HORMON STEROID: STRUKTUR, SINTESIS, MEKANISME KERJA - BIOLOGI - 2025

The hormon steroid adalah zat yang dihasilkan oleh kelenjar endokrin dan dibuang langsung ke dalam aliran peredaran darah, yang mengarah ke jaringan di mana mengerahkan efek fisiologis mereka. Nama generiknya berasal dari fakta bahwa ia memiliki nukleus steroid dalam struktur dasarnya.

Kolesterol adalah zat prekursor dari mana semua hormon steroid disintesis, yang dikelompokkan menjadi progestagen (misalnya progesteron), estrogen (estron), androgen (testosteron), glukokortikoid (kortisol), mineralokortikoid (aldosteron) dan vitamin D.

Perbandingan struktur hormon steroid (kortisol) dengan molekul yang memiliki sifat kimiawi yang sama (vitamin D3) (Sumber: Pengunggah asli adalah Palladius di Wikipedia bahasa Inggris. Via Wikimedia Commons)

Meskipun hormon steroid yang berbeda menghadirkan perbedaan molekuler di antara mereka, yang memberi mereka sifat fungsional yang berbeda, dapat dikatakan bahwa mereka memiliki struktur dasar yang sama pada mereka dan yang diwakili oleh siklopentaneperhydrophenanthrene dari 17 atom karbon.

Struktur steroid

Steroid adalah senyawa organik dengan sifat yang sangat beragam yang memiliki kesamaan apa yang dapat dianggap sebagai inti induk yang terdiri dari fusi tiga cincin dari enam atom karbon (sikloheksana) dan satu dari lima atom karbon (siklopentana).

Struktur ini juga dikenal sebagai "cyclopentaneperhydrophenanthrene". Karena cincin-cincin tersebut saling terkait, jumlah total atom karbon yang menyusunnya adalah 17; Namun, kebanyakan steroid alami memiliki gugus metil pada karbon 13 dan 10, yang masing-masing mewakili karbon 18 dan 19.

Skema struktur polisiklik empat cincin Cyclopentaneperhydrophenanthrene (Sumber: NEUROtiker via Wikimedia Commons)

Banyak senyawa steroid alami juga memiliki satu atau lebih gugus dengan fungsi alkoholik dalam struktur cincin dan oleh karena itu disebut sterol. Diantaranya adalah kolesterol, yang memiliki fungsi alkohol pada karbon 3 dan rantai hidrokarbon samping dari 8 atom karbon yang terikat pada karbon 17; atom yang diberi nomor dari 20 hingga 27.

Struktur steroid. Gambar dimodifikasi dari MarcoTolo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Selain 17 karbon ini, hormon steroid mungkin memiliki 1, 2 atau 4 lebih atom ini dalam strukturnya, dimana tiga jenis steroid dikenali, yaitu: C21, C19 dan C18.

C21

C21s, seperti progesteron dan kortikosteroid adrenal (glukokortikoid dan mineralokortikoid), berasal dari "kehamilan". Ini memiliki 21 atom karbon karena pada 17 cincin dasar ditambahkan dua gugus metil karbon 13 dan 10, dan dua karbon rantai samping yang terikat pada C17 yang awalnya, dalam kolesterol, adalah 8 karbon. .

C19

C19 berhubungan dengan hormon seks dengan aktivitas androgenik dan diturunkan dari "androstane" (19 atom karbon), yang merupakan struktur yang tersisa saat kehamilan kehilangan dua karbon dari rantai samping C17, yang digantikan oleh hidroksil atau kelompok keton.

C18

Steroid C18 adalah hormon atau estrogen wanita yang disintesis terutama di gonad wanita dan yang karakteristiknya yang menonjol, sehubungan dengan dua jenis steroid lainnya, adalah tidak adanya metil yang ada di yang terakhir yang melekat pada karbon di posisi 10.

Selama sintesis dari kolesterol, modifikasi enzimatik dihasilkan yang mengubah jumlah karbon dan mendorong dehidrogenasi dan hidroksilasi karbon spesifik struktur.

Perpaduan

Sel-sel yang menghasilkan hormon steroid terletak terutama di korteks kelenjar adrenal, di mana glukokortikoid seperti kortisol, mineralokortikoid seperti aldosteron, dan hormon seks pria seperti dehydroepiandrosterone dan androstenedion diproduksi.

Gonad seksual pria bertanggung jawab atas produksi androgen, termasuk hormon yang telah disebutkan dan testosteron, sedangkan folikel ovarium yang mencapai pematangan menghasilkan progesteron dan estrogen.

Sintesis semua hormon steroid dimulai dari kolesterol. Molekul ini dapat disintesis oleh sel-sel yang menghasilkan hormon steroid, tetapi sebagian besar diperoleh oleh sel-sel ini dari lipoprotein densitas rendah (LDL) yang ada dalam plasma yang bersirkulasi.

Sintesis hormon adrenal (Sumber: Dokter endokrin melalui Wikimedia Commons)

- Sintesis di tingkat korteks adrenal

Tiga lapisan dibedakan di korteks adrenal, yang dikenal dari luar ke dalam sebagai zona glomerulus, fasikular, dan retikuler.

Di glomerulus, mineralokortikoid (aldosteron) terutama disintesis, di glukokortikoid fasikular seperti kortikosteron dan kortisol, dan di androgen retikuler seperti dehydroepiandrosterone dan androstenedion.

Sintesis glukokortikoid

Langkah pertama dalam sintesis terjadi di mitokondria dan terdiri dari aksi enzim yang disebut kolesterol desmolase, yang termasuk dalam superfamili sitokrom P450 dan juga dikenal sebagai "P450scc" atau "CYP11A1", yang mendorong penghapusan 6 atom karbon dari rantai samping yang terikat pada C17.

Dengan aksi desmolase, kolesterol (27 atom karbon) diubah menjadi kehamilan, yang merupakan senyawa dengan 21 atom karbon dan merupakan steroid tipe C21 yang pertama.

Pregnenolone bergerak ke retikulum endoplasma halus, di mana melalui aksi enzim 3β-hidroksisteroid dehidrogenase ia mengalami dehidrogenasi pada hidroksil gugus alkohol karbon 3, dan menjadi progesteron.

Melalui aksi 21β-hidroksilase, juga disebut "P450C21" atau "CYP21A2", progesteron dihidroksilasi pada karbon 21 dan diubah menjadi 11-deoksikortikosteron, yang kembali ke mitokondria, dan di mana enzim 11β-hidroksilase (" P450C11 "atau" CYP11B1 ") diubah menjadi kortikosteron.

Garis sintesis lain di zona fasikular dan yang berakhir bukan di kortikosteron, tetapi di kortisol, terjadi ketika kehamilan atau progesteron dihidroksilasi di posisi 17 oleh 17α-hidroksilase ("P450C17" atau "CYP17") dan diubah menjadi 17-hydroxypregnolone atau 17-hydroxyprogesterone.

Enzim yang sama telah disebutkan, 3β-hidroksisteroid dehidrogenase, yang mengubah kehamilanenolon menjadi progesteron, juga mengubah 17-hidroksipregnolon menjadi 17-hidroksiprogesteron.

Yang terakhir ini dilakukan berturut-turut oleh dua enzim terakhir dari jalur yang menghasilkan kortikosteron (21β-hidroksilase dan 11β-hidroksilase), masing-masing menjadi deoksikortisol dan kortisol.

Tindakan glukokortikoid

Glukokortikoid utama yang diproduksi di zona fasikular korteks adrenal adalah kortikosteron dan kortisol. Kedua zat, tetapi terutama kortisol, menampilkan spektrum tindakan yang luas yang memengaruhi metabolisme, darah, pertahanan dan respons penyembuhan luka, mineralisasi tulang, saluran pencernaan, sistem peredaran darah, dan paru-paru.

Mengenai metabolisme, kortisol merangsang lipolisis dan pelepasan asam lemak yang dapat digunakan di hati untuk pembentukan badan keton dan protein kepadatan rendah (LDL); menurunkan pengambilan glukosa dan lipogenesis di jaringan adiposa dan pengambilan dan pemanfaatan glukosa di otot.

Ini juga mempromosikan katabolisme protein di pinggiran: di jaringan ikat, otot dan matriks tulang, sehingga melepaskan asam amino yang dapat digunakan di hati untuk sintesis protein plasma dan untuk glukoneogenesis. Ini juga merangsang penyerapan glukosa usus dengan meningkatkan produksi transporter SGLT1.

Penyerapan glukosa usus yang dipercepat, peningkatan produksi hati, dan penurunan penggunaan karbohidrat ini dalam otot dan jaringan adiposa mendukung peningkatan kadar glukosa plasma.

Mengenai darah, kortisol mendukung proses pembekuan, merangsang pembentukan granulosit neutrofil dan menghambat eosinofil, basofil, monosit, dan limfosit T. Ini juga menghambat pelepasan mediator inflamasi seperti prostaglandin, interleukin, limfokin, histamin dan serotonin.

Secara umum, dapat dikatakan bahwa glukokortikoid mengganggu respon imun, oleh karena itu glukokortikoid dapat digunakan secara terapeutik pada kasus dimana respon ini berlebihan atau tidak sesuai, seperti pada kasus penyakit autoimun atau pada transplantasi organ untuk mengurangi penolakan.

- Sintesis androgen

Sintesis androgen pada tingkat korteks adrenal terjadi terutama pada tingkat zona retikuler dan dari 17-hidroksipregnolon dan 17-hidroksiprogesteron.

Enzim 17α-hidroksilase yang sama, yang menghasilkan dua zat yang baru saja disebutkan, juga memiliki aktivitas 17,20 liase, yang menghilangkan dua karbon dari rantai samping C17 dan menggantikannya dengan gugus keto (= O).

Tindakan terakhir ini mengurangi jumlah karbon menjadi dua dan menghasilkan steroid tipe C19. Jika aksinya pada 17-hydroxypregnenolone, hasilnya adalah dehydroepiandrosterone; Sebaliknya, jika zat yang terpengaruh adalah hidroksiprogesteron, maka produknya akan menjadi androstenedion.

Kedua senyawa tersebut adalah bagian dari apa yang disebut ketosteroid 17, karena mereka memiliki gugus keton pada karbon 17.

Dehydrogenase 3β-hydroxysteroid juga mengubah dehydroepiandrosterone menjadi androstenedione, tetapi yang paling umum adalah yang pertama diubah menjadi dehydroepiandrosterone sulfate oleh sulfokinase, hadir hampir secara eksklusif di zona retikuler.

Sintesis Mineralokortikoid (Aldosteron)

Zona glomerularis kekurangan enzim 17α-hidroksilase, dan tidak dapat mensintesis prekursor 17-hidroksisteroid kortisol dan hormon seks. Ia juga tidak memiliki 11β-hidroksilase, tetapi ia memiliki enzim yang disebut aldosteron sintetase yang secara berurutan dapat menghasilkan kortikosteron, 18-hidroksikortikosteron, dan aldosteron mineralokortikoid.

Tindakan mineralokortikoid

Mineralokortikoid terpenting adalah aldosteron yang disintesis di zona glomerularis korteks adrenal, tetapi glukokortikoid juga menunjukkan aktivitas mineralokortikoid.

Aktivitas mineralokortikoid aldosteron berkembang pada tingkat epitel tubular nefron distal, di mana ia mendorong sekresi reabsorpsi natrium (Na +) dan kalium (K +), sehingga berkontribusi pada konservasi kadar ion-ion ini di cairan tubuh.

- Sintesis steroid seks pria di testis

Sintesis androgen testis terjadi pada tingkat sel Leydig. Testosteron adalah hormon androgen utama yang diproduksi di testis. Sintesisnya melibatkan produksi awal androstenedion seperti yang dijelaskan sebelumnya untuk sintesis androgen di tingkat korteks adrenal.

Androstenedion diubah menjadi testosteron melalui aksi enzim 17β-hidroksisteroid dehidrogenase, yang menggantikan gugus keton pada karbon 17 dengan gugus hidroksil (OH).

Di beberapa jaringan yang berfungsi sebagai target testosteron, itu direduksi oleh 5α-reduktase menjadi dihidrotestosteron, dengan kekuatan androgenik yang lebih besar.

- Sintesis steroid seks wanita di ovarium

Sintesis ini terjadi secara siklis seiring dengan perubahan yang terjadi selama siklus seksual wanita. Sintesis terjadi di folikel, yang matang selama setiap siklus untuk melepaskan sel telur dan kemudian menghasilkan korpus luteum yang sesuai.

Estrogen disintesis dalam sel granular dari folikel matang. Folikel yang matang memiliki sel di dalam teka yang memproduksi androgen seperti androstenedion dan testosteron.

Hormon-hormon ini berdifusi ke sel granulosa tetangga, yang memiliki enzim aromatase yang mengubahnya menjadi estrone (E1) dan 17β-estradiol (E2). Dari keduanya, estriol disintesis.

Tindakan steroid seks

Androgen dan estrogen memiliki fungsi utama untuk perkembangan karakteristik seksual pria dan wanita. Androgen memiliki efek anabolik dengan mendorong sintesis protein struktural, sedangkan estrogen mendukung proses osifikasi.

Estrogen dan progesteron yang dilepaskan selama siklus seksual wanita dimaksudkan untuk mempersiapkan tubuh wanita menghadapi kehamilan sebagai akibat dari pembuahan sel telur matang yang dilepaskan selama ovulasi.

Mekanisme aksi

Jika Anda perlu menyegarkan ingatan tentang mekanisme kerja hormon, disarankan untuk menonton video berikut sebelum membaca lebih lanjut.

Mekanisme kerja hormon steroid sangat mirip pada semuanya. Dalam kasus senyawa lipofilik, senyawa ini larut tanpa kesulitan di dalam membran lipid dan menembus sitoplasma sel targetnya, yang memiliki reseptor sitoplasma spesifik untuk hormon yang harus mereka tanggapi.

Begitu kompleks reseptor hormon terbentuk, ia melintasi membran inti dan mengikat genom, dengan cara faktor transkripsi, dengan elemen respons hormon (HRE) atau gen respons primer, yang pada gilirannya sebaliknya ia dapat mengatur apa yang disebut gen tanggapan sekunder.

Hasil akhirnya adalah peningkatan transkripsi dan sintesis RNA kurir yang diterjemahkan ke dalam ribosom retikulum endoplasma kasar yang akhirnya mensintesis protein yang diinduksi oleh hormon.

Aldosteron sebagai contoh

Molekul aldosteron

Aksi aldosteron terutama dilakukan pada tingkat bagian akhir dari tabung distal dan di saluran pengumpul, di mana hormon meningkatkan reabsorpsi Na + dan sekresi K +.

Di membran luminal sel tubular utama di daerah ini terdapat saluran Na + epitel dan saluran K + dari jenis "ROMK" (Saluran Kalium Meduler Luar Renalis).

Membran basolateral memiliki pompa Na + / K + ATPase yang secara terus menerus menarik Na + dari sel ke dalam ruang interstisial basolateral dan memasukkan K + ke dalam sel. Aktivitas ini menjaga konsentrasi Na + intraseluler sangat rendah dan mendukung terciptanya gradien konsentrasi untuk ion ini antara lumen tubulus dan sel.

Gradien ini memungkinkan Na + untuk bergerak menuju sel melalui saluran epitel, dan karena Na + lewat sendiri, untuk setiap ion yang bergerak, tetap ada muatan negatif tak terkompensasi yang membuat lumen tubulus menjadi negatif sehubungan dengan interstitium. Artinya, perbedaan potensial transepitel dibuat dengan cahaya negatif.

Negatifitas cahaya ini mendukung keluarnya K + yang, karena konsentrasinya yang lebih tinggi di dalam sel, dan negativitas cahaya disekresikan menuju lumen tubulus untuk akhirnya diekskresikan. Reabsorpsi Na + dan aktivitas sekresi K + inilah yang diatur oleh aksi aldosteron.

Aldosteron hadir dalam darah dan dilepaskan dari zona glomerularis sebagai respons terhadap aksi angiotensin II, atau hiperkalemia, menembus ke dalam sel utama dan berikatan dengan reseptor intrasitoplasmiknya.

Kompleks ini mencapai inti dan mendorong transkripsi gen yang ekspresinya pada akhirnya akan meningkatkan sintesis dan aktivitas pompa Na + / K +, saluran Na + epitel dan saluran ROMK K +, serta protein lainnya. Respon yang akan berdampak global pada retensi Na + dalam tubuh dan peningkatan ekskresi K + urin.

Referensi

1. Ganong WF: The Adrenal Medulla & Adrenal Cortex, edisi ke-25. New York, McGraw-Hill Education, 2016.
2. Guyton AC, Hall JE: Adrenocortical Hormones, dalam Textbook of Medical Physiology, edisi ke-13, AC Guyton, JE Hall (eds). Philadelphia, Elsevier Inc., 2016.
3. Lang F, Verrey F: Hormone, dalam Physiologie des Menschen mit Pathophysiologie, 31 th ed, RF Schmidt et al (eds). Heidelberg, Springer Medizin Verlag, 2010.
4. Voigt K: Sistem Endokrines, Dalam: Physiologie, edisi ke-6; R Klinke et al (eds). Stuttgart, Georg Thieme Verlag, 2010.
5. Widmaier EP, Raph H dan Strang KT: Fisiologi Reproduksi Wanita, dalam Vander's Human Physiology: The Mechanisms of Body Function, edisi ke-13; EP Widmaier et al (eds). New York, McGraw-Hill, 2014.