هرمونات الستيرويد: الهيكل والتوليف وآلية العمل - مادة الاحياء - 2025

و هرمونات الستيرويد هي مواد تفرزها الغدد الصماء وتصريفها مباشرة في مجرى الدورة الدموية، مما يؤدي إلى الأنسجة حيث تمارس تأثيراتها الفسيولوجية. اسمها العام مشتق من حقيقة أن لديها نواة ستيرويدية في هيكلها الأساسي.

الكوليسترول هو المادة الأولية التي يتم منها تصنيع جميع هرمونات الستيرويد ، والتي يتم تجميعها في مركبات بروجستيرونية (على سبيل المثال البروجسترون) ، والإستروجين (الإسترون) ، والأندروجين (التستوستيرون) ، والجلوكوكورتيكويد (الكورتيزول) ، القشرانيات المعدنية (الألدوستيرون) وفيتامين د.

مقارنة بين تركيبة هرمون الستيرويد (الكورتيزول) مع جزيء من نفس الطبيعة الكيميائية (فيتامين D3) (المصدر: المحمل الأصلي كان Palladius في Wikipedia الإنجليزية. عبر Wikimedia Commons)

على الرغم من أن هرمونات الستيرويد المختلفة لها اختلافات جزيئية فيما بينها ، وهو ما يمنحها خصائص وظيفية مختلفة ، يمكن القول أن لها بنية أساسية مشتركة بينها ويمثلها cyclopentaneperhydrophenanthrene المكون من 17 ذرة كربون.

هيكل المنشطات

المنشطات هي مركبات عضوية ذات طبيعة متنوعة للغاية تشترك في ما يمكن اعتباره نواة أصلية تتكون من اندماج ثلاث حلقات من ست ذرات كربون (سيكلو هكسانات) وواحدة من خمس ذرات كربون (سيكلوبنتان).

يُعرف هذا الهيكل أيضًا باسم "سيكلوبنتانيبرهيدروفينانثرين". نظرًا لأن الحلقات مرتبطة ببعضها البعض ، فإن العدد الإجمالي لذرات الكربون التي تتكون منها هو 17 ؛ ومع ذلك ، فإن معظم الستيرويدات الطبيعية لها مجموعات ميثيل في الكربون 13 و 10 ، والتي تمثل الكربون 18 و 19 ، على التوالي.

رسم تخطيطي للهيكل متعدد الحلقات المكون من أربع حلقات لـ Cyclopentaneperhydrophenanthrene (المصدر: NEUROtiker عبر ويكيميديا ​​كومنز)

تحتوي العديد من مركبات الستيرويد الطبيعية أيضًا على مجموعة واحدة أو أكثر لها وظيفة كحولية في بنية الحلقة وبالتالي تسمى ستيرولات. من بينها الكوليسترول ، الذي له وظيفة كحولية عند الكربون 3 وسلسلة هيدروكربونية جانبية من 8 ذرات كربون مرتبطة بالكربون 17 ؛ ذرات مرقمة من 20 إلى 27.

هيكل الستيرويد. الصورة معدلة من MarcoTolo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

بالإضافة إلى هذه الذرات الـ 17 ، قد تحتوي هرمونات الستيرويد على 1 أو 2 أو 4 ذرات أخرى في تركيبها ، حيث يتم التعرف على ثلاثة أنواع من المنشطات ، وهي: C21 و C19 و C18.

ج 21

C21s ، مثل البروجسترون والكورتيكوستيرويدات الكظرية (الجلوكوكورتيكويدات والقشرانيات المعدنية) ، مشتقة من "البرنجين". يحتوي على 21 ذرة كربون لأنه إلى 17 من الحلقة الأساسية تمت إضافة مجموعتي الميثيل من الكربون 13 و 10 ، واثنين من ذرات الكربون من السلسلة الجانبية المرتبطة بـ C17 والتي كانت في الأصل ، في الكوليسترول ، تحتوي على 8 ذرات كربون.

ج 19

تتوافق C19 مع الهرمونات الجنسية ذات النشاط الأندروجيني وهي مشتقة من "androstane" (19 ذرة كربون) ، وهي البنية التي تبقى عندما يفقد البرنجين ذرات الكربون من السلسلة الجانبية C17 ، والتي يتم استبدالها بالهيدروكسيل أو مجموعة الكيتون.

ج 18

الستيرويدات C18 هي هرمونات أنثوية أو هرمون الاستروجين الذي يتم تصنيعه بشكل رئيسي في الغدد التناسلية الأنثوية والتي تتميز بخصائصها البارزة ، فيما يتعلق بالنوعين الآخرين من المنشطات ، عدم وجود الميثيل الموجود في الأخير المرتبط بالكربون في الموضع 10.

أثناء التخليق من الكوليسترول ، يتم إنتاج تعديلات إنزيمية تغير عدد الكربون وتعزز نزع الهيدروجين والهيدروكسيل من كربون معين في الهيكل.

نتيجة الجمع بين الطريحة والنقيضة

توجد الخلايا التي تنتج هرمونات الستيرويد بشكل أساسي في قشرة الغدد الكظرية ، حيث يتم إنتاج الجلوكوكورتيكويد مثل الكورتيزول والقشرانيات المعدنية مثل الألدوستيرون والهرمونات الجنسية الذكرية مثل ديهيدرو إيبي أندروستيرون وأندروستينيون.

الغدد التناسلية الذكرية هي المسؤولة عن إنتاج الأندروجينات ، والتي تشمل الهرمونات التي سبق ذكرها والتستوستيرون ، بينما تنتج بصيلات المبيض التي تصل إلى مرحلة النضج البروجسترون والإستروجين.

يبدأ تركيب جميع هرمونات الستيرويد من الكوليسترول. يمكن تصنيع هذا الجزيء بواسطة الخلايا التي تنتج هرمونات الستيرويد ، ولكن في الغالب يتم الحصول عليه بواسطة هذه الخلايا من البروتينات الدهنية منخفضة الكثافة (LDL) الموجودة في البلازما المنتشرة.

توليف هرمونات الغدة الكظرية (المصدر: طبيب الغدد الصماء عبر ويكيميديا ​​كومنز)

- التوليف على مستوى قشرة الغدة الكظرية

في قشرة الغدة الكظرية ، هناك ثلاث طبقات مميزة ، تُعرف من الخارج إلى المناطق الكبيبية والحزمية والشبكية ، على التوالي.

في الكبيبات ، يتم تصنيع القشرانيات المعدنية (الألدوستيرون) بشكل أساسي ، في الجلوكوكورتيكويدات الحافظة مثل الكورتيكوستيرون والكورتيزول ، وفي الأندروجينات الشبكية مثل ديهيدرو إيبي أندروستيرون وأندروستينديون.

تخليق الجلوكوكورتيكويد

تحدث الخطوة الأولى في التخليق في الميتوكوندريا وتتكون من عمل إنزيم يسمى الكوليسترول ديسمولاز ، ينتمي إلى عائلة السيتوكروم P450 الفائقة والمعروف أيضًا باسم "P450scc" أو "CYP11A1" ، والذي يعزز القضاء على 6 من ذرات الكربون في السلسلة الجانبية المرتبطة بـ C17.

بتأثير الديسمولاز ، يتم تحويل الكوليسترول (27 ذرة كربون) إلى بريجينولون ، وهو مركب يحتوي على 21 ذرة كربون ويمثل أول ستيرويدات من النوع C21.

ينتقل Pregnenolone إلى الشبكة الإندوبلازمية الملساء ، حيث يخضع لنزع الهيدروجين من خلال عمل إنزيم 3β-hydroxysteroid dehydrogenase عند هيدروكسيل مجموعة الكحول من الكربون 3 ، ويصبح البروجسترون.

من خلال عمل 21β-hydroxylase ، المعروف أيضًا باسم "P450C21" أو "CYP21A2" ، يتحول البروجسترون إلى هيدروكسيل في الكربون 21 ويتحول إلى 11-deoxycorticosterone ، والذي يعود إلى الميتوكوندريا ، وإلى أنزيم 11β-hydroxylase (" P450C11 "أو" CYP11B1 ") يتحول إلى كورتيكوستيرون.

هناك خط تخليقي آخر في منطقة الحويصلة والذي لا ينتهي بالكورتيكوستيرون ، ولكن في الكورتيزول ، يحدث عندما يتم هيدروكسيل البرينولينولون أو البروجسترون في الموضع 17 بواسطة 17α-hydroxylase ("P450C17" أو "CYP17") وتحويلها إلى 17-هيدروكسي برجنولون أو 17-هيدروكسي بروجستيرون.

نفس الإنزيم الذي سبق ذكره ، 3β-hydroxysteroid dehydrogenase ، الذي يحول البرينجينولون إلى البروجسترون ، يحول أيضًا 17-hydroxypregnolone إلى 17-hydroxyprogesterone.

يتم نقل هذا الأخير على التوالي بواسطة آخر إنزيمين من المسار الذي ينتج الكورتيكوستيرون (21 أوم هيدروكسيلاز و 11 هيدروكسيلاز) إلى ديوكسيكورتيسول والكورتيزول ، على التوالي.

إجراءات الجلوكوكورتيكويد

الجلوكوكورتيكويدات الرئيسية المنتجة في المنطقة الحزامية لقشرة الغدة الكظرية هي الكورتيكوستيرون والكورتيزول. تعرض كلتا المادتين ، وخاصة الكورتيزول ، مجموعة واسعة من الإجراءات التي تؤثر على التمثيل الغذائي والدم والاستجابات الدفاعية والتئام الجروح وتمعدن العظام والجهاز الهضمي والدورة الدموية والرئتين.

فيما يتعلق بعملية التمثيل الغذائي ، يحفز الكورتيزول تحلل الدهون وإفراز الأحماض الدهنية التي يمكن استخدامها في الكبد لتكوين أجسام الكيتون والبروتينات منخفضة الكثافة (LDL) ؛ يقلل من امتصاص الجلوكوز وتكوين الدهون في الأنسجة الدهنية وامتصاص الجلوكوز والاستفادة منه في العضلات.

كما أنه يعزز هدم البروتين في المحيط: في النسيج الضام والعضلات ومصفوفة العظام ، وبالتالي إطلاق الأحماض الأمينية التي يمكن استخدامها في الكبد لتخليق بروتينات البلازما وتكوين السكر. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يحفز امتصاص الجلوكوز المعوي عن طريق زيادة إنتاج ناقلات SGLT1.

يؤدي امتصاص الجلوكوز المعوي المتسارع ، وزيادة إنتاج الكبد ، وانخفاض استخدام هذه الكربوهيدرات في الأنسجة العضلية والدهنية إلى ارتفاع مستويات الجلوكوز في البلازما.

فيما يتعلق بالدم ، فإن الكورتيزول يفضل عملية التخثر ، ويحفز تكوين الخلايا المحببة للعدلات ويمنع تكوين الخلايا الحمضية ، والخلايا القاعدية ، والخلايا الوحيدة والخلايا اللمفاوية التائية. كما أنه يمنع إطلاق الوسائط الالتهابية مثل البروستاجلاندين ، والإنترلوكينات ، والليمفوكينات ، والهستامين والسيروتونين.

بشكل عام ، يمكن القول أن الجلوكوكورتيكويد تتداخل مع الاستجابة المناعية ، لذلك يمكن استخدامها علاجيًا في الحالات التي تكون فيها هذه الاستجابة مبالغ فيها أو غير مناسبة ، كما هو الحال في حالة أمراض المناعة الذاتية أو في زراعة الأعضاء لتقليل الرفض.

- تخليق الأندروجين

يحدث تخليق الأندروجين على مستوى قشرة الغدة الكظرية بشكل رئيسي على مستوى المنطقة الشبكية ومن 17-هيدروكسي برجنولون و 17-هيدروكسي بروجستيرون.

يحتوي إنزيم 17α-hydroxylase نفسه ، الذي ينتج المادتين المذكورتين للتو ، أيضًا على نشاط 17،20 لياز ، والذي يزيل ذرتي ذرات الكربون من السلسلة الجانبية C17 ويستبدلها بمجموعة كيتو (= O).

يقلل هذا الإجراء الأخير من عدد الكربون بمقدار اثنين وينتج المنشطات من النوع C19. إذا كان الإجراء على 17 هيدروكسي برغنينولون ، تكون النتيجة ديهيدرو إيبي أندروستيرون ؛ على العكس من ذلك ، إذا كانت المادة المصابة هي هيدروكسي بروجستيرون ، فسيكون المنتج أندروستينيون.

كلا المركبين هما جزء مما يسمى 17-كيتوستيرويدات ، حيث يحتويان على مجموعة كيتون في الكربون 17.

يحول نازعة الهيدروجين 3 hyd-hydroxysteroid أيضًا dehydroepiandrosterone إلى androstenedione ، ولكن الأكثر شيوعًا هو أن الأول يتم تحويله إلى كبريتات dehydroepiandrosterone بواسطة sulphokinase ، الموجود بشكل حصري تقريبًا في المنطقة الشبكية.

تخليق القشرانيات المعدنية (الألدوستيرون)

تفتقر منطقة الكبيبات إلى إنزيم 17α-hydroxylase ، ولا يمكنها تصنيع سلائف 17 هيدروكسيستيرويد من الكورتيزول والهرمونات الجنسية. كما أنه لا يحتوي على 11β-hydroxylase ، ولكنه يحتوي على إنزيم يسمى aldosterone synthetase الذي يمكنه إنتاج الكورتيكوستيرون بالتسلسل ، و 18 هيدروكسي كورتيكوستيرون ، والألدوستيرون المعدني.

إجراءات القشرانيات المعدنية

أهم القشرانيات المعدنية هو الألدوستيرون المُصنَّع في المنطقة الكبيبية من قشرة الغدة الكظرية ، ولكن القشرانيات السكرية تظهر أيضًا نشاط القشرانيات المعدنية.

يتطور نشاط القشرانيات المعدنية للألدوستيرون على مستوى النسيج الطلائي الأنبوبي للنيفرون البعيد ، حيث يعزز إعادة امتصاص الصوديوم (Na +) وإفراز البوتاسيوم (K +) ، مما يساهم في الحفاظ على مستويات هذه الأيونات في سوائل الجسم.

- تخليق المنشطات الذكورية في الخصيتين

يحدث تخليق اندروجين الخصية على مستوى خلايا لايدج. التستوستيرون هو هرمون الأندروجين الرئيسي الذي ينتج في الخصيتين. يتضمن تركيبه الإنتاج الأولي للأندروستينيون كما هو موصوف سابقًا لتخليق الأندروجين على مستوى قشرة الغدة الكظرية.

يتم تحويل Androstenedione إلى هرمون التستوستيرون عن طريق عمل إنزيم 17β-hydroxysteroid dehydrogenase ، والذي يحل محل مجموعة الكيتون على الكربون 17 مع مجموعة الهيدروكسيل (OH).

في بعض الأنسجة التي تعمل كهدف لهرمون التستوستيرون ، يتم تقليله بواسطة اختزال 5α إلى ثنائي هيدروتستوستيرون ، مع قوة اندروجينية أكبر.

- تخليق المنشطات الجنسية الأنثوية في المبايض

يحدث هذا التوليف بشكل دوري مصاحبًا للتغييرات التي تحدث أثناء الدورة الجنسية للإناث. يحدث التخليق في الجريب ، الذي ينضج خلال كل دورة لتحرير بويضة ثم إنتاج الجسم الأصفر المقابل.

يتم تصنيع الإستروجين في الخلايا الحبيبية للجريب الناضج. يحتوي الجريب الناضج على خلايا في ثيكا تنتج الأندروجينات مثل الأندروستينيون والتستوستيرون.

تنتشر هذه الهرمونات إلى الخلايا الحبيبية المجاورة ، والتي تمتلك إنزيم الأروماتاز ​​الذي يحولها إلى الإسترون (E1) و 17β-استراديول (E2). من كليهما ، يتم تصنيع الإستريول.

إجراءات المنشطات الجنسية

وظيفتهما الرئيسية هي تطوير الخصائص الجنسية للذكور والإناث على التوالي. الأندروجينات لها تأثيرات بنائية من خلال تعزيز تخليق البروتينات الهيكلية ، بينما يفضل هرمون الاستروجين عملية التعظم.

يهدف هرمون الاستروجين والبروجسترون الذي يتم إطلاقه أثناء الدورة الجنسية الأنثوية إلى تحضير جسم المرأة للحمل في نهاية المطاف نتيجة إخصاب البويضة الناضجة التي يتم إطلاقها أثناء التبويض.

آلية العمل

إذا كنت بحاجة إلى تحديث ذاكرتك حول آلية عمل الهرمونات ، فمن المستحسن مشاهدة الفيديو التالي قبل قراءة المزيد.

آلية عمل هرمونات الستيرويد متشابهة تمامًا في كل منها. في حالة المركبات المحبة للدهون ، فإنها تذوب دون صعوبة في الغشاء الدهني وتخترق السيتوبلازم في الخلايا المستهدفة ، والتي لها مستقبلات حشوية محددة للهرمون الذي يجب أن تستجيب له.

بمجرد تكوين معقد مستقبلات الهرمون ، فإنه يعبر الغشاء النووي ويرتبط في الجينوم ، بطريقة عامل النسخ ، مع عنصر الاستجابة الهرمونية (HRE) أو جين الاستجابة الأولية ، والذي بدوره بدلا من ذلك يمكن أن تنظم جينات أخرى تسمى الاستجابة الثانوية

والنتيجة النهائية هي تعزيز النسخ وتوليف الحمض النووي الريبي المرسال الذي يتم ترجمته في ريبوسومات الشبكة الإندوبلازمية الخشنة التي تنتهي بتخليق البروتينات التي يسببها الهرمون.

الألدوستيرون كمثال

جزيء الألدوستيرون

يتم عمل الألدوستيرون بشكل أساسي على مستوى الجزء الأخير من الأنبوب البعيد وفي قنوات التجميع ، حيث يعزز الهرمون امتصاص الصوديوم وإفراز البوتاسيوم.

يوجد في الغشاء اللمعي للخلايا الأنبوبية الرئيسية لهذه المنطقة قنوات Na + وقنوات K + من النوع "ROMK" (قناة البوتاسيوم النخاعية الكلوية الخارجية).

يحتوي الغشاء الجانبي القاسي على مضخات Na + / K + ATPase التي تسحب Na باستمرار من الخلية إلى الفضاء الخلالي القاعدية وتدخل K + في الخلية. هذا النشاط يحافظ على تركيز الصوديوم داخل الخلايا منخفضًا جدًا ويفضل إنشاء تدرج تركيز لهذا الأيون بين تجويف الأنبوب والخلية.

يسمح هذا التدرج لـ Na بالتحرك نحو الخلية من خلال القناة الظهارية ، وبما أن Na + يمر بمفرده ، فبالنسبة لكل أيون يتحرك هناك ، تظل شحنة سالبة غير معوضة تؤدي إلى أن يصبح تجويف الأنبوب سالبًا فيما يتعلق بالخلالي. وهذا يعني أن فرق الجهد بطريق الظهارة يتم إنشاؤه باستخدام الضوء السالب.

هذه السلبية للضوء تفضل خروج K + الذي يتحرك بتركيزه العالي في الخلية ويتم إفراز سلبية الضوء نحو تجويف الأنبوب ليتم إفرازه أخيرًا. يتم تنظيم نشاط إعادة امتصاص Na + وإفراز K + من خلال عمل الألدوستيرون.

الألدوستيرون الموجود في الدم وينطلق من المنطقة الكبيبية استجابة لتأثير أنجيوتنسين 2 ، أو فرط بوتاسيوم الدم ، يخترق الخلايا الرئيسية ويرتبط بمستقبلاته داخل الهيولى.

يصل هذا المركب إلى النواة ويعزز نسخ الجينات التي سينتهي تعبيرها بزيادة تخليق ونشاط مضخات Na + / K + وقنوات Na الظهارية وقنوات ROMK K + ، بالإضافة إلى البروتينات الأخرى. الاستجابة التي سيكون لها تأثير عالمي على الاحتفاظ بصوديوم في الجسم وزيادة إفراز البول + K.

المراجع

1. جانونج دبليو إف: النخاع الكظري والقشرة الكظرية ، الطبعة الخامسة والعشرون. نيويورك ، McGraw-Hill Education ، 2016.
2. Guyton AC، Hall JE: هرمونات قشر الكظر، in Textbook of Medical Physiology، 13th ed، AC Guyton، JE Hall (eds). فيلادلفيا ، شركة إلسفير ، 2016.
3. Lang F ، Verrey F: Hormone ، in Physiologie des Menschen mit Pathophysiologie، 31 th ed، RF Schmidt et al (eds). هايدلبرغ ، سبرينغر ميديزين فيرلاغ ، 2010.
4. Voigt K: Endokrines System، In: Physiologie، 6th ed؛ آر كلينك وآخرون (محرران). شتوتغارت ، جورج ثيمي فيرلاغ ، 2010.
5. Widmaier EP و Raph H و Strang KT: علم وظائف الأعضاء التناسلية الأنثوية ، في فسيولوجيا Vander's Human: آليات عمل الجسم ، الطبعة الثالثة عشر ؛ EP Widmaier وآخرون (محرران). نيويورك ، ماكجرو هيل ، 2014.