23.6: Стероїди

Цілі навчання

• Для виявлення функцій стероїдів, що виробляються у ссавців.

Всі ліпіди, обговорювані до цих пір, є омилення, реагуючи з водною лугом, щоб отримати більш прості компоненти, такі як гліцерин, жирні кислоти, аміноспирти та цукру. Однак ліпідні зразки, витягнуті з клітинного матеріалу, також містять невелику, але важливу фракцію, яка не вступає в реакцію з лугом. Найбільш важливими nonsoponifiable ліпіди є стероїди. Ці сполуки включають жовчні солі, холестерин і споріднені сполуки, а також певні гормони (наприклад, кортизон і статеві гормони).

Малюнок\(\PageIndex{1}\) стероїди. (а) стероїдний скелет з чотирма плавленими кільцями використовує літерні позначення для кожного кільця та нумерацію атомів вуглецю. (б) Молекула холестерину слідує цій схемі.

Стероїди відбуваються в рослини, тварини, дріжджі, і цвілі, але не в бактерії. Вони можуть існувати у вільному вигляді або поєднуватися з жирними кислотами або вуглеводами. Всі стероїди мають характерний структурний компонент, що складається з чотирьох плавлених кілець. Хіміки ідентифікують кільця великими літерами і нумерують атоми вуглецю, як показано на малюнку\(\PageIndex{1a}\). Незначні зміни в цій структурі або атомах або групах, прикріплених до неї, спричиняють глибокі відмінності в біологічній активності.

Холестерин

Холестерин (рис.\(\PageIndex{1b}\)) У рослин не зустрічається, але це найпоширеніший стероїд в організмі людини (240 г - типова кількість). Вважається, що надлишок холестерину є основним фактором розвитку атеросклерозу та серцевих захворювань, які сьогодні є основними проблемами зі здоров'ям у Сполучених Штатах. Близько половини холестерину організму перемежовується в ліпідному бішарі клітинних мембран. Значна частина решти перетворюється на холеву кислоту, яка використовується при утворенні жовчних солей. Холестерин також є попередником синтезу статевих гормонів, гормонів надниркових залоз і вітаміну D.

Надлишок холестерину, що не метаболізується організмом, вивільняється з печінки і транспортується кров'ю в жовчний міхур. Зазвичай він залишається в розчині, поки не виділяється в кишечник (як компонент жовчі), який потрібно усунути. Іноді, однак, холестерин в жовчному міхурі випадає у вигляді жовчних каменів (рис.\(\PageIndex{2}\)). Дійсно, назва холестерин походить від грецького chole, що означає «жовч», і стерео, що означає «твердий».

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Численні дрібні жовчні камені, що складаються в основному з холестерину, всі видаляються у одного пацієнта. Масштаб сітки 1 мм

До вашого здоров'я: Холестерин і хвороби серця

Хвороби серця є провідною причиною смерті в Сполучених Штатах як для чоловіків, так і для жінок. Центри з контролю та профілактики захворювань повідомили, що серцеві захворювання забрали 631 636 життів у Сполучених Штатах (26% усіх зареєстрованих смертей) у 2006 році.

Вчені сходяться на думці, що підвищений рівень холестерину в крові, а також високий кров'яний тиск, ожиріння, діабет, куріння сигарет пов'язані з підвищеним ризиком серцевих захворювань. Довгострокове дослідження Національних інститутів охорони здоров'я показало, що серед чоловіків у віці від 30 до 49 років частота серцевих захворювань була в п'ять разів більшою для тих, чий рівень холестерину був вище 260 мг/100 мл сироватки, ніж у тих, у кого рівень холестерину становить 200 мг/100 мл або менше. Вміст холестерину в крові значно варіюється в залежності від віку, дієти та статі. Молоді дорослі в середньому близько 170 мг холестерину на 100 мл крові, тоді як чоловіки у віці 55 років можуть мати рівень холестерину 250 мг/100 мл або вище, оскільки швидкість розпаду холестерину зменшується з віком. Жінки, як правило, мають нижчий рівень холестерину в крові, ніж чоловіки.

Щоб зрозуміти зв'язок між захворюваннями серця і рівнем холестерину, важливо зрозуміти, як холестерин та інші ліпіди транспортуються в організмі. Ліпіди, такі як холестерин, не розчиняються у воді і тому не можуть транспортуватися в крові (водне середовище), якщо вони не комплексуються білками, розчинними у воді, утворюючи збірки, звані ліпопротеїнами. Ліпопротеїди класифікуються за їх щільністю, яка залежить від відносної кількості білка і ліпідів, які вони містять. Ліпіди менш щільні, ніж білки, тому ліпопротеїди, що містять більшу частку ліпідів, менш щільні, ніж ті, що містять більшу частку білка.

Дослідження холестерину та його ролі при захворюваннях серця були зосереджені на сироватковому рівні ліпопротеїнів низької щільності (ЛПНЩ) та ліпопротеїдів високої щільності (ЛПВЩ). Одне з найбільш захоплюючих відкриттів полягає в тому, що високий рівень ЛПВЩ знижує ризик розвитку серцевих захворювань у людини, тоді як високий рівень ЛПНЩ збільшує цей ризик. Таким чином, співвідношення ЛПНЩ: ЛПВЩ в сироватці крові є кращим предиктором ризику серцевих захворювань, ніж загальний рівень холестерину в сироватці крові. Особи, які через спадкові або дієтичні фактори мають високі співвідношення ЛПНЩ: ЛПВЩ у крові, мають більш високу частоту серцевих захворювань.

Як ЛПВЩ знижують ризик розвитку серцевих захворювань? Ніхто точно не знає, але однією з ролей ЛПВЩ, як видається, є транспорт надлишку холестерину в печінку, де він може метаболізуватися. Тому ЛПВЩ допомагають виводити холестерин з крові та з гладких м'язових клітин артеріальної стінки.

Дієтичні модифікації та підвищена фізична активність можуть допомогти знизити загальний холестерин та покращити співвідношення ЛПНЩ: ЛПВЩ. Середній американець щодня споживає близько 600 мг холестерину з продуктів тваринного походження, а також синтезує приблизно 1 г холестерину щодня, в основному в печінці. Кількість синтезованого холестерину контролюється рівнем холестерину в крові; коли рівень холестерину в крові перевищує 150 мг/100 мл, швидкість біосинтезу холестерину знижується вдвічі. Значить, якщо холестерин присутній в раціоні, механізм зворотного зв'язку пригнічує його синтез в печінці. Однак співвідношення супресії не є співвідношенням 1:1; зниження біосинтезу не дорівнює кількості прийнятого холестерину. Таким чином, дієтичні заміни ненасичених жирів насиченими жирами, а також зменшення споживання транс-жирних кислот рекомендуються для зниження рівня холестерину в сироватці крові та ризику серцевих захворювань.

Стероїдні гормони

Гормони - це хімічні посланники, які вивільняються в одній тканині і транспортуються по кровоносній системі до однієї або декількох інших тканин. Одна група гормонів відома як стероїдні гормони, оскільки ці гормони синтезуються з холестерину, який також є стероїдом. Існує дві основні групи стероїдних гормонів: гормони кори надниркових залоз і статеві гормони.

Гормони кори надниркових залоз, такі як альдостерон і кортизол (табл.\(\PageIndex{1}\)), виробляються наднирковою залозою, яка розташована поруч з кожною ниркою. Альдостерон діє на більшість клітин організму, але він особливо ефективний при посиленні швидкості реабсорбції іонів натрію в ниркових канальцях і збільшенні секреції іонів калію та/або іонів водню канальцями. Оскільки концентрація іонів натрію є основним фактором, що впливає на затримку води в тканині, альдостерон сприяє затримці води і зменшує виділення сечі. Кортизол регулює кілька ключових метаболічних реакцій (наприклад, підвищення вироблення глюкози і мобілізація жирних кислот і амінокислот). Він також пригнічує запальну реакцію тканин на травми або стрес. Тому кортизол і його аналоги використовуються фармакологічно як імунодепресанти після операцій з трансплантації та при лікуванні важких шкірних алергій та аутоімунних захворювань, таких як ревматоїдний артрит.

Таблиця\(\PageIndex{1}\): Представницькі стероїдні гормони та їх фізіологічні ефекти

Гормон	Ефект
	регулює сольовий обмін; стимулює нирки утримувати натрій і виводити з організму калій
	стимулює перетворення білків у вуглеводи
	регулює менструальний цикл; підтримує вагітність
	стимулює жіночі статеві ознаки; регулює зміни під час менструального циклу
	стимулює і підтримує чоловічі статеві характеристики

Статеві гормони - це клас стероїдних гормонів, що виділяються статевими залозами (яєчниками або яєчками), плацентою та наднирковими залозами. Тестостерон і андростендіон є первинними чоловічими статевими гормонами, або андрогенами, контролюючи первинні статеві ознаки чоловіків, або розвиток чоловічих статевих органів і безперервне виробництво сперми. Андрогени також відповідають за розвиток вторинних чоловічих ознак, таких як волосся на обличчі, глибокий голос і м'язова сила. Особливе значення у самок мають два види статевих гормонів: прогестерон, який готує матку до вагітності і перешкоджає подальшому виходу яйцеклітин з яєчників під час вагітності, і естрогени, які в основному відповідають за розвиток жіночих вторинних статевих ознак, таких як розвиток грудей і збільшення відкладення жирової тканини в грудях, сідницях і стегна. І чоловіки, і жінки виробляють андрогени та естрогени, що відрізняються кількістю секретованих гормонів, а не за наявності або відсутності того чи іншого.

Статеві гормони, як природні, так і синтетичні, іноді застосовуються терапевтично. Наприклад, жінці, якій видалили яєчники, можуть дати жіночі гормони для компенсації. Деякі з найбільш ранніх хімічних сполук, що використовуються в хіміотерапії раку, були статеві гормони. Наприклад, естрогени є одним з варіантів лікування раку передміхурової залози, оскільки вони блокують вивільнення та активність тестостерону. Тестостерон підсилює ріст раку простати. Статеві гормони також вводяться при підготовці до операцій зі зміни статі, щоб сприяти розвитку належних вторинних статевих ознак. Оральні контрацептиви - це синтетичні похідні жіночих статевих гормонів; вони працюють, запобігаючи овуляції.

Жовчні солі

Жовч являє собою жовтувато-зелену рідину (рН 7,8-8,6), що виробляється в печінці. Найважливішими складовими жовчі є жовчні солі, які є натрієвими солями амідоподібних комбінацій жовчних кислот, таких як холева кислота (частина (а) Рисунок\(\PageIndex{3}\)) та амін, такий як амінокислота гліцин (частина (b) малюнка\(\PageIndex{3}\)). Вони синтезуються з холестерину в печінці, зберігаються в жовчному міхурі, а потім виділяються з жовчю в тонкий кишечник. У жовчному міхурі склад жовчі поступово змінюється в міру всмоктування води і стають більш концентрованими інші компоненти.

Малюнок\(\PageIndex{3}\) Жовчні кислоти. (а) Холева кислота є прикладом жовчної кислоти. (б) Глікохолат натрію - це жовчна сіль, синтезована з холевої кислоти та гліцину.

Оскільки вони містять як гідрофобні, так і гідрофільні групи, жовчні солі є високоефективними миючими засобами та емульгаторами; вони розщеплюють великі жирові кульки на менші та зберігають ці менші глобули, підвішені у водному травному середовищі. Потім ферменти можуть більш ефективно гідролізувати молекули жиру. Таким чином, основною функцією жовчних солей є допомога в перетравленні дієтичних ліпідів.

Хірургічне видалення часто радять для жовчного міхура, який інфікується, запалюється або перфорація. Ця операція серйозно не впливає на травлення, оскільки жовч все ще виробляється печінкою, але жовч печінки більш розріджена, а її секреція в тонкому кишечнику не так тісно пов'язана з надходженням їжі.

Резюме

Стероїди мають чотириплавлено-кільцеву структуру і мають різноманітні функції. Холестерин - це стероїд, який міститься у ссавців, який необхідний для утворення клітинних мембран, жовчних кислот і декількох гормонів. Жовчні солі виділяються в тонкому кишечнику, щоб допомогти в перетравленні жирів.