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Der Grundkörper aus dem alle Steroide bestehen sind Isoprenoide oder Isoprene. Ein Isopren ist ein ungesättigter Kohlenwasserstoff und besteht aus 5 C-Atome mit einer Methylverzweigung. Das Isopren ist ein chemischer Stoff, der in der Natur nicht vorkommt.
Da das Isopren ein ungesättigter Kohlenwasserstoff ist, ist dieser Stoff sehr reaktionsfreudig. Durch eine Additionsreaktion können zwei Isoprene mit einander reagieren und daraus entsteht ein Terpen. Das Produkt dieser Reaktion ist ein Monoterpen. So entstandene Molekühle mit 10 C Atome kommen in ätherischen Ölen vor.
Das Terpen kann zu einer C-15 Verbindung weiter reagiernen und wird als Sequiterpene bezeichnet. Der wichtigster Vertrehter ist das Farnesol. Es ist ein farbloses nach Maiglöckchen riechendes Öl, welches in der Parfümerie verwendet wird.
C-20 Verbindungen werden Diterpene genannt und ein Vertrehter davon ist das
Vitamin A.
C-30 Verbindungen heißen Triterpene. Für die Biochemie sind besonders die Triterpene wichtig, die sich vom Squalen ableiten. Zu den Triterpenen gehören auch Derivate oder Naturstoffe, die weniger als 30 C-Atome haben, deren Biosynthese aber auf C-30 Zwischenprodukten zurückgeht. z.B.: Steroide
Nomenklatur der Steroide:
(Namengebung von Verbindunge)
Bei den Steroiden handelt es sich um tetracyklische Verbindungen. Weil die systematischen Bennung der Steroide zu komplziert und umfangreich ist, werden die Grundgerüste mit Trivialnamen bezeichnet. Alle Grundgerüste haben drei Sechserringe und einen Fünferring und diese unterscheiden sich durch verschiedene Substitutionsgrade. (An den Tetracyklen werden Methyl, Ethyl oder andere Kohlenwasserstoffereste angehängt)
Das einfachste Grundgerüst ist das Gonan. Dieses Molekhül besteht aus 17 C-Atomen und ist ein reiner Tetracyklus ohne Verzweigungen.
Daraus folgt, daß die Bezifferung der Kholenstoffatome nicht den Regeln der systematischen Nomenklatur folgt. (Diese bestimmte Art der Bezifferung habe ich an Hand des Gonans aufgezeichnet. Durch jede Substitution bekommt das Molekühl ein weiteres C-Atom.)
Das nächste ist das Estran. Verbindung entspricht einem Gonan mit einem Methylrest an der Position 13. Aus dieser Verbindung kann man zum Beispiel Östrogene ableiten. (= Estradiol)
Das Androstan ist ein Estran mit noch einem Methylrest an der Stelle 10 und besteht
deswegen aus 19 C-Atomen.
Die 10 Grundgerüste:
Steroide:
Das gemeinsame Merkmal der Steroide ist der Besitzeines Tetracyclus. Biochemisch leiten sich die Steroide vom Cholesterol ab. Durch Veränderung der Cholesterol-Struktur, z.b.: durch Verkürzung der Seitenketten und Einführungen von funiktionellen Gruppen [z.B.: anhängen von OH, COOH, CO (Ketone, Aldehyde)]
Steroide sind eine große Gruppe von Triterpene zu der sehr viele biologisch wichtige Verbindungen, wie Sterine, Steroidhormone, Gallensäuren, Herzglykoside, Steroidalkaloide und Vtamine zählen. Es gibt aber nicht nur biologische Steroide, sondern auch Synthetische Steroide, wie zum Beispiel Antirheumatika, Antiphlogistiker und Anaboliker. Diese Steroide sind von wichtiger pharmakologischer Bedeutung.
Die große Vielfalt der Steroide ist durch ihren Grundtyp, Anzahl, Position und Konfiguration der Substituenten und durch die Anzahl und Lage der Doppelbindungen bedingt.
Substituenten mit Sauerstoff sind durch die Nachsilben -ol oder -on und Doppelbindungen durch ein -en gekennzeichnet.
Die in Pflanzen vorkommenden Steroide können frei, als Ester oder wie Herzglykoside (eigentlich herzwirksame Glykoside) und Steroidsaponine als Glykoside auftreten. Im tierischen Organismus liegen zum Beispiel Steroidhormone als Ester oder als Konjugate mit Aminosäure vor.
Einteilung der Steroide:
1.) Gallensäure
2.) Sterine oder Sterole
3.) D - Vitamine
4.) Sexualhormone
5.) Nebennieren-Hormone
1.) Gallensäuren
Die Gallensäuren sind natürlich vorkommende Steroide, die von Leberzellen aus Cholesterol gebidlet werden.
Die verdauungsfödernde Inhalststoffe der Galle sind Konjugate von Gallensäure mit Aminosäuren, die häufig auch als "Gallensalze" bezeichnet werden. Diese Steroide setzen die Oberflächenspanung von wäßrigen Lösungen herab, dadurch besitzen sie die Fähigkeit Fette löslich zu machen damit die resorbiert werden können. Sie aktivieren Fett-abbauende Lipasen und deswegen haben Gallensäuren eine wichtige physologische Bedeutung für die Verdauung und für die Aufnahme der Fette in die Blutbahn (Resorption).
Die Gallensäuren werden zum Teil aus dem Darm Rückresopiert (= Enterohepatischer Kreislauf) bzw. zum Teil von der Leber aus Cholesterin gebildet. Sie werden von der Leber in die Galle abgegeben und dort Gespeichert.
Die Gallensäuren werden bei Mahlzeiten von der Galle in den Dünndarm (Ort der Resorption)
Abgegeben.
Die 4 wichtigsten beim Menschen vorkommende Gallensäuren sind:
Cholsäure, Desoxycholsäure, Chenodesoxycholsäure und Litocholsäure
Nur wenige Prozent der täglich sezernierten (abgegebene) Menge von 20 bis 30g werden endgültig ausgeschieden. Der Rest wird im Körper weiterverarbeitet.
2.) Sterine oder Sterole
Cholesterol:
Das Cholesterol ist eine fettähnliche Substanz, die der menschliche und tiereische Organismus zum Aufbau von biologischen Membranen (Zellmembranen), Sexualhormonen sowie für Gallensäurenproduktion benötigt und deshalb auch in Leber und Darm produziert. Sie kommen vor allem in den Lipoproteinen ( sind Proteine die Fett enthalten) des Blutplasmas, im Zentralnervensystem und den Nebenieren vor. Der Mensch ist dabei nicht auf Cholesterol aus der Nahrung angewiesen.
Von den meisten Medizinern wird der Verzehr von Cholesterol enthaltenden tierischen Fette (z.B.: Butter) als eine wesentliche Ursache für die Entwicklungvon Herz-Kreislauf Erkrankungen, besonders die Arteriosklerose, hervorgehoben, wobei man ein "gutes"
HDL-Cholesterol (High Density Lipoprotein) und ein "schlechtes" LDL-Cholesterol (Low Density Lipoprotein) unterscheidet.
Das LDL-Cholesterol lagert sich an den Innenwänden von geschädigten Blutegfäße (Faktoren die das beeinflußen sind z.B.: Rauchen, Alkohol, Stress etc.) ab, die sich dadurch verengen. Durch diese Cholesterin Einlagerungen kommt es besonders leicht zur Bildung von Blutgerinseln, die mit dem Blutstrom vortgerissen werden können und Gefäße verstopfen werden. Dadurch kann es zu einem Herzinfarkt, Gehirnschlag und Nierenversagen kommen. Das HDL-Cholesterol soll hingegen LDL-Cholesterol aufnehmen (auch solches, das sich bereits abgelagert hat) und zur Leber transportieren, wo es abgebaut wird. Auch zur Bildung von Gallensteinen trägt Cholesterol bei.
Eine Senkung des Gesamt-Cholesterol-Spiegels führt stets auch zur Veminderung des LDL-Anteils. Jedoch können Diäten ledeglich eine Gesamtreduktion um zehn bis maximal 20 Prozent ermöglichen. Einer Erhöhung des HDL-Anteils soll kann möglicherweise durch gesteigerte Bewegung und ballaststoffreiche Nahrung erreicht werden.
Andere Fachleute meinen, dass der menschliche Körper, der ohnehin Cholesterol enthält, dieses benötigt und dass nur das während der Lebensmittelverarbeitung durch Einwirkung von Luftsauerstoff entstehendeOxycholesterol die genannten negativen Wirkungen auslöst. Auch zuviel freies Eisen im Organismus fördert dir bildung von Oxycholesterol.
Biosynthese:
Das Cholesterol leitet sich vom Cholestan ab.
Zwei Moleküle Farnesyldiphosphat kondensieren in komplizierter Reaktion zum Kohlenwasserstoff Squalen.
Dieser Stoff kann cyklisieren und das Endprodunkt ist ein Tetracyklus, der Lanosterol genannt wird. Dieser Stoff kann weiter reagieren zum Cholesterol bzw. Cholesterin.
Das Cholesterol ist ein Cholestanderivat mit einer Hydroxylgruppe und einer Doppelbindung.
3.)Vitamine:
Vitamine sind Ergänzungsstoffe, die neben den Hauptbestandteile einen einer lebenden Zelle (Proteine, Nucleinsäuren, Kohlenhydrate u. Lipide)
Bereits in Spuren wirksam werden und für die Vitalität vieler Lebensformen notwendig sind.
Der Name Vitamine wurde 1912 von Casimir Funk geprägt aus vita (Leben) und Amine, da er annahm, dass es sich bei Vitamine um Amine (-) handle. Dies war nur beim Vitamin B1 der Fall, denn alle anderen Vitamine gehören den Kohlenhydraten, Sterine und andere an.
Menschen und höhere Tiere können keine Vitamine selber bilden, deswegen müssen sie diese in irgendeine Weise aufnehmen. (z.B.: Nahrungsaufnahme)
Vitamine lassen sich nicht nur in Pflanzen finden, sondern sie könne auch von Mikroorganismen, die im Verdauungstrakt lebend, gebildet werden.
Provitamine (sind eine Vorstufe der Vitamine), die mit Hilfe von der Nahrungsaufnahme in den menschlichen und tierischen Organismus gelangen, können in aktive Vitamine verwndelt werden.
So werden Carotine durch die Darmschleimhaut und Leber in Vitamin A und das Ergosterin wird durch Ultraviolettbestrahlung in Vitamin D umgewandelt.
Die Vitamine sind nicht nur unentbehrliche Nahrungsstoffe, sondern sie üben auch im Zellstoffwechsel spezifische Funktionen aus.
Das Vitamin A besitzt keine Steroidstruktur, wird aber Aufgrund seiner Löslichkeit zu den fettlöslichen Vitaminen gezählt. (Wie auch Vitamin D, E und K)
Vitamin A:
Dasd Vitamin A ist kein Steroid Hormo, sondern ein Sesquiterpen.
Das Provitamine von Vitamin A sind die Carotinoide. Die Carotionide kommen im Tier- und Pflanzenreich häufig vor, aber sie sind immer pflanzlichen Ursprungs. Da die Carotinode sehr viele Doppelbindungen besitzen sind sie gefärbt. Meistens sind sie rot gefärbt (Carotin) oder gelb (Xanthohylle). Weil sie im Besitz von langen Kohlenwasserstoffketten sind, sind sie lipidlöslich (fettlöslich). Bei den Pflanzen befinden sich über 90 Prozent der Carotinoide in den Blättern.
Carotin: Das Betacarotin ist ein weitverbreiteter Pflanzenfarbstoff z.B.: in den Karotten. Der Farbstoff in den Karotten ist ein Carotingemisch von ca. 85 Prozent aus Betacarotin und 15 Prozent Alphacarotin. Das Betacarotin ist das wichtigste Provitamin A. In Pflanzen kann auch das Alphacarotin entstehen. Diese zwei Carotine unterscheiden sich nur an der Position einer Doppelbindung. Das Alphacarotin ist immer der Begleiter des Betacarotins, tritt aber in weitaus geringeren Konzentration auf.
Das Betacarotin kann unter Aufnahme von zwei Wassermolekühlen in das Vitamin A gespalten werden.
Funktion:
Beteiligt am: Sehvorgang, Wachstum und Entwicklung cdes Epithelgewebes (Zellverband, der innere oder äußere Körperoberflächen bedeckt), sowie Testosteronproduktion.
Vorkommen:
in Nahrungsmittel: als Carotinoide in Gemüse und Obst, als Retinol in Tieren und tierischen Produkten (Leber, Eier, Milchprodukte)
Mangelerscheinungen:
Der Vitamin A Mangel ist sehr häufig auf der ganzen Welt, aber in Industriestaaten kommt dieser nur mehr selten vor. Vor allem sind Frühgeborene und Männer und Frauen über 65 Jahren von diesem Vitaminmangel betroffen. Wenn man lange Zeit diesen Mangel durch Fehlernährung hat kann es zur Störung der Dunkeladaption führen und es kann zur Störung des Wachstums des Epithelgewebes und zur Verhornung der Talkdrüsen kommen.
Aber diese Mangelerscheinung kann auch zu Störungen der Fortpflanzung und zur Fehlbidungen der Feten während der Schwangerschaft führen.
Vitamin D:
Die D Vitamine werden auch als Antirachitische Vitamine bezeichnet. Chemisch handelt es sich um 9,10 - Secosterine. (Seco = lat. und heißt ich schneide) Das bedeutet, dass die Bindung zwischen 9 und 10 des Steroidsgerüst aufgeschnitten ist. Das wiederum hat eine Öffnung des B - Rings zur Folge. Die D - Vitamine können aus 2 verschiedenen Sterinen entstehen:Provitamin D2: Ergosterin (z.B.: in der Hefe)
Provitamin D3: 7,8 - Didehydrocholsterin (= dehydrierte Form des Cholesterins)
Diese Provitamine unterscheiden sich nur in ihre Seitenketten.
Durch UV Strahlung wird der B - Ring der Provitamine in der Haut (bei Menschen das Provitamin D3, befindet sich bei Menschen in relativ hoher Konzentration in der Haut) geöffnet und es entsteht das Präergocalciferol bzw. Präcolecalciferol. Aus diesen entstehen durch Umlagerung der Doppelbindungen die D - Vitamine: Ergocalciferol und Colecalciferol. Ergocalciferol ist das Vitamin D2 und das Colecalciferol ist das Vitman D3 (= das natürliche Vitamin D). Diese werden in die Leber Transportiert und werden dort das erste Mal hydroxiliert (= Einbau einer OH - Gruppe durch Enzyme) Dann erfolgt der Weitertransport in die Niere, wo die zweite Hydroxilierung stattfindet. Jetzt ist das Calcidriol, die eigendlich wirksame Substanz, entstanden.
Wirkung: Es fördert die Resorption von Calcium und Phosphat aus dem Darm und deren Einlagerung in den Knochen und veringert die Phsophatausseidung über die Nieren.
Mangelerscheinung: Rachities (= verzögerte Verkalkung des Knochen, z.B.: O - Beine)
Überdosierung: Durchfall, Nierenversagen, Calciumablagerungen in der Niere und Lunge.
Steroid - Hormone:
Hormone allgemein:
Hormone sind chemische Botenstoffe unseres Körpers, die der Informationsübertragung dienen. Im engen Zusammenspiel mit dem Nervensystem regelt das Hormonsystem Ernährung, Stoffwechsel, Körperwachstum, -reifung und Fortpflanzung sowie die Anpassung an verschiedene Situationen. Zum Beispiel.: Stress. Hormone stammen aus hormonproduzierende Zellen verschiedener Organe und werden über das Blut an ihren
Wirkungsort transportiert. Dabei handelt es sich um andere, untergeordnete Hormondrüsen, die ihrerseits Hormone bilden, oder um Zellen von Zielorganen. Solche Zellen besitzen Rezeptoren, die auf die Hormone reagieren. Mediziener nennen das Hormonsystem endokrines System.
Steroidhormone:
Steroidhormone sind Hormone deren Struktur sich vom Gonan ableiten.
Aus dem Cholesterol können Säugetiere sechs verschiedene Steroid-Hormone bilden:
Progesteron, Cortisol, Aldosteron, Testeron, Oestradiol und Calcitriol. Diese Steroid-Hormone bilden jeweils eine Familie von Steroiden, die eine ähnliche Struktur und eine bestimmte Wirkung haben.
Man hat sich für die Oberbegriffe für die gennanten Steroiden an der Wirkung orientiert:
Gestagene (Progesteron), Glucocorticoide, Mineralocorticoide, Androgene und Oestrogene.
Die Sexualhormone:
Die Sexualhormone werden hauptsächlich von den Keimdrüsen der Geschlechtsorgane gebildet: im Hoden beim Mann und um Eierstock bei der Frau. Ein geringer Anteil wird auch in den Nebennierenrinden ausgeschüttet. Die Keimdrüsen werden im Wesentlichen durch die beiden Hypophysenhormone LH (luteinisierndes Hormon) und FSH (follikelstimmulierendes Hormon) stimuliert. Bei beiden Geschlechtern werden sowohl männliche als auch weibliche Sexualhormone gebildet, allerdings ist der Anteil jeweils sehr unterschiedlich. Die Menge der vorhandenen Hormone ist entscheidend für die Entwicklung und Ausprägung der Geschlechtsmerkmale.
Männliche Geschlechtshormone:
Die männlichen Sexualhormone werden auch Androgene genannt. Die Androgene leiten sich vom Androstan ab. Ihr Hauptvertreter ist das Testosteron. Die wichtigste Funktion dieses Hormons ist die Geschlechstdifferenzierung, die Samenbildung und den Geschlechtstrieb beim Mann zu fördern. Das Testosteron steuert ebefalls die Bildung der sekundären männlichen Geschlechtsmerkmale, wie zum Beispiel.: die Behaarung, den Körperbau, Kehlkopfgröße ( beeinflußt den Stimmbruch), Talkdrüsenaktivität (Akne)
Es fördert auch die Aktivität der Talgdrüsen. (in Pubertät kann man Akne bekommen)
Ist ein Androstanderivat mit einer Hydroxylgruppe (Alkoholfunktion) und einer Carbonylgruppe (Keton) und einer Doppelbindung.
Weibliche Geschlechtshormone:
Während beim Mann Keimdrüsen relativ gleichmäßig durch die Hirnanhangsdrüse stimuliert werden, kommt es bei bei der geschlechtsreifen Frau zu einer wechselnd starken Hormonausschüttung. Diese periodischen Schwankungen bewirken den Menstruationszyklus. Dabei spielen mehrere Hormone eine Rolle, die über einen ausgeklügelten Regelmechanismus zusammenwirken. Nach der Regelblutung werden wesentlich weniger Sexualhormone gebildet.
Progesteron:
Das Progesteron ist ein Gelbkörperhormon und ist das wichtigste der der natürlichen Gestagene. Das Progesteron entsteht ebenfalls aus dem Cholesterol. Dieses Hormon wird vorwiegend in der Plazenta und in der Nebennierenrinde (auch beim Mann) gebildet. Das Progesteron ist ein wichtiger Vorläufer vieler anderer Steroidhormone. Die Hauptaufgabe des Progesterons besteht darin, die Uterusschmleimhaut für die Einnistung des Befruchteten Eies vorzubereiten und eine eingetrehtene Schwangerschaft aufrecht zu erhalten. Daher auch die bezeichnung als Schwangerschaftschutzhormon. Tritt keine Schwangerschaft ein, sinkt die Progesteronkonzentration wieder, und der Urterusschleimhaut wird abgebaut und abgestoßen. Es kommt zur Regelblutung.
Das Progesteron ist Pregnanderivat und hat zwei Carbonylfunktionen und einer Doppelbindung.
Östrogen:
Östrogene werden bei der Frau im Eierstock (Ovar) und während der Schwangerschaft im Mutterkuchen (Plazenta) gebildet. Zu den Östrogene zählen verschiedene Substanzen. Die wichtigste Substanz ist das Östradiol. Östrogene sind von Bedeutung für die Entwicklung der weiblichen Geschlechtsmerkmale. Sie sind aber auch an Aufbau der Gebärmutterschleimhaut, an der Eireifung und am Befruchtungsvorgang beteiligt. Außerdem erhöhen sie die Gerinnungsfähigkeit des Blutes. Deshalb ist die Thrombosegefahr, laut Meinung mancher Ärzte, bei der Einnahme der "Pille" (die Pille ist ein sicheres Mittel zur Empfängnisverhütung, weil eine Schwangerschaft vorgetäuscht wird und dadurch kein neues Ei heranreift) in der Regel etwas erhöht. Beim Knochen fördern Östrogene den Aufbau. Sie senken auch den Cholesterinspiegel und schützen daher Frauen bis zu den Wechseljahren vor Gefäßverkalkung.
Entstehung: Östrogen entsteht aus dem Testosteron durch das Enzym Aromatase. Durch dieses Enzym wird das C 19 abgespalten und der A - Ring aromatisch.
Das Oestradiol ist ein Derivat vom Estran mit zwei Hydroxylgruppen und einem aromatischen A - Ring.
Nebennierenhormone:
Die Nebennieren sind kleine Organe, die am oberen Teil der Nieren liegen. Man unterscheidet das innere Mark und die Nebenierenrinde. Das Adrenalin wird im Nebennierenmark gebildet. Es wird vor allem bei Stress ausgeschüttet und bewirkt, dass wir in Gefahrensituation schneller reagieren können, indem es den Herzschlag beschleunigt, den Blutdruck erhöht und die Atmung verbessert.
In der Nebennierenrinde werden Sexualhormone und die Cortikosteroide (Cortikoide) gebildet. Deren Hauptvertreter ist das Cortisol oder Cortison.
Cortisol:
Wirkung: Es wirkt entzündungshemment, antiallergisch, immunsuppressiv, die Magensaftproduktion wird angeregt, die Durchblutung der Haut nimmt ab und die Frequenz des Herzens nimmt zu. Der Tag- Nachtrhythmus wird ebenfalls durch das Cortisol geregelt. Die Konzentration im Blut unterliegt tageszeitlichen Schwankungen. In der Früh ist die Konzentration am höchsten, kurz nach Mitternacht am geringsten.
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