Стереоизомерия стероидов. Структурные особенности

Анализируя приведенные выше структуры стероидов, следует обратить внимание на тот факт, что они содержат хиральные центры. Например, у гонана шесть асимметрических углеродных атомов – С-5; С-8; С-9; С-10; С-13 и С-14. Введение заместителей увеличивает число асимметрических углеродных атомов. Так, у холестана их уже 8 (С-5; С-8; С-9; С-10; С-13; С-14; С-17 и С-20) и поэтому теоретически может существовать 2⁸=256 стереоизомеров. Однако в природе встречается сравнительно небольшое число стереоизомеров.

С практической точки зрения наиболее важными являются α, β-системаи цис-транс-декалиновая изомерия.

Для обозначения конфигураций различных асимметрических атомов углерода используют α,β-систему, суть которой заключается в обозначении положения заместителя относительно условно плоского углеводородного скелета: например, если гидроксигруппа в положении С-3 располагается перед плоскостью углеводородного скелета, то её положение обозначают буквой β-, а та, которая уходит за плоскость – буквой α.

Во всех стероидах сочленение колец А и В аналогично декалину, представляющему собой сполна гидрированный нафталин. В декалине каждое из двух конденсированных циклогексановых колец находится в наиболее устойчивой конформации кресла.

Два атома водорода, которые связаны с двумя углеродными атомами, общими для циклов А и В, могут располагаться как по одну сторону от плоскости сочлененных участков циклогексановых колец, так и по разные стороны этой плоскости. При цис-располжении атомов водорода связи С-Н обозначают сплошными линиями, а при транс-расположении одну из связей С-Н обозначают пунктирной линией.

Рассмотренные типы сочленения могут наблюдаться между циклами А и В; В и С; С и D, но наибольшее значение это имеет для колец А и В. У природных стероидов заместитель у С-10 обычно имеет β-конфигурацию.

В зависимости от расположения заместителя у С-5 различают 5-α (транс-сочленение) и 5-β (цис-сочленение) стероиды.

В процессе биосинтеза чаще всего имеет место транс-сочленение для пар В и С, а также C и D. цис-Конфигурация реализуется при сочленении колец А и В в желчных кислотах и агликонах сердечных гликозидов. Стероиды, в молекулах которых присутствуют двойные связи, циклопропановое или ароматическое кольца, уплощаются на тех участках, которые связаны с этими фрагментами.

У большинства производных гонана (стерана) за исключением эстрана в положениях С-10 и С-13 (сочленения А-В; С-D) находятся метильные группы, которые называются ангулярными метильными группами (от angulus – угол).

Представленные выше основные структурные типы углеводородов лежат в основе многочисленных производных, которые делятся на следующие группы:*стерины (производные холестана);желчные кислоты (производные холана);кортикостероиды (производные прегнана);мужские половые гормоны (производные андростана);женские половые гормоны;агликоны сердечных гликозидов.

Стерины

В основе стеринов лежит ядро холестана.

Они делятся на три группы – зоостерины, микостерины и фитостерины.

Холестерин (холестерол)является одним из наиболее важных представителей зоостеринов. В молекуле холестерина содержится вторичная спиртовая гидроксигруппа в положении С-3 и двойная связь в цикле В между С-5 и С-6. Во многих случаях двойную связь обозначают буквой Δ, над верхним углом которой указывают цифру, показывающую от какого углеродного атома отходит двойная связь.

При гидрировании двойной связи холестерин переходит в дигидрохолестерин, у которого по положению С-5 появляется центр асимметрии, вследствие чего становится возможным существование 5-Н-цис и 5-Н-транс изомеров:

Цис-дигидрохолестерин называется копростерином, а транс-дигидрохолестерин называется β-холестанолом. В обоих случаях ОН-группа в положении С-3 имеет β-конфигурацию.

Холестерин является непременным компонентом клеточных мембран и присутствует практически во всех тканях и органах, но особенно много его в головном мозге и нервной ткани. В организме человека со средней массой 70 кг содержание холестерина составляет около 210 г. и он играет ключевую роль в биосинтезе всех остальных стероидов в животном организме.

β-Ситостеринотносится к фитостеринам и является ниболее распространенным среди растений. Отличается от холестерина только наличием этильного радикала в положении С-24.

Эргостерин относится к микостеринам. В значительных количествах содержится в дрожжах. Характеризуется наличием гидроксигруппы в положении С-3, а также трех двойных связей – Δ⁵, Δ⁷ и Δ²². В положении С-24 имеется метильный радикал.

Холестерин и эргостерин являются предшественниками витаминов D₃ и D₂ соответственно. Существуют близкие по строению вещества, которые объединяются в группу витаминов D и обладают антирахитическим действием. Их называют кальциферолами.

Витамины D₂ и D₃ содержатся в продуктах питания – печени рыб, сливочном масле, молоке, курином желтке.

Промышленное производство веществ, обладающих D-витаминной активностью, основано на использовании природных стеринов, которые фактически являются провитаминами.

Из холестерина вначале получают 7-дегидрохолестерин, который далее подвергают фотоизомеризации (фотолизу), с образованием витамина D₃ (холекальциферола).

Аналогично из эргостерина получают витамин D₂ (эргокальциферол).

23.2.3. Желчные кислоты

В основе желчных кислот лежит углеводород холан. Характерно, что желчные кислоты имеют более короткую боковую цепь по сравнению со стеринами.

В боковой цепи концевая метильная группа (атом С-24) окислена до карбоксильной и такая кислота называется холановой кислотой. В природе эта кислота не найдена.

Важнейшими желчными кислотами у человека являются холевая, 7-дезоксихолевая, хенодезоксихолевая (антроподезоксихолевая) и литохолевая кислоты. Все перечисленные соединения имеют α-конфигурацию гидроксигрупп.

Физиологическое действие желчных кислот заключается преимущественно в том, что они эмульгируют жиры и тем самым способствуют их расщеплению и усвоению.

С глицином и таурином холевая кислота образует производные, эмульгирующие способности которых значительно выше:

23.2.4. Кортикостериоды или гормоны*коры надпочечников

В основе кортикостероидов лежит ядро прегнана.

Эти соединения вырабатываются в корковом слое надпочечников и их число составляет около 50.

В прегнане помимо двух ангулярных метильных групп в положениях С-10 и С-13 присутствует этильная группа в положении С-17.

Для большинства кортикостероидов характерны следующие структурные особенности:

­ наличие гидроксикетонного (гидроксиацетильного) заместителя у С-17;

­ сопряженная система, включающая карбонильную и виниленовую группы (с участием С-3, С-4, С-5) в кольце А;

­ наличие у большинства соединений гидроксигруппы в положении С-11.

По своему биологическому действию кортикостероиды делятся на две группы - минералкортикоиды и глюкокортикоиды.

Минералкортикоиды, среди которых преобладающими являются дезоксикортикостерон и альдостерон, активно влияют на обмен электролитов и воды и относительно мало – на углеводный и белковый.

Основными глюкокортикоидами являются гидрокортизон и кортизон, которые активно влияют на углеводный и белковый обмен, но менее активны в отношении водно-солевого обмена. Они способствуют накоплению гликогена в печени, повышают содержание глюкозы в крови, вызывают увеличение выделения азота с мочой.

Глюкокортикоиды оказывают противовоспалительное, десенсибилизирующее и антиаллергическое действие. Характерным для глюкокортикоидов является иммунодепрессивный эффект.

Мужские половые гормоны

Их иначе называют андрогенными гормонами. Они являются производными углеводорода андростана. Важнейшие андрогенные гормоны - это тестостерон и андростерон. Они вырабатываются половыми железами (в яичниках и семенниках) и регулируют развитие и функционирование половой системы. Формирование вторичных половых признаков, репродуктивная функция, тканеобразующий (анаболический) эффект и многое другое обусловлены именно влиянием андрогенных гормонов.

В медицинской практике используется синтетический тестостерон пропионат, представляющий собой сложный эфир.

Женские половые гормоны

Женские половые гормоны регулируют женскую репродуктивную функцию, а также женский половой цикл. По структурным признакам они делятся на две группы – эстрогены и гестагены.

Эстрогенные гормоны являются производными углеводорода эстрана, характерной структурной особенностью которого является отсутствие ангулярной метильной группы в положении С-10. Для всех эстрогенных гормонов характерно наличие ароматического ядра А и фенольного гидроксила в положении С-3. Различия между ними заключаются в положении и природе заместителей в циклопентановом фрагменте (кольцо D).

Название – эстрогенные гормоны связано с их главным свойством – вызывать течку (эструс).

Гестагенные гормоны или гестагены являются производными углеводорода прегнана и структурно очень близки к кортикостероидам. Они содержат сопряженную систему в кольце А с участием С-3, С-4 и С-5 углеродных атомов, а также карбонильную (кетогруппу) С-20. Важнейшим гестагенным гормоном является прогестерон – гормон желтого тела.