных кислот, а также снижает их цитотоксическое действие. Конъюгированные желчные кислоты являются основными растворенными веществами в желчи человека.

 Желчные кислоты  из печени по протокам попадают в желчный пузырь, где они хранится для использования в будущем. Желчный пузырь концентрирует желчные кислоты  до 1000 раз. После стимуляции желчного пузыря приемом пищи, желчь и в её составе конъюгаты желчных кислот изливается в двенадцатиперстную кишку (сокращение желчного пузыря стимулирует кишечный гормон холецистокинин), желчные кисслоты содействуют эмульгированию жиров пищи. Первичные желчные кислоты под действием бактерий кишечника подвергаются процессу деконъюгации - отщеплению остатков глицина и таурина. Деконъюгированные желчные кислоты либо выводится с калом ( небольшой процент), либо поглощается в кишечнике и возвращаются в печень. Анаэробные бактерии в толстой кишке изменяют первичные желчные кислоты преобразуют их во вторичные желчные кислот, которые определены как дезоксихолата (холат ) и lithocholate (хенодезоксихолат) . Первичные и вторичные желчные кислоты, поглощаются  в кишечнике и доставляются обратно в печень через портальную циркуляцию. В самом деле, до 95% желчных кислот в печени - это возврат их  из  дистального отдела подвздошной кишки. Этот процесс секреции печени в желчный пузырь, кишечник и , наконец, обратное всасывание называется энтерогепатической циркуляцией. Энтерогепатическая  циркуляции обеспечивается двумя насосами - печенью и кишечником и двумя  резервуарами - просвет кишечника и кровь.

6. Сердечные гликозиды Сердечными гликозидами называется группа природных биологически активных веществ, оказывающих избирательное кардиотоническое действие на сердечную мышцу. Агликоном этих соединений являются производные циклопентанпергидрофенантрена, содержащие в 17-м положении ненасыщенное пятичленное или шестичленное лактонное кольцо. Учитывая, что во всем мире сердечно-сосудистые заболевания занимают первое место в общей структуре заболеваемости, эта группа веществ в арсенале медицинских средств имеет первостепенное значение. Лекарственные растения служат единственным источником получения сердечных гликозидов. Растения, содержащие сердечные гликозиды, известны давно. У народов разных стран они в течение многих веков применялись для лечения сердечных и других заболеваний. Древние египтяне и римляне употребляли морской лук как сердечное и мочегонное средство, греки пользовались желтушником, африканские племена использовали эти растения для изготовления ядов для стрел и копий. Растения этой группы распространены широко. Они встречаются во флоре всех континентов мира в растениях, принадлежащих к семействам норичниковых (различные виды наперстянок), лилейных (ландыш), разных видов капустных (желтушники), кутровых (олеандр, кендырь, строфант), лютиковых (адонисы, морозники) и др. Накопление гликозидов зависит от факторов окружающей среды (свет, почва, климатические условия, географический фактор и др.). Содержание их и качественный состав претерпевают сильные изменения в процессе развития растения. Химический состав.

Характеристика агликона.

Как и все гликозиды, гликозиды кардиотонического действия состоят из двух частей: сахаристых и несахаристых веществ - агликонов. Агликон гликозидов является производным циклопентанпергидрофенантрена (и относится к классу стероидов, к которым принадлежат и другие соединения, вырабатываемые растениями и животными, такие как витамин D, стероидные сапонины, фитостерины и холестерины, желчные кислоты, половые гормоны). У агликонов сердечных гликозидов могут быть заместители у углеродных атомов: 3, 5, 10, 12, 13, 14, 16, а в положении С₁₇ находится ненасыщенное лактонное кольцо. Заместителями могут быть: R₁ - OH; R₂ - OH, Н; R₃ - СН₃, -С-OH, -CH₂-OH; R₄ - OH, Н; R₅ - CH₃; R₆ - OH; R₇ - OH, H. R₈ - ненасыщенное лактонное кольцо. У всех гликозидов в положении С₉ и C₁₄ имеются гидроксильные группы, а в положении С₁₃ - метильная группа. Гидроксильные группы также могут находиться в положениях 1, 2, 11, 15. Лактонное кольцо может находиться в a- и b-положениях. Видимо, лактонное кольцо обусловливает кардиотоническое действие, так как отсутствие или разрыв кольца приводит к полной потере физиологической активности. Например, содержащийся в наперстянке гликозид дигинин, имеющий стероидное строение но лишенный лактонного кольца, сердечного действие не оказывает.

Характеристика сахарного компонента.

Кроме обычных сахаров - глюкозы, фруктозы, рамнозы, в сердечных гликозидах встречаются специфические дезоксисахара (обедненные кислородом): дигитоксоза - С₆Н₁₂O₄ и цимароза - С₆Н₁₁O₄*СН₃. Сахаристые вещества присоединяются к агликон за счет спиртового гидроксила в положении 3. Длина сахарной цепочки может быть от одной молекулы до 30 сахаров. Обычно вначале присоединяются дезоксисахара, а в конце цепочки глюкоза С₆Н₁₂O₆. Биологическая активность сердечных гликозидов зависит от числа групп СН₃ и особенно ОН у углеродных атомов "скелета". С увеличением числа гидроксильных групп повышается их растворимость в воде.

Классификация.

В зависимости от строения ненасыщенной: лактонного кольца все сердечные гликозиды делятся на две группы с пятичленным - карденолиды (гликозиды наперстянки, строфанта, ландыша, горицвета) и шестичленным - буфадиенолиды (гликозиды морозника) лактонным кольцом. В формуле карденолидов встречаются заместители: -СН₃, -С-OH; в формуле буфадиенолидов заместителями могут быть -СН₃, -С-OH, -СН₂OН.

В зависимости от заместителя в положении C₁₀ карденолиды подразделяются на три подгруппы.

1.Подгруппа наперстянки включает гликозиды, агликоны которых в положении С₁₀ имеют метильную группу - СН₃. Гликозиды этой подгруппы медленно всасываются и медленно выводятся из организма, обладают кумулятивным действием, например гликозид гитоксигенин.

2. Подгруппа строфанта - агликон имеет в положении 10 альдегидную группу -С-OH. Эти гликозиды быстро всасываются, быстро выводятся из организма и не обладают кумулятивным действием, например строфантидин.

3. Подгруппа объединяет сердечные гликозиды, имеющие в положении 10 спиртовую группу (-OН₂OН):

Сердечные гликозиды, как и все другие гликозиды, по количеству остатков в углеводной части молекулы делят на монозиды, биозиды, триозиды и т. д.

Физико-химические свойства.

Сердечные гликозиды чаще кристаллические вещества, бесцветные или кремоватые, без запаха, горького вкуса; характеризуются определенной точкой плавления и углом вращения. Многие гликозиды обладают флюоресценцией в УФ-свете (ланатозиды наперстянки шерстистой). Сердечные гликозиды в основном мало растворимы в воде, хлороформе, но хорошо растворимы в водных растворах метанола и этанола. Агликоны сердечных гликозидов лучше растворимы в органических растворителях. Сердечные гликозиды легко подвергаются кислотному, щелочному и ферментативному гидролизу. При кислотном или щелочном гидролизе сразу происходит глубокое расщепление до агликона и cахаров.

Способы получения.

Для выделения сердечных гликозидов используют этанол и метанол, которые не вызывают гидролиза сердечных гликозидов. Качественные реакции. Проводятся с индивидуальными веществами или очищенным извлечением из растительного сырья: на углеводную часть молекулы (реакция Келлер-Килиани); на стероидное ядро; на лактонное ненасыщенное кольцо (реакция Балье) - с пикриновой кислотой в щелочной среде. В полевых условиях пользуются пикратной бумагой, в которую завертывают свежее растение и надавливают плоскогубцами; появление красного окрашивания на бумаге характеризует присутствие сердечных гликозидов.

Вывод Стерины представляют собой кристаллические спирты, каждая молекула которых содержит три сконденсированных шестичленных кольца, как в фенантрене, и одно пятиколечное кольцо. Стероиды - вещества, родственные стеринам. Образуются во всех животных и растительных организмах, найдены также у микроорганизмов. Содержатся в природных жирах и маслах. Наиболее важен для человека и животных  холестерин, высоким содержанием которого отличается вещество мозга. В растениях содержится стигмастерин (особенно богаты им бобы сои), эргостерин (дрожжи, спорынья). Ряд стеринов при облучении ультрафиолетовыми лучами превращается в витамины группы D. Биологическое значение стероидов и стеринов определяется их ролью предшественников стероидных гормонов, желчных кислот и витаминов группы D в организме. Некоторые стерины и стероиды имеют фармакологическое значение: их используют для синтеза половых гормонов (стигмастерин) и для промышленного получения витамина D2 (эргостерин).