스테로이드 호르몬 : 구조, 합성, 작용 메커니즘 - 생물학 - 2025

스테로이드 호르몬은 내분비선에 의해 생성 된 물질이며 조직 리드 그들의 생리적 효과를 발휘하는 순환 스트림으로 직접 배출된다. 일반적인 이름은 기본 구조에 스테로이드 핵이 있다는 사실에서 파생됩니다.

콜레스테롤은 모든 스테로이드 호르몬이 합성되는 전구체 물질로, 프로 게 스타 겐 (예 : 프로게스테론), 에스트로겐 (에스트론), 안드로겐 (테스토스테론), 글루코 코르티코이드 (코르티솔), 미네랄 코르티코이드 (알도스테론) 및 비타민 D.

스테로이드 호르몬 (코르티솔)과 화학적 성질이 같은 분자 (비타민 D3)의 구조 비교 (출처 : 원래 업 로더는 English Wikipedia의 Palladius였습니다. Via Wikimedia Commons)

스테로이드 호르몬에 따라 분자 적 차이가 있기 때문에 기능적 특성이 다르지만 공통된 기본 구조를 가지고 있으며 탄소 원자 17 개의 시클로 펜타 네퍼 하이드로 페난 트렌으로 대표된다.

스테로이드의 구조

스테로이드는 6 개의 탄소 원자 (시클로 헥산)의 3 개 고리와 5 개의 탄소 원자 중 1 개 (시클로 펜탄)의 융합으로 구성된 모핵으로 간주 될 수있는 공통점이있는 매우 다양한 성질의 유기 화합물입니다.

이 구조는 "시클로 펜탄 퍼 히드로 페난 트렌"으로도 알려져 있습니다. 고리가 서로 연결되어 있기 때문에 그것을 구성하는 총 탄소 원자 수는 17 개입니다. 그러나 대부분의 천연 스테로이드에는 탄소 13과 10에 메틸기가 있으며, 각각 탄소 18과 19를 나타냅니다.

Cyclopentaneperhydrophenanthrene의 4 개 고리 다환 구조의 개략도 (출처 : Wikimedia Commons를 통한 NEUROtiker)

많은 천연 스테로이드 화합물은 고리 구조에 알코올 기능을 가진 하나 이상의 그룹을 가지고 있으므로 스테롤이라고합니다. 그 중에는 콜레스테롤이 있는데, 이는 탄소 3에서 알코올 기능을 갖고 탄소 17에 부착 된 8 개의 탄소 원자의 측면 탄화수소 사슬; 20에서 27까지 번호가 매겨진 원자.

스테로이드의 구조. MarcoTolo / CC BY-SA에서 수정 된 이미지 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

이 17 개의 탄소 외에도 스테로이드 호르몬은 구조에 1, 2 또는 4 개 이상의 원자를 가질 수 있으며, 이것이 바로 C21, C19 및 C18의 세 가지 유형의 스테로이드가 인식되는 이유입니다.

C21

프로게스테론 및 부신 코르티코 스테로이드 (글루코 코르티코이드 및 미네랄 코르티코이드)와 같은 C21은 "프레 그난"에서 파생됩니다. 기본 고리의 17 개에 탄소 13과 10의 메틸기 중 2 개가 추가되고, 원래 콜레스테롤에서 탄소 8 개였던 C17에 부착 된 측쇄의 2 개 탄소가 추가 되었기 때문에 21 개의 탄소 원자를 가지고 있습니다. .

C19

C19는 안드로겐 활성을 가진 성 호르몬에 해당하며, "안드로 스탄"(탄소 원자 19 개)에서 파생됩니다. 케톤 그룹.

C18

C18 스테로이드는 주로 여성 생식선에서 합성되는 여성 호르몬 또는 에스트로겐이며 다른 두 가지 유형의 스테로이드와 비교할 때 뛰어난 특징은 후자의 위치 10에서 탄소에 부착 된 메틸이 없다는 것입니다.

콜레스테롤로부터 합성하는 동안 탄소 수를 변경하고 구조의 특정 탄소의 탈수 소화 및 수산화를 촉진하는 효소 변형이 생성됩니다.

합성

스테로이드 호르몬을 생산하는 세포는 주로 코르티솔과 같은 글루코 코르티코이드, 알도스테론과 같은 미네랄 코르티코이드, 그리고 데 하이드로 에피 안드로스 테론 및 안드로 스텐 디온과 같은 남성 성 호르몬이 생산되는 부신의 피질에 있습니다.

남성의 성 생식선은 이미 언급 한 호르몬과 테스토스테론을 포함한 안드로겐의 생성을 담당하는 반면, 성숙에 도달 한 난포는 프로게스테론과 에스트로겐을 생성합니다.

모든 스테로이드 호르몬의 합성은 콜레스테롤에서 시작됩니다. 이 분자는 스테로이드 호르몬을 생성하는 세포에 의해 합성 될 수 있지만 대부분의 경우 순환 혈장에 존재하는 저밀도 지단백질 (LDL)에서 이러한 세포에 의해 얻어집니다.

부신 호르몬 합성 (출처 : Wikimedia Commons를 통한 내분비 의사)

-부신 피질 수준의 합성

외부에서 사구체, 근막 및 망상 영역으로 알려진 부신 피질에서 세 개의 층이 구별됩니다.

사구체에서 미네랄 코르티코이드 (알도스테론)는 주로 코르티 코스 테론과 코티솔과 같은 근막 글루코 코르티코이드, 그리고 데 하이드로 에피 안드로스 테론 및 안드로 스텐 디온과 같은 망상 안드로겐에서 합성됩니다.

글루코 코르티코이드 합성

합성의 첫 번째 단계는 미토콘드리아에서 발생하며, 콜레스테롤 데스 몰라 제라고하는 효소의 작용으로 구성됩니다.이 효소는 사이토 크롬 P450 수퍼 패밀리에 속하며 "P450scc"또는 "CYP11A1"로도 알려져 있습니다. C17에 부착 된 측쇄의 탄소 원자.

데스 몰라 아제의 작용으로 콜레스테롤 (27 개의 탄소 원자)은 21 개의 탄소 원자를 가진 화합물 인 프레 그네 놀론 (pregnenolone)으로 전환되며 C21 형 스테로이드 중 첫 번째를 나타냅니다.

프레 그네 놀론은 3β- 하이드 록시 스테로이드 탈수소 효소의 작용에 의해 탄소 3의 알코올 그룹의 하이드 록실에서 탈수 소화를 겪고 프로게스테론이되는 매끄러운 소포체로 이동합니다.

"P450C21"또는 "CYP21A2"라고도 불리는 21β- 하이드 록 실라 제의 작용을 통해 프로게스테론은 탄소 21에서 하이드 록 실화되고 11- 데 옥시 코르티 코스 테론으로 변환되어 미토콘드리아로 돌아가고 효소 11β- 하이드 록 실라 제 ( " P450C11 "또는"CYP11B1 ")은 코르티 코스 테론으로 전환됩니다.

코티 코스 테론이 아닌 코르티솔에서 끝나는 근막 영역의 또 다른 합성 라인은 프레 그네 놀론 또는 프로게스테론이 17α- 하이드 록 실라 제 ( "P450C17"또는 "CYP17")에 의해 위치 17에서 하이드 록 실화되고 다음으로 전환 될 때 발생합니다. 17- 하이드 록시 프레 그 놀론 또는 17- 하이드 록시 프로게스테론.

이미 언급 한 동일한 효소 인 3β- 히드 록시 스테로이드 탈수소 효소는 프레 그네 놀론을 프로게스테론으로 전환하며 17- 히드 록시 프레 그 놀론을 17- 히드 록시 프로게스테론으로 전환합니다.

후자는 각각 코르티 코스 테론 (21β- 하이드 록 실라 제 및 11β- 하이드 록 실라 제)을 생성하는 경로의 마지막 두 효소에 의해 각각 데 옥시 코르티솔과 코티솔로 전달됩니다.

글루코 코르티코이드 작용

부신 피질의 근막에서 생성되는 주요 글루코 코르티코이드는 코르티 코스 테론과 코르티솔입니다. 두 물질, 특히 코티솔은 신진 대사, 혈액, 방어 및 상처 치유 반응, 뼈 무기질화, 소화관, 순환계 및 폐에 영향을 미치는 광범위한 작용을 나타냅니다.

신진 대사와 관련하여 코티솔은 지방 분해와 간에서 케톤체 및 저밀도 단백질 (LDL)의 형성에 사용될 수있는 지방산의 방출을 자극합니다. 지방 조직에서 포도당 섭취와 지방 생성을 감소시키고 근육에서 포도당 섭취와 활용을 감소시킵니다.

또한 결합 조직, 근육 및 뼈 매트릭스에서 말초의 단백질 이화 작용을 촉진하여 혈장 단백질 합성 및 포도당 생성을 위해 간에서 사용할 수있는 아미노산을 방출합니다. 또한 SGLT1 수송 체의 생산을 증가시켜 장내 포도당 흡수를 자극합니다.

장내 포도당 흡수 촉진, 간 생산 증가, 근육 및 지방 조직에서이 탄수화물의 사용 감소는 혈장 포도당 수치 상승에 유리합니다.

혈액의 경우 코티솔은 응고 과정을 촉진하고 호중구 과립구의 형성을 자극하며 호산구, 호염기구, 단핵구 및 T 림프구의 형성을 억제합니다. 또한 프로스타글란딘, 인터루킨, 림 포킨, 히스타민과 같은 염증 매개체의 방출을 억제합니다. 그리고 세로토닌.

일반적으로 글루코 코르티코이드는 면역 반응을 방해한다고 할 수 있으므로자가 면역 질환의 경우 또는 장기 이식과 같이이 반응이 과장되거나 부적절 할 경우 치료 적으로 사용할 수 있습니다. 배제.

-안드로겐 합성

부신 피질 수준의 안드로겐 합성은 주로 망상 영역 수준과 17-hydroxypregnolone 및 17-hydroxyprogesterone에서 발생합니다.

방금 언급 한 두 물질을 생성하는 동일한 17α- 하이드 록 실라 제 효소도 17,20 리아제 활성을 가지며, 이는 C17 측쇄의 두 탄소를 제거하고 케토 그룹 (= O)으로 대체합니다.

이 마지막 조치는 탄소 수를 2 개 감소시키고 C19 유형의 스테로이드를 생성합니다. 17-hydroxypregnenolone에 대한 작용이 있으면 결과는 dehydroepiandrosterone입니다. 반대로 영향을받는 물질이 하이드 록시 프로게스테론 인 경우 제품은 안드로 스텐 디온이됩니다.

두 화합물 모두 탄소 17에 케톤 그룹을 가지고 있기 때문에 소위 17- 케토 스테로이드의 일부입니다.

3β- 하이드 록시 스테로이드 탈수소 효소는 또한 dehydroepiandrosterone을 androstenedione로 전환하지만, 가장 흔한 것은 전자가 거의 독점적으로 망상 영역에 존재하는 sulfokinase에 의해 dehydroepiandrosterone sulfate로 전환된다는 것입니다.

미네랄 코르티코이드 (알도스테론)의 합성

zona glomerularis는 17α-hydroxylase 효소가 부족하며 코티솔과 성 호르몬의 17-hydroxysteroid 전구체를 합성 할 수 없습니다. 또한 11β- 하이드 록 실라 아제가 없지만, 코르티 코스 테론, 18- 하이드 록시 코르티 코스 테론 및 미네랄 코르티코이드 알도스테론을 순차적으로 생성 할 수있는 알도스테론 합성 효소라는 효소가 있습니다.

미네랄 코르티코이드의 작용

가장 중요한 무기질 코르티코이드는 부신 피질의 사구체 영역에서 합성 된 알도스테론이지만, 글루코 코르티코이드는 또한 무기질 코르티코이드 활성을 나타냅니다.

알도스테론의 무기질 코르티코이드 활성은 원위 네프론의 관상 상피 수준에서 발생하며, 여기서 나트륨의 재 흡수 (Na +)와 칼륨 분비 (K +)를 촉진하여이 이온 수준을 체액.

-고환에서 남성 성 스테로이드 합성

고환 안드로겐 합성은 Leydig 세포 수준에서 발생합니다. 테스토스테론은 고환에서 생성되는 주요 안드로겐 호르몬입니다. 그것의 합성은 이전에 부신 피질 수준에서 안드로겐의 합성에 대해 설명한 바와 같이 안드로 스텐 디온의 초기 생산을 포함합니다.

안드로 스텐 디온은 17β- 하이드 록시 스테로이드 탈수소 효소의 작용에 의해 테스토스테론으로 전환되며, 이는 탄소 17의 케톤 그룹을 하이드 록실 그룹 (OH)으로 대체합니다.

테스토스테론의 표적 역할을하는 일부 조직에서는 5α- 리덕 타제에 의해 디 하이드로 테스토스테론으로 환원되며, 더 큰 안드로겐 력이 있습니다.

-난소에서 여성 성 스테로이드 합성

이 합성은 여성의 성주기 동안 발생하는 변화와 함께 주기적으로 발생합니다. 합성은 난포에서 발생하며 각주기 동안 성숙하여 난자를 방출 한 다음 해당 황체를 생성합니다.

에스트로겐은 성숙한 난포의 과립 세포에서 합성됩니다. 성숙한 난포는 안드로 스텐 디온과 테스토스테론과 같은 안드로겐을 생산하는 세포를 테카에 가지고 있습니다.

이 호르몬은 에스트론 (E1)과 17β- 에스트라 디올 (E2)로 전환하는 아로마 타제 효소를 가지고있는 인접 과립구 세포로 확산됩니다. 둘 다에서 estriol이 합성됩니다.

성 스테로이드의 작용

안드로겐과 에스트로겐은 각각 남성과 여성의 성적 특성의 발달을 주요 기능으로 가지고 있습니다. 안드로겐은 구조 단백질의 합성을 촉진하여 동화 작용을하는 반면 에스트로겐은 골화 과정을 선호합니다.

여성의 성주기 동안 방출되는 에스트로겐과 프로게스테론은 배란 중에 방출되는 성숙한 난자의 수정의 결과로 최종 임신을 위해 여성의 몸을 준비하기위한 것입니다.

행동의 메커니즘

호르몬 작용 메커니즘에 대한 기억을 되살려 야한다면 더 읽기 전에 다음 비디오를 시청하는 것이 좋습니다.

스테로이드 호르몬의 작용 메커니즘은 모두에서 매우 유사합니다. 친 유성 화합물의 경우, 지질막에 어려움없이 용해되어 반응해야하는 호르몬에 대한 특정 세포질 수용체를 갖는 표적 세포의 세포질에 침투합니다.

호르몬-수용체 복합체가 형성되면, 그것은 핵막을 가로 질러 전사 인자의 방식으로 호르몬 반응 요소 (HRE) 또는 일차 반응 유전자와 함께 게놈에서 결합합니다. 대신 2 차 반응이라고하는 다른 유전자를 조절할 수 있습니다.

최종 결과는 호르몬에 의해 유도 된 단백질을 합성하는 거친 소포체의 리보솜에서 번역되는 메신저 RNA의 전사 촉진 및 합성입니다.

예를 들어 알도스테론

알도스테론 분자

알도스테론의 작용은 주로 원 위관의 마지막 부분 수준과 호르몬이 Na + 재 흡수 및 K + 분비를 촉진하는 수집 관에서 발휘됩니다.

이 영역의 주요 관상 세포의 내강 막에는 "ROMK"유형의 상피 Na + 채널과 K + 채널 (신장 외부 수질 칼륨 채널)이 있습니다.

기저 측 막에는 Na + / K + ATPase 펌프가있어 세포에서 기저 측 간질 공간으로 Na +를 지속적으로 끌어와 K +를 세포에 도입합니다. 이 활동은 Na +의 세포 내 농도를 매우 낮게 유지하고 세뇨관의 내강과 세포 사이에이 이온에 대한 농도 구배를 생성하는 데 유리합니다.

이 구배는 Na +가 상피 관을 통해 세포쪽으로 이동할 수있게하고 Na +가 단독으로 통과하기 때문에 이동하는 각 이온에 대해 보상되지 않은 음전하가 남아 세뇨관의 내강이 간질에 대해 음이됩니다. 즉, 음의 빛으로 경상 피 전위차가 생성됩니다.

이 빛의 부정성은 세포 내 더 높은 농도로 인해 K +의 출구를 선호하며, 빛의 부정성은 최종적으로 배설되는 세관의 내강으로 분비됩니다. 알도스테론의 작용에 의해 조절되는 것은 Na + 재 흡수와 K + 분비 활동입니다.

혈액에 존재하고 안지오텐신 II의 작용 또는 고 칼륨 혈증에 대한 반응으로 사구체에서 방출되는 알도스테론은 주요 세포로 침투하여 세포질 내 수용체와 결합합니다.

이 복합체는 핵에 도달하여 그 발현이 결국 Na + / K + 펌프, 상피 Na + 채널 및 ROMK K + 채널 및 기타 단백질의 합성 및 활성을 증가시키는 유전자의 전사를 촉진합니다. 신체의 Na + 보유 및 소변 K + 배설 증가에 전반적인 영향을 미칠 반응.

참고 문헌

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