HORMONE STEROID: CẤU TRÚC, TỔNG HỢP, CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG - SINH HỌC - 2026

Các hormone steroid là những chất được sản xuất bởi các tuyến nội tiết và được thải trực tiếp vào dòng tuần hoàn, mà dẫn đến các mô nơi phát huy tác dụng sinh lý của họ. Tên chung của nó bắt nguồn từ thực tế là nó có một nhân steroid trong cấu trúc cơ bản của nó.

Cholesterol là tiền chất mà từ đó tất cả các hormone steroid được tổng hợp, được nhóm lại thành progestagens (ví dụ như progesterone), estrogen (estrone), androgen (testosterone), glucocorticoid (cortisol), mineralocorticoid (aldosterone) và vitamin D.

So sánh cấu trúc của một hormone steroid (cortisol) với một phân tử có cùng bản chất hóa học (vitamin D3) (Nguồn: Người tải lên ban đầu là Palladius tại Wikipedia tiếng Anh. Qua Wikimedia Commons)

Mặc dù các hormone steroid khác nhau có sự khác biệt về phân tử giữa chúng, đó là những gì mang lại cho chúng các đặc tính chức năng khác nhau, có thể nói rằng chúng có cấu trúc cơ bản chung cho chúng và được đại diện bởi cyclopentaneperhydrophenanthrene của 17 nguyên tử carbon.

Cấu trúc của steroid

Steroid là những hợp chất hữu cơ rất đa dạng có điểm chung có thể được coi là hạt nhân mẹ bao gồm sự hợp nhất của ba vòng của sáu nguyên tử cacbon (xyclohexan) và một trong năm nguyên tử cacbon (xiclopentan).

Cấu trúc này còn được gọi là "cyclopentaneperhydrophenanthrene". Vì các vòng liên kết với nhau nên tổng số nguyên tử cacbon tạo nên nó là 17; tuy nhiên, hầu hết các steroid tự nhiên có các nhóm metyl ở các nguyên tử 13 và 10, tương ứng với các nguyên tố 18 và 19.

Sơ đồ cấu trúc đa vòng bốn vòng của Cyclopentaneperhydrophenanthrene (Nguồn: NEUROtiker qua Wikimedia Commons)

Nhiều hợp chất steroid tự nhiên cũng có một hoặc nhiều nhóm có chức năng rượu trong cấu trúc vòng và do đó được gọi là sterol. Trong số đó có cholesterol, có chức rượu ở cacbon 3 và một chuỗi hydrocacbon bên cạnh 8 nguyên tử cacbon gắn với cacbon 17; nguyên tử được đánh số từ 20 đến 27.

Cấu trúc của một steroid. Hình ảnh được sửa đổi từ MarcoTolo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Ngoài 17 nguyên tử cacbon này, các hormone steroid có thể có thêm 1, 2 hoặc 4 nguyên tử nữa trong cấu trúc của chúng, trong đó có 3 loại steroid được công nhận, đó là: C21, C19 và C18.

C21

Các C21, như progesterone và corticosteroid tuyến thượng thận (glucocorticoid và mineralocorticoid), có nguồn gốc từ “pregnane”. Nó có 21 nguyên tử cacbon vì ở vòng cơ bản 17 được thêm vào hai trong số các nhóm metyl của cacbon 13 và 10, và hai nguyên tử cacbon của chuỗi bên gắn với C17 mà ban đầu, trong cholesterol, là 8 cacbon. .

C19

Các C19 tương ứng với các hormone sinh dục có hoạt tính androgen và có nguồn gốc từ “androstane” (19 nguyên tử carbon), là cấu trúc vẫn còn lại khi Pregnane mất hai nguyên tử cacbon của chuỗi bên C17, được thay thế bằng hydroxyl hoặc một nhóm xeton.

C18

C18 steroid là nội tiết tố nữ hoặc estrogen được tổng hợp chủ yếu ở tuyến sinh dục nữ và đặc điểm nổi bật của chúng, so với hai loại steroid khác, là không có metyl có trong chất sau gắn vào cacbon ở vị trí 10.

Trong quá trình tổng hợp từ cholesterol, các biến đổi enzym được tạo ra làm thay đổi số lượng nguyên tử cacbon và thúc đẩy quá trình dehydro hóa và hydroxyl hóa các nguyên tử cacbon cụ thể trong cấu trúc.

Tổng hợp

Các tế bào sản xuất hormone steroid chủ yếu nằm ở vỏ của tuyến thượng thận, nơi sản xuất glucocorticoid như cortisol, mineralocorticoid như aldosterone, và hormone sinh dục nam như dehydroepiandrosterone và androstenedione.

Các tuyến sinh dục nam chịu trách nhiệm sản xuất nội tiết tố androgen, bao gồm các nội tiết tố đã được đề cập và testosterone, trong khi các nang buồng trứng trưởng thành sản xuất progesterone và estrogen.

Sự tổng hợp của tất cả các hormone steroid bắt đầu từ cholesterol. Phân tử này có thể được tổng hợp bởi các tế bào sản xuất hormone steroid, nhưng phần lớn nó được các tế bào này thu nhận từ các lipoprotein mật độ thấp (LDL) có trong huyết tương tuần hoàn.

Tổng hợp hormone tuyến thượng thận (Nguồn: Bác sĩ nội tiết qua Wikimedia Commons)

- Tổng hợp ở cấp độ vỏ thượng thận

Trong vỏ thượng thận, ba lớp được phân biệt, được gọi là từ bên ngoài vào trong tương ứng là các khu vực cầu thận, cân bằng và lưới.

Trong cầu thận, mineralocorticoid (aldosterone) chủ yếu được tổng hợp, trong glucocorticoid dạng thấu kính như corticosterone và cortisol, và trong các androgen dạng lưới như dehydroepiandrosterone và androstenedione.

Tổng hợp glucocorticoid

Bước đầu tiên trong quá trình tổng hợp xảy ra trong ty thể và bao gồm hoạt động của một enzym gọi là cholesterol desmolase, thuộc siêu họ cytochrome P450 và còn được gọi là "P450scc" hoặc "CYP11A1", thúc đẩy quá trình loại bỏ 6 chất các nguyên tử cacbon của chuỗi bên gắn với C17.

Với tác dụng của desmolase, cholesterol (27 nguyên tử cacbon) được chuyển hóa thành pregnenolone, là một hợp chất có 21 nguyên tử cacbon và là hợp chất đầu tiên trong số các steroid loại C21.

Pregnenolone di chuyển đến lưới nội chất trơn, nơi hoạt động của enzyme 3β-hydroxysteroid dehydrogenase, nó trải qua quá trình dehydro hóa ở hydroxyl của nhóm rượu carbon 3, và trở thành progesterone.

Thông qua hoạt động của 21β-hydroxylase, còn được gọi là “P450C21” hoặc “CYP21A2”, progesterone được hydroxyl hóa ở carbon 21 và được chuyển hóa thành 11-deoxycorticosterone, trở lại ty thể và enzyme 11β-hydroxylase (“ P450C11 "hoặc" CYP11B1 ") chuyển đổi thành corticosterone.

Một dòng tổng hợp khác trong vùng phát xít và kết thúc không phải ở corticosterone, mà ở cortisol, xảy ra khi pregnenolone hoặc progesterone được hydroxyl hóa ở vị trí 17 bởi 17α-hydroxylase ("P450C17" hoặc "CYP17") và chuyển đổi thành 17-hydroxypregnolone hoặc 17-hydroxyprogesterone.

Enzyme tương tự đã được đề cập, 3β-hydroxysteroid dehydrogenase, chuyển đổi pregnenolone thành progesterone, cũng chuyển 17-hydroxypregnolone thành 17-hydroxyprogesterone.

Sau đó được thực hiện liên tiếp bởi hai enzym cuối cùng của con đường sản xuất corticosterone (21β-hydroxylase và 11β-hydroxylase) để deoxycortisol và cortisol, tương ứng.

Tác dụng của glucocorticoid

Các glucocorticoid chính được sản xuất trong zona của vỏ thượng thận là corticosterone và cortisol. Cả hai chất, nhưng đặc biệt là cortisol, thể hiện một loạt các hành động ảnh hưởng đến sự trao đổi chất, máu, phản ứng phòng vệ và chữa lành vết thương, khoáng hóa xương, đường tiêu hóa, hệ tuần hoàn và phổi.

Về chuyển hóa, cortisol kích thích sự phân giải lipid và giải phóng các axit béo có thể được sử dụng trong gan để hình thành các thể xeton và protein mật độ thấp (LDL); giảm hấp thu glucose và tạo lipid ở mô mỡ, hấp thu và sử dụng glucose trong cơ.

Nó cũng thúc đẩy quá trình dị hóa protein ở ngoại vi: trong mô liên kết, cơ và xương, do đó giải phóng các axit amin có thể được sử dụng trong gan để tổng hợp protein huyết tương và tạo gluconeogenesis. Nó cũng kích thích sự hấp thụ glucose ở ruột bằng cách tăng sản xuất các chất vận chuyển SGLT1.

Tăng tốc độ hấp thụ glucose ở ruột, tăng sản xuất ở gan và giảm sử dụng carbohydrate này trong cơ và mô mỡ làm tăng nồng độ glucose trong huyết tương.

Về máu, cortisol hỗ trợ quá trình đông máu, kích thích sự hình thành bạch cầu hạt trung tính và ức chế bạch cầu ái toan, bạch cầu ưa bazơ, bạch cầu đơn nhân và tế bào lympho T. Nó cũng ức chế giải phóng các chất trung gian gây viêm như prostaglandin, interleukin, lymphokines, histamine và serotonin.

Nói chung, có thể nói rằng glucocorticoid cản trở phản ứng miễn dịch, do đó chúng có thể được sử dụng điều trị trong những trường hợp phản ứng này bị phóng đại hoặc không phù hợp, chẳng hạn như trong trường hợp bệnh tự miễn dịch hoặc trong cấy ghép nội tạng để giảm sự từ chối.

- Tổng hợp androgen

Tổng hợp androgen ở cấp độ vỏ thượng thận xảy ra chủ yếu ở cấp độ của vùng lưới và từ 17-hydroxypregnolone và 17-hydroxyprogesterone.

Cùng một loại enzyme 17α-hydroxylase, tạo ra hai chất vừa đề cập, cũng có hoạt tính lyase 17,20, loại bỏ hai nguyên tử cacbon của chuỗi bên C17 và thay thế chúng bằng một nhóm keto (= O).

Hành động cuối cùng này làm giảm số lượng cacbon đi hai và tạo ra steroid loại C19. Nếu hành động trên 17-hydroxypregnenolone, kết quả là dehydroepiandrosterone; Ngược lại, nếu chất bị ảnh hưởng là hydroxyprogesterone, thì sản phẩm sẽ là androstenedione.

Cả hai hợp chất đều là một phần của cái gọi là 17-ketosteroid, vì chúng có nhóm xeton ở cacbon 17.

3β-hydroxysteroid dehydrogenase cũng chuyển dehydroepiandrosterone thành androstenedione, nhưng phổ biến nhất là chất trước đây được chuyển thành dehydroepiandrosterone sulfate bởi một sulphokinase, hầu như chỉ hiện diện trong vùng lưới.

Tổng hợp Mineralocorticoids (Aldosterone)

Cầu thận zona thiếu enzym 17α-hydroxylase, và không thể tổng hợp tiền chất 17-hydroxysteroid của cortisol và hormone sinh dục. Nó cũng không có 11β-hydroxylase, nhưng nó có một loại enzyme gọi là aldosterone synthetase có thể sản xuất corticosterone, 18-hydroxycorticosterone, và mineralocorticoid aldosterone theo trình tự.

Hoạt động của mineralocorticoids

Mineralocorticoid quan trọng nhất là aldosterone được tổng hợp trong cầu thận zona của vỏ thượng thận, nhưng glucocorticoid cũng thể hiện hoạt tính của mineralocorticoid.

Hoạt động mineralocorticoid của aldosterone phát triển ở mức độ biểu mô ống của nephron xa, nơi nó thúc đẩy tái hấp thu natri (Na +) và bài tiết kali (K +), do đó góp phần bảo tồn mức độ của các ion này trong dịch cơ thể.

- Tổng hợp các steroid sinh dục nam ở tinh hoàn.

Quá trình tổng hợp androgen ở tinh hoàn xảy ra ở cấp độ tế bào Leydig. Testosterone là nội tiết tố androgen chính được sản xuất trong tinh hoàn. Sự tổng hợp của nó liên quan đến việc sản xuất ban đầu của androstenedione như đã mô tả trước đây về sự tổng hợp androgen ở cấp độ vỏ thượng thận.

Androstenedione được chuyển đổi thành testosterone nhờ hoạt động của enzyme 17β-hydroxysteroid dehydrogenase, enzyme này thay thế nhóm xeton trên carbon 17 bằng một nhóm hydroxyl (OH).

Trong một số mô phục vụ như mục tiêu cho testosterone, nó bị giảm 5α-reductase thành dihydrotestosterone, với sức mạnh androgen lớn hơn.

- Tổng hợp các steroid sinh dục nữ ở buồng trứng

Sự tổng hợp này diễn ra theo chu kỳ kèm theo những thay đổi xảy ra trong chu kỳ sinh dục nữ. Quá trình tổng hợp xảy ra trong nang trứng, nang trứng trưởng thành trong mỗi chu kỳ để giải phóng một noãn và sau đó tạo ra thể vàng tương ứng.

Estrogen được tổng hợp trong các tế bào hạt của nang trứng trưởng thành. Nang noãn trưởng thành có các tế bào sản xuất nội tiết tố androgen như androstenedione và testosterone.

Các hormone này khuếch tán đến các tế bào hạt lân cận, chúng sở hữu enzyme aromatase chuyển đổi chúng thành estrone (E1) và 17β-estradiol (E2). Từ cả hai, estriol được tổng hợp.

Hoạt động của steroid tình dục

Androgen và estrogen có chức năng chính là phát triển các đặc điểm giới tính nam và nữ tương ứng. Androgen có tác dụng đồng hóa bằng cách thúc đẩy quá trình tổng hợp các protein cấu trúc, trong khi estrogen lại hỗ trợ quá trình hóa học.

Các estrogen và progesterone được giải phóng trong chu kỳ sinh dục nữ nhằm mục đích chuẩn bị cho cơ thể người phụ nữ mang thai cuối cùng là kết quả của quá trình thụ tinh của trứng trưởng thành được phóng thích trong quá trình rụng trứng.

Cơ chế hoạt động

Nếu bạn cần bồi bổ trí nhớ về cơ chế hoạt động của các hormone thì nên xem video sau trước khi đọc tiếp.

Cơ chế hoạt động của các hormone steroid là khá giống nhau ở tất cả chúng. Trong trường hợp các hợp chất ưa béo, chúng hòa tan không khó khăn trong màng lipid và thâm nhập vào tế bào chất của tế bào đích của chúng, nơi có các thụ thể tế bào chất cụ thể đối với hormone mà chúng phải đáp ứng.

Khi phức hợp hormone-thụ thể được hình thành, nó sẽ vượt qua màng nhân và liên kết trong bộ gen, theo cách của một yếu tố phiên mã, với yếu tố đáp ứng hormone (HRE) hoặc gen phản ứng chính, đến lượt nó thay vào đó nó có thể điều chỉnh các gen khác được gọi là phản ứng thứ cấp.

Kết quả cuối cùng là thúc đẩy quá trình phiên mã và tổng hợp các RNA thông tin được dịch mã trong các ribosome của lưới nội chất thô, kết thúc tổng hợp các protein do hoocmon cảm ứng.

Aldosterone làm ví dụ

Phân tử aldehyde

Hoạt động của aldosterone chủ yếu được thực hiện ở mức độ cuối cùng của ống xa và trong ống góp, nơi hormone thúc đẩy tái hấp thu Na + và tiết K +.

Trong màng tế bào của tế bào ống chính của vùng này có các kênh Na + biểu mô và các kênh K + thuộc loại “ROMK” (Kênh kali ngoài tủy thận).

Màng đáy có các bơm Na + / K + ATPase liên tục hút Na + từ tế bào vào khoảng kẽ đáy và đưa K + vào tế bào. Hoạt động này giữ cho nồng độ Na + trong tế bào rất thấp và tạo điều kiện cho việc tạo ra một gradien nồng độ cho ion này giữa lòng ống và tế bào.

Gradient này cho phép Na + di chuyển về phía tế bào qua kênh biểu mô, và vì Na + đi một mình, nên đối với mỗi ion di chuyển, một điện tích âm không bù được duy trì làm cho lòng ống trở nên âm đối với các kẽ. Đó là, sự khác biệt về điện thế xuyên biểu mô được tạo ra với ánh sáng âm.

Sự tiêu cực của ánh sáng tạo điều kiện cho sự thoát ra của K +, do nồng độ của nó trong tế bào cao hơn, và sự tiêu cực của ánh sáng được tiết ra về phía lòng ống để cuối cùng được bài tiết ra ngoài. Chính hoạt động tái hấp thu Na + và tiết K + này được điều hòa bởi hoạt động của aldosterone.

Aldosterone hiện diện trong máu và được giải phóng từ cầu thận zona để đáp ứng với hoạt động của angiotensin II, hoặc tăng kali máu, thâm nhập vào các tế bào chính và liên kết với thụ thể nội chất của nó.

Phức hợp này đi đến nhân và thúc đẩy sự phiên mã của các gen mà sự biểu hiện của chúng sẽ làm tăng tổng hợp và hoạt động của bơm Na + / K +, kênh Na + biểu mô và kênh ROMK K +, cũng như các protein khác. Đáp ứng đó sẽ có ảnh hưởng toàn cục đến việc giữ Na + trong cơ thể và tăng bài tiết K + qua nước tiểu.

Người giới thiệu

1. Ganong WF: Tuỷ thượng thận & Vỏ thượng thận, ấn bản lần thứ 25. New York, McGraw-Hill Education, 2016.
2. Guyton AC, Hall JE: Adrenocortical Hormones, in Textbook of Medical Physiology, 13 ed, AC Guyton, JE Hall (eds). Philadelphia, Elsevier Inc., 2016.
3. Lang F, Verrey F: Hormone, trong Physiologie des Menschen mit Pathophysiologie, ấn bản lần thứ 31, RF Schmidt và cộng sự (eds). Heidelberg, Springer Medizin Verlag, 2010.
4. Voigt K: Hệ thống Endokrines, Trong: Physiologie, ấn bản thứ 6; R Klinke và cộng sự (chủ biên). Stuttgart, Georg Thieme Verlag, 2010.
5. Widmaier EP, Raph H và Strang KT: Sinh lý sinh sản nữ, in Vander's Human Physiology: The Mechanisms of Body Function, xuất bản lần thứ 13; EP Widmaier và cộng sự (eds). New York, McGraw-Hill, 2014.