- Estructura dels esteroides
- C21
- C19
- C18
- síntesi
- - Síntesi a nivell de l'escorça suprarenal
- Síntesi de glucocorticoides
- Accions dels glucocorticoides
- - Síntesi d'andrògens
- Síntesi de mineralocorticoides (aldosterona)
- Accions dels mineralocorticoides
- - Síntesi d'esteroides sexuals masculins en els testicles
- - Síntesi d'esteroides sexuals femenins en els ovaris
- Accions dels esteroides sexuals
- Mecanisme d'acció
- L'aldosterona com a exemple
- referències
Les hormones esteroidees són substàncies elaborades per glàndules de secreció interna i que són abocades directament al torrent circulatori, el qual les condueix fins als teixits on exerceixen els seus efectes fisiològics. El seu nom genèric deriva de fet de posseir en la seva estructura bàsica un nucli esteroïdal.
El colesterol és la substància precursora a partir de la qual es sintetitzen totes les hormones esteroidees, les quals s'agrupen en els progestàgens (per exemple progesterona), els estrògens (estrona), els andrògens (testosterona), els glucocorticoides (cortisol), els mineralocorticoides (aldosterona) i la vitamina D.
Comparació de l'estructura d'una hormona esteroide (el cortisol) amb una molècula de la mateixa naturalesa química (vitamina D3) (Font: The original uploader was Palladius at English Wikipedia. Via Wikimedia Commons)
Encara que les diferents hormones esteroidees presenten entre elles diferències moleculars que són les que els confereixen les seves diferents propietats funcionals, es pot dir que posseeixen una estructura bàsica que els és comú i que està representada pel ciclopentanoperhidrofenantreno de 17 àtoms de carboni.
Estructura dels esteroides
Els esteroides són compostos orgànics de molt diversa índole que posseeixen en comú el que podria considerar-se com un nucli progenitor consistent en la fusió de tres anells de sis àtoms de carboni (ciclohexanos) i un de cinc àtoms de carboni (ciclopentà).
Aquesta estructura es coneix també com "ciclopentanoperhidrofenantreno". Com els anells estan units mútuament, el total d'àtoms de carboni que la conformen és de 17; però, la major part dels esteroides naturals posseeixen en els carbonis 13 i 10 sengles grups metil que representen els carbonis 18 i 19, respectivament.
Esquema de l'estructura policíclica de quatre anells de l'ciclopentanoperhidrofenantreno (Font: NEUROtiker via Wikimedia Commons)
Molts dels compostos esteroïdals naturals tenen també en l'estructura de l'anell un o més grups amb funció alcohòlica i reben per això el nom d'esterols. Entre ells hi ha el colesterol, que té una funció alcohol en el carboni 3 i una cadena hidrocarbonada lateral de 8 àtoms de carboni unida a l'carboni 17; àtoms que es numeren de l'20 a l'27.
Estructura d'un esteroide. Imatge modificada de MarcoTolo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)
A més d'aquests 17 carbonis, les hormones esteroides poden posseir en la seva estructura 1, 2 o 4 més d'aquests àtoms, per la qual es reconeixen tres tipus d'esteroides, que són: C21, C19 i C18.
C21
Els C21, com la progesterona i els corticoides suprarenals (glucocorticoides i mineralocorticoides), són derivats del "pregnano". Aquest posseeix 21 àtoms de carboni perquè als 17 de l'anell bàsic se li sumen els dos dels grups metilos dels carbonis 13 i 10, i dos carbonis de la cadena lateral unida a l'C17 que originalment, en el colesterol, era de 8 carbonis.
C19
Els C19 corresponen a hormones sexuals amb activitat androgènica i deriven del "glu- cocorticoides" (19 àtoms de carboni), que és l'estructura que queda quan el pregnano perd els dos carbonis de la cadena lateral de l'C17, la qual és substituïda per un hidroxil o un grup cetònic.
C18
Els esteroides C18 són hormones femenines o estrògens que es sintetitzen principalment en les gònades femenines i la característica destacada, pel que fa als altres dos tipus d'esteroides, és l'absència de l'metil present en aquests últims unit a el carboni en posició 10.
Durant la síntesi a partir de l'colesterol es van produint modificacions enzimàtiques que alteren el nombre de carbonis i promouen deshidrogenacions i hidroxilaciones de carbonis específics de l'estructura.
síntesi
Les cèl·lules productores d'hormones esteroidees es localitzen fonamentalment en l'escorça de les glàndules suprarenals, on es produeixen glucocorticoides com el cortisol, mineralocorticoides com l'aldosterona i hormones sexuals masculines com la dehidroepiandrosterona i l'androstenediona.
Les gònades sexuals masculines s'encarreguen de la producció d'andrògens que inclouen les hormones ja esmentades i la testosterona, mentre que els fol·licles ovàrics que arriben a la maduració produeixen progesterona i estrògens.
La síntesi de totes les hormones esteroidees s'inicia a partir de l'colesterol. Aquesta molècula pot ser sintetitzada per les cèl·lules productores d'hormones esteroidees, però en la seva major part l'obtenen aquestes cèl·lules a partir de les lipoproteïnes de baixa densitat (LDL) presents en el plasma circulant.
Síntesi d'hormones adrenals (Font: Endocrine doctor via Wikimedia Commons)
- Síntesi a nivell de l'escorça suprarenal
En l'escorça suprarenal es distingeixen tres capes, conegudes de fora cap a dins com a zones glomerular, fascicular i reticular, respectivament.
A la glomerular es sintetitzen fonamentalment mineralocorticoides (aldosterona), a la fascicular glucocorticoides com la corticosterona i el cortisol, i en la reticular andrògens com la dehidroepiandrosterona i l'androstenediona.
Síntesi de glucocorticoides
El primer pas en la síntesi es dóna en el mitocondri i consisteix en l'acció d'un enzim anomenat desmolasa de colesterol, pertanyent a la superfamília de citocrom P450 i coneguda també com "P450scc" o "CYP11A1", que promou l'eliminació de 6 de els àtoms de carboni de la cadena lateral unida a l'C17.
Amb l'acció de la desmolasa, el colesterol (de 27 àtoms de carboni) es converteix en pregnenolona, que és un compost amb 21 àtoms de carboni i representa el primer dels esteroides de l'tipus C21.
La pregnenolona es desplaça a l'reticle endoplàsmic llis, on per acció de l'enzim deshidrogenasa d'3β-hidroxiesteroides pateix una deshidrogenació al hidroxil de el grup alcohol de el carboni 3, i es converteix en progesterona.
Per acció de la 21β-hidroxilasa, anomenada també "P450C21" o "CYP21A2", la progesterona es hidroxila en el carboni 21 i es transforma en 11-desoxicorticosterona, que torna a la mitocòndria, ia la qual l'enzim 11β-hidroxilasa (" P450C11 "o" CYP11B1 ") esdevé corticosterona.
Una altra línia de síntesi a la zona fascicular i que acaba no ja en corticosterona, sinó en cortisol, es dóna quan la pregnenolona o la progesterona són hidroxilades en posició 17 a la 17α- hidroxilasa ("P450C17" o "CYP17") i convertides en 17-hidroxipregnenolona o 17-hidroxiprogesterona.
La mateixa enzim ja esmentada, deshidrogenasa d'3β-hidroxiesteroides, que converteix pregnenolona a progesterona, converteix també 17-hidroxipregnenolona a 17-hidroxiprogesterona.
Aquesta última és portada successivament, per les dues últimes enzims de la via que produeix corticosterona (21β-hidroxilasa i 11β-hidroxilasa) fins desoxicortisol i cortisol, respectivament.
Accions dels glucocorticoides
Els principals glucocorticoides produïts a la zona fascicular de l'escorça suprarenal són la corticosterona i el cortisol. Les dues substàncies, però especialment el cortisol, despleguen un ampli espectre d'accions que afecten el metabolisme, la sang, les respostes de defensa i de curació de ferides, la mineralització òssia, el tracte digestiu, el sistema circulatori i els pulmons.
Pel que fa a el metabolisme, el cortisol estimula la lipòlisi i l'alliberament d'àcids grassos que poden ser utilitzats en el fetge per a la formació de cossos cetònics i proteïnes de baixa densitat (LDL); disminueix la captació de glucosa i la lipogènesi en el teixit adipós i la captació i utilització de glucosa en el múscul.
Promou també el catabolisme proteic a la perifèria: en el teixit connector, el múscul i la matriu òssia, amb la qual cosa s'alliberen aminoàcids que poden ser utilitzats en el fetge per a la síntesi de proteïnes plasmàtiques i per a la gluconeogènesi. Estimula addicionalment l'absorció intestinal de glucosa augmentant la producció de transportadors SGLT1.
L'absorció intestinal accelerada de glucosa, la producció hepàtica augmentada i la utilització disminuïda d'aquest carbohidrat en múscul i teixit adipós afavoreix una elevació dels nivells plasmàtics de glucosa.
Pel que fa a la sang, el cortisol afavoreix el procés de coagulació, estimula la formació de granulòcits neutròfils i inhibeix la de eosinòfils, basòfils, monòcits i limfòcits T. Inhibeix també l'alliberament de mediadors de la inflamació com prostaglandines, interleuquines, linfoquinas, histamina i serotonina.
En línies generals es pot dir que els glucocorticoides interfereixen amb la resposta immune, per la qual cosa poden ser utilitzats terapèuticament en aquells casos en els quals aquesta resposta és exagerada o inadequada, com en el cas de les malalties autoimmunes o en els trasplantaments d'òrgans per disminuir el rebuig.
- Síntesi d'andrògens
La síntesi androgènica a nivell de l'escorça suprarenal es dóna principalment a nivell de la zona reticular ia partir de la 17-hidroxipregnenolona i la 17-hidroxiprogesterona.
La mateixa enzim 17α- hidroxilasa, que produeix les dues substàncies recentment citades, té també activitat 17,20 liasa, que suprimeix els dos carbonis de la cadena lateral de l'C17 i els substitueix per un grup ceto (= O).
Aquesta última acció redueix en dos el nombre de carbonis i produeix esteroides de l'tipus C19. Si l'acció es dóna sobre la 17- hidroxipregnenolona, el resultat és dehidroepiandrosterona; si per contra la substància afectada és la hidroxiprogesterona, llavors el producte serà la androstenediona.
Tots dos compostos formen part dels anomenats 17-cetosteroides, ja que tenen un grup cetònic en el carboni 17.
La deshidrogenasa d'3β-hidroxiesteroides converteix també dehidroepiandrosterona en androstenediona, però el més comú és que la primera sigui convertida en sulfat de dehidroepiandrosterona per una sulfocinasa, present gairebé exclusivament a la zona reticular.
Síntesi de mineralocorticoides (aldosterona)
La zona glomerular manca de l'enzim 17α- hidroxilasa, i no pot sintetitzar els 17-hidroxiesteroides precursors de l'cortisol i de les hormones sexuals. Tampoc posseeix la 11β-hidroxilasa, però sí un enzim anomenat sintetasa d'aldosterona que pot produir seqüencialment corticosterona, 18-hidroxicorticosterona i el mineralocorticoide aldosterona.
Accions dels mineralocorticoides
El mineralocorticoide més important és l'aldosterona sintetitzada a la zona glomerular de l'escorça suprarenal, però els glucocorticoides despleguen també activitat mineralocorticoide.
L'activitat mineralocorticoide de l'aldosterona es desenvolupa a nivell de l'epiteli tubular de la nefrona distal, on promou la reabsorció de sodi (Na +) i la secreció de potassi (K +), contribuint així a la conservació dels nivells d'aquests ions en els líquids corporals.
- Síntesi d'esteroides sexuals masculins en els testicles
La síntesi testicular d'andrògens es produeix a nivell de les cèl·lules de Leydig. La testosterona és la principal hormona androgènica produïda en els testicles. La seva síntesi implica la producció inicial de androstenediona tal com va ser descrita prèviament per a la síntesi d'andrògens a nivell de l'escorça suprarenal.
La androstenediona és convertida en testosterona per acció de l'enzim 17β- hidroxiesteroide deshidrogenasa, que substitueix el grup cetònic de el carboni 17 per un grup hidroxil (OH).
En alguns teixits que serveixen d'objectiu per a la testosterona, aquesta és reduïda per una 5α-reductasa a dihidrotestosterona, amb més poder androgènic.
- Síntesi d'esteroides sexuals femenins en els ovaris
Aquesta síntesi ocorre de manera cíclica acompanyant els canvis que es donen durant el cicle sexual femení. La síntesi es dóna en el fol·licle que durant cada cicle madura per alliberar un òvul i produir després el cos luti corresponent.
Els estrògens es sintetitzen en les cèl·lules granuloses de l'fol·licle madur. El fol·licle madur posseeix unes cèl·lules en el seu teca que produeixen andrògens com la androstenediona i la testosterona.
Aquestes hormones difonen a les cèl·lules granuloses veïnes, les quals posseeixen l'enzim aromatasa que les converteix en estrona (E1) i 17β-estradiol (E2). A partir de tots dos es sintetitza estriol.
Accions dels esteroides sexuals
Els andrògens i els estrògens tenen com a funció principal el desenvolupament dels caràcters sexuals masculins i femenins respectivament. Els andrògens tenen efectes anabolitzants promovent la síntesi de proteïnes estructurals, mentre que els estrògens afavoreixen el procés d'ossificació.
Els estrògens i la progesterona alliberats durant el cicle sexual femení tenen com a objectiu el preparar l'organisme de la dona per a un eventual embaràs producte de la fecundació de l'òvul madur alliberat durant l'ovulació.
Mecanisme d'acció
Si necessites refrescar la memòria sobre el mecanisme d'acció de les hormones, es recomana a visualitzar el vídeo abans de seguir llegint.
El mecanisme d'acció de les hormones esteroidees és força similar en totes elles. Si es tracta de compostos lipofílics es dissolen sense dificultat a la membrana lipídica i penetren a l'citoplasma de les seves cèl·lules blanc, les quals posseeixen receptors citoplasmàtics específics per a l'hormona a la qual han de respondre.
Un cop format el complex hormona-receptor, aquest travessa la membrana nuclear i s'uneix en el genoma, a la manera d'un factor de transcripció, amb un element de resposta a l'hormona (HRE) o gen de resposta primària, que al seu vegada pot regular a altres gens anomenats de resposta secundària.
El resultat final és la promoció de la transcripció i la síntesi de RNA missatgers que són traduïts en els ribosomes de l'reticle endoplasmàtic rugós que acaben sintetitzant les proteïnes induïdes per l'hormona.
L'aldosterona com a exemple
Molècula d'aldosterona
L'acció de l'aldosterona s'exerceix fonamentalment a nivell de la porció final de l'tub distal i en els conductes col·lectors, on l'hormona promou la reabsorció de Na + i la secreció de K +.
A la membrana luminal de les cèl·lules tubulars principals d'aquesta regió hi ha canals epitelials de Na + i canals de K + de tipus "ROMK" (de l'anglès Renal Outer Medullary potassium Channel).
La membrana basolateral posseeix bombes Na + / K + ATPases que treuen contínuament Na + des de la cèl·lula cap a l'espai intersticial basolateral i introdueixen K + a l'interior de la cèl·lula. Aquesta activitat manté molt baixa la concentració intracel·lular de Na + i afavoreix la creació d'un gradient de concentració per a aquest ió entre la llum de l'túbul i la cèl·lula.
Aquest gradient permet que el Na + es mogui cap a la cèl·lula pel canal epitelial, i com el Na + passa sol, per cada ió que es mogui queda una càrrega negativa no compensada que fa que la llum de l'túbul es faci negativa respecte de l'interstici. És a dir, es crea una diferència de potencial transepitelial amb la llum negativa.
Aquesta negativitat de la llum afavoreix la sortida de K + que mogut per la seva major concentració en la cèl·lula i la negativitat de la llum és secretat cap a la llum de el túbul per ser finalment excretat. És aquesta activitat de reabsorció de Na + i secreció de K + la qual és regulada per l'acció de l'aldosterona.
La aldosterona present en sang i alliberada des de la zona glomerular com a resposta a l'acció de l'angiotensina II, o una hiperpotassèmia, penetra a l'interior de les cèl·lules principals i s'uneix amb el seu receptor intracitoplasmàtic.
Aquest complex arriba al nucli i promou la transcripció dels gens l'expressió acabarà augmentant la síntesi i l'activitat de les bombes Na + / K +, dels canals de Na + epitelials i dels canals ROMK de K +, així com altres proteïnes més. Resposta que tindrà com a efecte global la retenció de Na + en l'organisme i l'increment en l'excreció urinària de K +.
referències
- Ganong WF: The Adrenal Medulla & Adrenal Cortex, 25th ed. New York, McGraw-Hill Education, 2016.
- Guyton AC, Hall JE: adrenocortical Hormones, in Textbook of Medical Physiology, 13th ed, AC Guyton, JE Hall (eds). Philadelphia, Elsevier Inc., 2016.
- Lang F, Verrey F: Hormone, in Physiologie donis Menschen mit Pathophysiologie, 31 th ed, RF Schmidt et a l'(eds). Heidelberg, Springer Medizin Verlag, 2010.
- Voigt K: Endokrines System, In: Physiologie, 6th ed; R Klinke et a l'(eds). Stuttgart, Georg Thieme Verlag, 2010.
- Widmaier EP, Raph H and Strang KT: Female Reproductive Physiology, in Vander 's Human Physiology: The Mechanisms of Body Function, 13th ed; EP Widmaier et a l'(eds). New York, McGraw-Hill, 2014.